摘要：本文介紹了雷賽ACS交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在立式包裝機(jī)上的應(yīng)用。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試數(shù)據(jù)表明，配置伺服系統(tǒng)的包裝機(jī)，其加工效率比原步進(jìn)系統(tǒng)高出50%，且運(yùn)行平穩(wěn)，精度高。此次應(yīng)用，為ACS交流伺服系統(tǒng)在立式包裝機(jī)上的應(yīng)用提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)，值得推廣。
關(guān)鍵詞：雷賽ACS交流伺服 立式包裝機(jī)

1 前言

立式包裝機(jī)設(shè)備主要用于加工塑料包裝袋及各種規(guī)格的生活塑料袋，早期的設(shè)備采取的是剎車離合器等控制機(jī)構(gòu)，后來改進(jìn)為步進(jìn)系統(tǒng)控制裝置，現(xiàn)在又發(fā)展成為PLC及伺服電機(jī)加變頻調(diào)速為主的控制機(jī)構(gòu)，目前，伺服控制已成為行業(yè)的應(yīng)用趨勢(shì)。

深圳市雷賽機(jī)電技術(shù)開發(fā)有限公司針對(duì)國(guó)內(nèi)立式包裝機(jī)現(xiàn)狀推出了專用伺服控制解決方案，在國(guó)內(nèi)某包裝機(jī)設(shè)備公司得到成功應(yīng)用并廣泛推廣。該方案采用了雷賽ACS806全數(shù)字化交流同步伺服驅(qū)動(dòng)器、ACM交流永磁同步伺服電機(jī)，配合客戶端的觸摸屏、PLC、變頻器、變頻電機(jī)等元器件，構(gòu)成一整套完整的伺服解決方案。

圖1 立式包裝機(jī)設(shè)備圖及包裝袋樣品圖

根據(jù)設(shè)備工藝要求選擇了低慣量高轉(zhuǎn)速的雷賽ACM602V36伺服電機(jī)作為主要運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，保證了包裝制袋機(jī)在頻繁啟停時(shí)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性與快速響應(yīng)性，使伺服電機(jī)的一次送料轉(zhuǎn)速能夠滿足切刀上下運(yùn)行的時(shí)間要求，同時(shí)簡(jiǎn)化了機(jī)械機(jī)構(gòu)，解決了原機(jī)械設(shè)備效率低、定位精度低、能耗大、自動(dòng)化水平低、浪費(fèi)材料等缺點(diǎn)。

2 控制原理

圖2為包裝機(jī)設(shè)備電氣原理圖，整個(gè)設(shè)備工藝過程主要分為抬刀、定位、封切三個(gè)部分，整個(gè)工藝過程由熱封切刀、伺服裝置、變頻裝置、牽引皮輥、承切皮輥聯(lián)動(dòng)完成。

圖2 設(shè)備電氣原理圖

熱封切刀安裝在傳動(dòng)軸上，該軸由變頻裝置驅(qū)動(dòng)，做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；伺服裝置驅(qū)動(dòng)牽引皮輥，按照一定的速度，保證熱封切刀在離開承切皮輥并再次到達(dá)承切皮輥之前，將所設(shè)定長(zhǎng)度的塑料袋送過切刀；隨后，熱封切刀到達(dá)承切皮輥，將塑料袋封口，并切開。

? 人機(jī)界面：觸摸屏，界面上可設(shè)置定長(zhǎng)封切或色標(biāo)封切、切袋長(zhǎng)度、送袋速度等，當(dāng)選擇為定長(zhǎng)封切時(shí)，色標(biāo)封切無效。

? PLC：核心程序的載體，控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)與協(xié)調(diào)。根據(jù)伺服機(jī)構(gòu)的機(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)以及出料輥的周長(zhǎng)，PLC程序計(jì)算出伺服驅(qū)動(dòng)器接收一定數(shù)量的脈沖，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)出料輥轉(zhuǎn)動(dòng)，帶出一定長(zhǎng)度的膠袋，實(shí)現(xiàn)定長(zhǎng)控制。

? 色標(biāo)傳感器：到位信號(hào)，負(fù)責(zé)時(shí)間的判斷與控制信號(hào)的發(fā)出。

? 主變頻裝置：負(fù)責(zé)熱封刀的連續(xù)上下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)控制出袋速度與效率。

? 伺服驅(qū)動(dòng)裝置，由驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)構(gòu)成，作為主要運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，主要任務(wù)是完成定位精度的控制，嚴(yán)格執(zhí)行來自PLC的脈沖指令控制，同時(shí)，保證在頻繁啟動(dòng)負(fù)載下自身運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性與快速響應(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。伺服性能直接反映了這臺(tái)設(shè)備的整機(jī)性能與質(zhì)量。

3 工作流程

包裝機(jī)設(shè)備的工作流程如下：

1）設(shè)備上電，溫控器控制封刀處加熱器進(jìn)行加熱；

2）送料變頻器驅(qū)動(dòng)送料電機(jī)以設(shè)定的速度輸送塑料薄膜，送料感應(yīng)器檢測(cè)到送料端放卷的塑料薄膜足夠時(shí)，送料電機(jī)停止送料；

