自动化模块设计在糖果包装机上的应用

通过对奶糖包装机的工艺及难点分析,整合台达自动化产品,为客户提出整套奶糖包装机系统控制架构。整个控制系统的核心为包装纸的输送,为了实现高速的控制要求,采用A2伺服特有的色标对位修正功能和电子凸轮功能实现核心控制功能。经实际测试,该套控制系统方案大大提升了系统的包装速度和工作效率。

设备工艺原理

此设备主要实现奶糖的包装,其设备机构及工艺如下图1所示。

图1 设备结构图

图2 设备工艺流程

控制系统架构

主传动采用变频器控制,主要驱动横封、纵封、切刀、输送,送膜轴采用独立传动控制。 采用DTC温度模块实现纵封和横封的温度控制;送膜轴跟随主轴编码器实现包装纸的送出。并利用色标光电实现色标偏差补偿。如图3所示。

 

图3 设备控制系统架构

系统程序设计原理

本系统的核心工艺为包装纸的进纸控制,其难点在于在高速状态下,如何保证包装长度和裁切点精准无误。依据包装纸色标有无状态,设备分为定长(即无标)和跟标两种模式。在色标模式下,送纸轴要根据主传动的编码器命令运行,同时要根据色标信号进行主轴相位的同步修正。光标信号的取样的及时性就直接影响到整个系统的精确性和稳定性,故本系统利用A2伺服的电子凸轮功能和对位功能实现送纸工艺,利用其DI的高速响应性以实现相位的及时补偿。

伺服程序规划

对于伺服程序的规划,按照设备工艺要求,本系统主要包三个功能块:1.凸轮输入输出模块;2.色标对位模块;3.同步修正模块。

(1) 凸轮输入输出模块程序

由于送纸轴必须跟随主轴运行,即主轴运行1个工位,则送纸轴必须送出一个规格长度的包装膜。根据系统工艺要求,送纸轴的运动速度需保持恒定速度运行,且与切刀保持线速度一直。
以此建立送纸轴凸轮曲线如图4所示,即主轴每运行1个工位(0~360°)送纸轴输出一周。

 

图4  送纸轴凸轮曲线

由于上述送纸轴输出为拉膜辊的周长,故对于不同长度的包装纸规格,可以利用凸轮表格缩放比率P5-19进行调整。其原理如下图5所示。

 

图5  凸轮缩放倍率示意图

(2 )对位补偿模块和同步修正规划

对位的原理为:相对主轴位置建立一个目标相位值,然后抓取包装纸的光标信号,进行比对,以保证每次光标信号到达时,主轴相位与目标值相重合。

补偿原理即当驱动器抓到色标光电信号后便将实际主轴相位与目标相位作对比,计算出偏移值;然后利用PR进行相位补偿调整。

而同步修正则是利用DI7高速抓取主轴原点信号,进行周期性的误差修正。其程序设定如图6所示。

 

图6  程序设定

HMI界面规划

此系统的参数设定,规格切换,只需通过HMI即可轻松完成,故障的诊断输出图文并茂,一目了然。如图7所示。

 

图7  HMI界面

系统调试

由于包装纸会受到张力、摩擦、打滑以及温度的影响,所以系统调试主要为对位补偿功能的调整,在进行对位功能调整过程中。主要借助ASDA soft所提供的示波器功能进行数据的监测,所要观测的变量有以下:

A.E-CAM TABLE IN(X POS) B. DI状态 C.0X10000055 (对位误差率)

如图8示波器内容所示,所观测的信息为:每次对位信号(DI=0X35)相对主轴的相位是否固定;两个对位信号间隔脉冲数是否与主轴一周的脉冲数相等;对位误差率是否接近的变化情况,如果接近0则表示对位功能正常,若对位误差一直处于小于零或一直大于零,请确认P5-19设定的输出是否与实际输出长度相等。根据经验,如果对位误差率小于零,可适当增大P5-19;反之,则减小P5-19。

 

图8  对位波形

结论

A2伺服针对包装行业所开发的色标补偿功能,使得包装机的系统升级变得轻而易举;模块化的系统配置,有效解决成本问题的同时;并可以获得设备性能的提升。经过实际生产验证,此系统稳定可靠,设备速度提升50%。

作者简介:

王江涛,男,1983年3月出生于陕西省,毕业于西安工业大学机电自动化专业,高级工程师 ,现就职于台达工业自动化事业部应用技术中心,研究方向是:包装机械控制系统设计。

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