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深圳市四方電氣技術(shù)有限公司 供稿
摘要：一次性餐盒成型機是一種熱成型機組，它集真空成型、模壓成型、綜合成型、沖裁為一身，用來加工熱成型塑料片材。本文介紹了四方CA500系列重載型伺服驅(qū)動器與CM500永磁同步電機應(yīng)用在一次性餐盒成型機上，伺服系統(tǒng)控制工作臺行程，提高成型機械定位精度，降低不良品率。
關(guān)鍵字：一次性餐盒成型機，定位控制，CA500，CM500
一次性餐盒成型機是一種熱成型機組，它集真空成型、模壓成型、綜合成型、沖裁為一身，用來加工熱成型塑料片材�？芍瞥筛鞣N包裝容器：一次性快餐盒、水產(chǎn)盤、超市盤、蛋糕盤、 KT 板、方便面碗、發(fā)泡盤等系列產(chǎn)品。
工藝流程：
如圖1所示，總體工藝流程分為：上料——片材進成型機——預熱——加熱——成型——沖裁——落料——成品——包裝——邊角料收卷。
圖1
成型機的一個工作循環(huán)包括如下動作：
- 上料、片材進成型機：將發(fā)泡片材牽引至片材成型機的內(nèi)部，用光電開關(guān)控制上料長度；
- 預熱、加熱：將發(fā)泡片材用陶瓷輻射瓦進行預熱加熱，智能溫控表控制溫度，使其具有可塑性；
- 成型：液壓單獨控制上下模，真空、壓空、模壓綜合成型；
- 沖裁：液壓自動控制沖裁，將成型后的制品裁剪為成品；
- 落料、成品、包裝：將沖裁后的成品進行包裝；
- 邊角料收卷：將沖裁后的剩余邊角料收卷回收，進入廢料破碎造粒機重復利用。
1、工藝要求：
為了保證一次性餐盒在成型之后進入沖裁階段的準確性，并盡可能的提高生產(chǎn)效率，成型機有以下的一些工藝要求：
（1）傳輸過程需要快速加減速，加減速小于0.5S；
（2）一次性餐盒到達沖裁位置時的定位速度要快，定位時間小于1秒；
（3）為保證沖裁的精度，定位精度要求高，位置精度小于1mm；
（4）定位完成后有信號輸出，與PLC配合完成后續(xù)動作。
- 伺服控制系統(tǒng)
針對成型機的工藝要求，采用四方CA500伺服驅(qū)動器與CM500同步電機為驅(qū)動平臺，設(shè)計了如下的應(yīng)用方案：
伺服驅(qū)動器：四方CA500重載型伺服驅(qū)動器；
伺服電機：四方CM500永磁同步電機；
其他配件：旋變卡，IO擴展卡，編碼器屏蔽線（9pin）。
（1）CA500伺服驅(qū)動器的加減速時間最小可達到0.1s，完全可以滿足餐盒成型機在傳輸過程中對加減速的要求；
（2）CA500內(nèi)置伺服控制功能，其內(nèi)置兩段PID參數(shù)，并可根據(jù)位置偏差選擇不同的PID參數(shù)執(zhí)行，并且具有優(yōu)異的伺服電機控制算法，可以發(fā)揮伺服電機的快速響應(yīng)特性，保證了在沖裁時的定位響應(yīng)速度；
（3）CA500的伺服定位功能采用外部高速脈沖的方式控制，根據(jù)實際機械所需的位移量以及所對應(yīng)的脈沖個數(shù)，換算電子齒輪比，達到極高的定位精度；
（4）利用CA500內(nèi)部的多功能端子輸出功能，當定位完成后輸出一個信號給PLC，通知PLC定位已經(jīng)完成從而進行下一步動作。
圖2所示為應(yīng)用方案框圖：
圖2
3、四方伺服控制系統(tǒng)特點
（1）CA500伺服驅(qū)動器基于大裕量硬件平臺設(shè)計，可120%重載長期運行，過載能力強；
（2）CA500驅(qū)動器可選擇兩種定位信號給定方式，可用高速脈沖給定和模擬量給定；
（3）CA500全系列內(nèi)置制動單元，用戶可按需配置制動電阻實現(xiàn)快速制動效果；
（4）靈活強大的可擴展平臺，通過搭配旋變卡、IO擴展卡，滿足各類不同的工藝現(xiàn)場要求；
（5）優(yōu)異的伺服電機控制算法，不僅可以驅(qū)動行業(yè)通用的同步電機，更是針對CM500同步電機進行算法優(yōu)化，充分發(fā)揮配套使用的伺服系統(tǒng)的快速響應(yīng)特性和穩(wěn)定性；
（6）根據(jù)位置偏差選擇的雙PID控制，實現(xiàn)高精度高響應(yīng)的位置控制。
1、調(diào)試接線圖
圖3
2、設(shè)置伺服控制定位功能
（1）將伺服控制功能Fb.2.23伺服控制功能設(shè)置為0001始終有效。
（2）選擇位置脈沖計數(shù)復位端子、伺服指令脈沖數(shù)值清零端子（功能號分別為66、77），例如選擇端子為DI1、DI2，那么F3.0.00=66、F3.0.01=77。
（3）設(shè)置PG測速軸每轉(zhuǎn)推進的距離Fb.2.22，本參數(shù)的作用是將累計位移在d1.2.20中顯示，并不參加實際的控制運算。
（4）設(shè)置伺服控制位置設(shè)定源Fb.2.24，設(shè)置為1即位置由高速脈沖控制，設(shè)置為3即位置由模擬量控制，可根據(jù)實際需要選擇，這里設(shè)置為1。
（5）設(shè)置電子齒輪比Fb.2.27、Fb.2.28。電子齒輪比是把實際的每脈沖位移量與人為確定的每脈沖位移量對應(yīng)起來。
3、參數(shù)設(shè)定
（1）通用功能調(diào)試：
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功能代碼
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功能名稱
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設(shè)定值
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F0.0.09
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電機類型與控制模式選擇
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0012（永磁同步電機，閉環(huán)矢量控制）
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F0.2.25
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頻率設(shè)定通道1
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9（模擬輸入AI1）
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F1.0.03
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加速時間1
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0.5
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F1.0.04
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減速時間1
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0.5
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F3.0.00
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DI1端子
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66（位置脈沖計數(shù)復位）
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F3.0.01
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DI2端子
