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韋德伺服在熱封切、密實(shí)袋制袋機(jī)上的應(yīng)用
一前言
廣州韋德電氣機(jī)械有限公司針對(duì)熱封切，密實(shí)袋制袋機(jī)現(xiàn)狀推出了專用伺服控制解決方案，在國內(nèi)制袋機(jī)行業(yè)成功應(yīng)用并得到了廣泛推廣得到用戶一致好評(píng)，該方案采用了韋德伺服系統(tǒng)，韋德LED2009A控制器或韋德W8809A液晶控制器，變頻電機(jī)等主要元器件；根據(jù)機(jī)械工藝要求選擇了韋德中慣量高轉(zhuǎn)速伺服電機(jī)作為主要送料運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，保證了在頻繁啟動(dòng)負(fù)載下自身運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)、快速響應(yīng)性，使伺服電機(jī)的一次送料轉(zhuǎn)速滿足切刀上下運(yùn)行的時(shí)間要求，同時(shí)簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，解決了老式機(jī)械效率低、定位精度不高、能耗大、浪費(fèi)材料等缺點(diǎn)。
二．韋德伺服在制袋機(jī)上的控制原理  圖1為熱封切機(jī)設(shè)備圖，這個(gè)制袋過程主要分為抬刀，定位，封切，放料四個(gè)部分。熱刀與切刀的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)主要由主變頻器控制電機(jī)帶動(dòng)搖桿凸輪傳動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)，定長定位由韋德伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)送料輥控制，放料由變頻器控制后放料馬達(dá)帶動(dòng)傳送輥。另，光電傳感器（俗稱電眼），溫控器，接近開關(guān)，作為傳感元器件，負(fù)責(zé)時(shí)間的判斷與控制信號(hào)的發(fā)出，使執(zhí)行元器件之間確立邏輯關(guān)系。LED2009A（W8809A液晶控制器）作為核心程序的載體，負(fù)責(zé)脈沖信號(hào)的發(fā)送及各種控制信號(hào)的轉(zhuǎn)化，最終控制各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)，其較強(qiáng)的界面功能可實(shí)現(xiàn)袋長設(shè)定、批數(shù)設(shè)定、計(jì)數(shù)、補(bǔ)數(shù)、計(jì)數(shù)清零、復(fù)位、白、色袋切換、點(diǎn)進(jìn)、點(diǎn)退、以及當(dāng)前制袋數(shù)量顯示。
下圖為熱切機(jī)的控制原理圖：
三工藝說明
1.系統(tǒng)上電
程序初始化，輸入袋長數(shù)值，調(diào)整溫度儀，使封刀的溫度達(dá)到熱封的需要。進(jìn)入手動(dòng)調(diào)節(jié)模式，檢查機(jī)械部分，伺服系統(tǒng)，變頻器等式否可以正常工作，調(diào)節(jié)色標(biāo)光電眼，使其能夠感應(yīng)色標(biāo)變化。
2.制作袋子
點(diǎn)擊外接或LED2009A上自動(dòng)運(yùn)行按鈕，主變頻電機(jī)工作，通過機(jī)械連桿帶動(dòng)封刀，切刀上線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，切刀每向上運(yùn)動(dòng)一次，伺服信號(hào)就導(dǎo)通一次，由LED2009發(fā)脈沖控制伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，脈沖的個(gè)數(shù)決定了伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，脈沖的頻率決定了伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，伺服電機(jī)通過同步帶帶動(dòng)送料輥送料，伺服電機(jī)必須在切刀下降到承切皮輥之前完成定位，當(dāng)切刀和封刀下切后，袋子形成。當(dāng)切袋個(gè)數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)個(gè)數(shù)或按下急停按鈕或生產(chǎn)完當(dāng)前袋子停機(jī)切刀和封刀則會(huì)停在高位，以避免熱刀燙壞袋子。
3追色調(diào)整
制袋機(jī)一般具有兩種封切方式：空白袋定長封切和尋標(biāo)封切，當(dāng)選擇空白袋