3）溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值，溫控信號(hào)導(dǎo)通，主變頻器驅(qū)動(dòng)主電機(jī)通過機(jī)械傳動(dòng)裝置控制切刀和封刀的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

4）切刀每向上運(yùn)動(dòng)一次，伺服信號(hào)導(dǎo)通一次，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)出料輥夾著塑料薄膜帶轉(zhuǎn)動(dòng)一次，切刀和封刀下切，膠袋形成 ；

5）設(shè)定個(gè)數(shù)到達(dá)或按停止鍵時(shí)，當(dāng)前膠袋形成后停機(jī)，切刀和封刀停在高位停車處。

4 伺服系統(tǒng)應(yīng)用與實(shí)際調(diào)試數(shù)據(jù)

本機(jī)采用雷賽ACS806伺服驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)單元采用美國(guó)TI公司最新DSP芯片、大規(guī)模可編程門陣列(CPLD)和智能化功率模塊(IPM)，集成度高、可靠性好。驅(qū)動(dòng)單元具備標(biāo)準(zhǔn)位置控制，可接收脈沖信號(hào)，同時(shí)具備了主電源過壓欠壓、過流、過載、編碼器異常、位置超差等多項(xiàng)在線檢測(cè)與診斷，使控制過程一目了然。

伺服電機(jī)為雷賽ACM602V36三相永磁同步伺服電機(jī)，寬調(diào)速比，恒轉(zhuǎn)矩輸出，三倍過載能力，額定轉(zhuǎn)速3000rpm，配置2500線編碼器。

本機(jī)只需使用一套伺服系統(tǒng)就能完成其主要功能，圖3為該包裝機(jī)伺服配置。

4.1 包裝機(jī)系統(tǒng)預(yù)估值

該包裝機(jī)設(shè)備基本參數(shù)如下：

輥軸直徑：36mm ；袋長(zhǎng)精度：小于0.5mm；機(jī)械減速比：1：4

根據(jù)以上信息，計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速和系統(tǒng)分辨率：

（1）電機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)估：

此機(jī)送料輥直徑r=36mm，圓周長(zhǎng)為L(zhǎng)=2πr=3.14x36=113mm，若以500mm長(zhǎng)的袋子為例，則一次制袋成型送料輥需轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)為：n總=500/L=500/113=4.42圈，若每分鐘制袋120個(gè)，則每分鐘送料輥需轉(zhuǎn)動(dòng)：n輥=120 x n總=120x4.42=531rpm，同時(shí)，送料輥與伺服電機(jī)存在1:4的減速比，故最終伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速為：n電機(jī)=4 x n總=4x531=2124rpm（1）

（2）系統(tǒng)分辨率預(yù)估：

伺服編碼器為2500 ppr，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器四倍頻后，精度為10000ppr,則伺服電機(jī)的精度可等效為δ電機(jī)=360°/10000=0.036°；又電機(jī)輸出到出料輥有4:1的減速比，則出料輥實(shí)際檢測(cè)精度為：δ輥=δ電機(jī)/4=0.009°，對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度分辨精度為： σ輥=L x (δ輥/360°)=113x0.000025=0.002825mm （2）

故其預(yù)估偏差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)精度設(shè)置值0.5mm。

4.2 包裝機(jī)實(shí)際調(diào)試數(shù)據(jù)

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，客戶端參數(shù)如表1所示：

雷賽伺服驅(qū)動(dòng)器基本設(shè)置如圖4所示：

圖4 雷賽伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)配置圖

監(jiān)測(cè)實(shí)際制袋過程（見圖5），數(shù)據(jù)表明，工作時(shí)電機(jī)電流4.2A，速度1800rpm，精度控制在0.05mm以內(nèi)，達(dá)到客戶要求。

圖5 雷賽伺服驅(qū)動(dòng)器在線監(jiān)測(cè)圖

以200mm長(zhǎng)膠袋為例，雷賽伺服與某品牌步進(jìn)電機(jī)的性能比較如下：

表2 雷賽伺服與某品牌步進(jìn)的對(duì)比測(cè)試數(shù)據(jù)表

表2數(shù)據(jù)表明，伺服從效率上比步進(jìn)高出約50%，且運(yùn)行平穩(wěn)、精度高。

5 結(jié)語(yǔ)

該立式包裝機(jī)是在傳統(tǒng)老式設(shè)備的基礎(chǔ)上運(yùn)用雷賽全數(shù)字化ACS系列交流伺服控制系統(tǒng)改造而成，具有提高效率、降低能耗、提高成品率、改善封切精度、調(diào)試方便快捷、運(yùn)行過程平穩(wěn)、簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，具有更高的技術(shù)含量和更優(yōu)良的性價(jià)比，能為企業(yè)創(chuàng)造更多的效益。