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77（伺服指令脈沖清零）
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F3.1.22
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多功能繼電器輸出（標準擴展卡）
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35（伺服或主軸定位位置到達）
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F8.0.05
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編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)
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1024
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F8.0.08
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編碼器類型
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3（旋轉(zhuǎn)變壓器）
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（2）伺服定位功能調(diào)試：
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功能代碼
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功能名稱
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設(shè)定值
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Fb.2.23
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伺服控制功能
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0001（功能有效）
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Fb.2.24
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普通模式位置設(shè)定源
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1（脈沖輸入）
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Fb.2.21
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位置鎖定增益1
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1.5
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Fb.2.30
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位置增益2
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0.5
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Fb.2.31
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位置增益選擇方式
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3（位置偏差選擇）
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Fb.2.32
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位置增益選擇閥值
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50
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Fb.2.34
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普通伺服模式的轉(zhuǎn)速限制
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1（頻率設(shè)定通道）
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Fb.2.27
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電子齒輪（分子）
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16384
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Fb.2.28
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電子齒輪（分母）
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530
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4、調(diào)試運行
以脈沖輸入為位置源模式運行
運行前需要閉合一次DI1端子進行位置脈沖累計計數(shù)（D1.2.19、D1.2.18）清零。按FWD啟動伺服驅(qū)動器，電機將根據(jù)DI9端子接收到的脈沖個數(shù)來確定電機運行距離，根據(jù)脈沖的頻率與Fb.2.34的轉(zhuǎn)速限制共同決定電機的運行速度，DI9端子接收的脈沖源是可以累計保存的，可以通過閉合一次DI4端子清除累積脈沖數(shù)。
5、注意
（1）位置增益選擇方式，當按位置偏差選擇增益（Fb.2.31=3）時，位置偏差小于設(shè)定的脈沖數(shù)值（Fb.2.32）時，位置增益1（Fb.2.21）有效。否則位置增益2（Fb.2.30）有效。
（2）位置增益大的時候可以提高響應(yīng)性，過大會造成超調(diào)、震動及噪音。
（3）調(diào)整轉(zhuǎn)速閉環(huán)比例增益F8.1.21可以抑制電機震動。
（4）普通伺服模式的轉(zhuǎn)速限制方式Fb.2.34設(shè)置為1頻率設(shè)定通道，即表示只有當外部脈沖的頻率大于頻率設(shè)定通道的頻率時，電機轉(zhuǎn)速才受頻率通道控制，否則電機轉(zhuǎn)速受外部脈沖的頻率控制。
（5）從轉(zhuǎn)速模式切換到伺服控制時需要停機重啟。
本文介紹了四方CA500重載型伺服驅(qū)動器與CM500永磁同步電機在一次性餐盒成型機上的應(yīng)用。改應(yīng)用方案精度高，響應(yīng)迅速，可以最大限度的保證生產(chǎn)餐盒的質(zhì)量，降低不良品率，解決生產(chǎn)成本。
參考文獻
1、《CA500系列系列重載型伺服驅(qū)動器說明書V1.1》 深圳市四方電氣技術(shù)有限公司
2、《CM500交流永磁同步電機使用手冊》 深圳市四方電氣技術(shù)有限公司
3、《I/O擴展卡使用說明書（IOA-B100 標準型）》 深圳市四方電氣技術(shù)有限公司
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