定長封切時(shí)色標(biāo)光電眼不起作用，LED2009A控制器根據(jù)切袋長度、機(jī)械傳動(dòng)比、伺服驅(qū)動(dòng)器的電子齒輪比、伺服電機(jī)編碼器的線數(shù)以及送料輥的周長，計(jì)算出伺服系統(tǒng)定位所需要的脈沖數(shù)，然后由驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)帶動(dòng)送料輥轉(zhuǎn)動(dòng)送出一定長度的膠袋，從而實(shí)現(xiàn)白袋定長封切；當(dāng)選擇尋標(biāo)封切時(shí)，其過程如下，伺服啟動(dòng)信號(hào)導(dǎo)通，伺服電機(jī)按照控制器程序預(yù)先設(shè)定的運(yùn)動(dòng)曲線進(jìn)行加速運(yùn)動(dòng)、恒速運(yùn)動(dòng)、減速運(yùn)動(dòng)、低速追色，控制器接收到追色信號(hào)時(shí)，立即停止伺服電機(jī)。一般追色長度為3mm，并且要求追色信號(hào)只能在追色范圍內(nèi)起作用，其它范圍內(nèi)需屏蔽掉其干擾信號(hào)。追色封切調(diào)試時(shí)，在控制器里調(diào)節(jié)參數(shù)，先將加速時(shí)間、減速時(shí)間設(shè)長，再調(diào)低速追色速度，盡可能提高低速追色速度，以追色平穩(wěn)、準(zhǔn)確為準(zhǔn)。調(diào)整好追色速度后，再調(diào)加速時(shí)間、減速時(shí)間，盡可能調(diào)短加減速時(shí)間，以膠袋與出料輥不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)及追色平穩(wěn)為準(zhǔn)。LED2009A控制器在追色封切時(shí)，對(duì)追色信號(hào)記數(shù)，連續(xù)三次檢測不到時(shí)，控制器停止各電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并驅(qū)動(dòng)報(bào)警器報(bào)警。同時(shí)控制器對(duì)批量記數(shù)，當(dāng)批量達(dá)到預(yù)警值時(shí)，控制器驅(qū)動(dòng)報(bào)警器報(bào)警提示。
四.伺服系統(tǒng)簡介
本機(jī)采用的伺服系統(tǒng)為韋德電氣機(jī)械有限公司生產(chǎn)的 WEIDE系列伺服，驅(qū)動(dòng)單元采用美國TI 公司最新數(shù)字信號(hào)處理器 DSP 為核心，選用三菱公司工業(yè)級(jí)智能功率模塊（IPM），而且所選IPM的容量比通常標(biāo)定相同功率的同類伺服產(chǎn)品要大一個(gè)等級(jí)，因而具有過載能力強(qiáng)、抗負(fù)載擾動(dòng)能力強(qiáng)、起動(dòng)力矩大等特點(diǎn)；采用自抗擾控制和速度觀測控制，比傳統(tǒng)的PI控制技術(shù)具有更好的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能；支持多種通訊方式，RS232,RS422/RS485,CAN或Profibus；驅(qū)動(dòng)器將位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制這三種控制方式合為一體，并且可以進(jìn)行各控制模式的動(dòng)態(tài)切換，使用更加靈活柔性；具備控制超速、過流、過載、主電源過壓欠壓、編碼器異常、制動(dòng)異常、位置偏差等多項(xiàng)在線檢測與診斷，使控制過程一目了然。電機(jī)為三相永磁同步伺服電機(jī)，具有三倍過載能力，2500RPM的額定轉(zhuǎn)速,2500p/r的碼盤反饋脈沖精度。
機(jī)械參數(shù)：
機(jī)械傳動(dòng)減速比1：3
膠輥直徑66mm
精度要求：袋長精度小于0.3mm，伺服電機(jī)編碼器脈沖數(shù)為2500P/R，通過四倍
頻轉(zhuǎn)換后，分辨精度達(dá)到10000p/r,即v伺=360°/10000=0.036°，電機(jī)輸出到送料輥有3:1的減速比，實(shí)際檢測精度達(dá)到：
v輥=360°/(10000×3)=0.012°
對(duì)應(yīng)的袋子長度分辯精度為：
vl輥=πD×(0.012°/360°)=207.24×0.000033=0.006839mm
故其本身誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.5mm，引起定位誤差較大的真正原因是由于伺服電
機(jī)起停不夠平滑，停車時(shí)抖動(dòng)，故要根據(jù)伺服電機(jī)的起停速度調(diào)整合適的速度環(huán)、
位置環(huán)增益與加減速時(shí)間，調(diào)試過程如下：
a）將位置環(huán)增益先設(shè)在較低值，然后在不產(chǎn)生異常響聲和振動(dòng)的前提下，逐
漸增加速度環(huán)的增益至最大值。
b）逐漸降低速度環(huán)增益值，同時(shí)加大位置環(huán)增益。在整個(gè)響應(yīng)無超調(diào)、無振動(dòng)
的前提下，將位置環(huán)增益設(shè)至最大。
c）速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)取決于定位時(shí)間的長短，在機(jī)械系統(tǒng)不振動(dòng)的前提下，
盡量減小此值。
d）隨后對(duì)位置環(huán)增益、速度環(huán)增益及積分時(shí)間常數(shù)進(jìn)行微調(diào)，找到最佳值。
e）適當(dāng)調(diào)整位置指令一次濾波時(shí)間常數(shù)。
五. 總結(jié)
該機(jī)械是在傳統(tǒng)老式機(jī)械的基礎(chǔ)上運(yùn)用WEIDE伺服控制系統(tǒng)改造而成，具有效率提高；良品率提高；封切精度提高；調(diào)試方便快捷；運(yùn)行過程平穩(wěn)；機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)。具有更高的技術(shù)和更合理的性價(jià)比。
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