歐姆龍伺服控制器在多伺服枕式包裝機(jī)中的應(yīng)用

1、歐姆龍伺服控制器在多伺服枕式包裝機(jī)中的應(yīng)用（收底本文 ）引言枕式包裝機(jī)又稱接縫式裹包機(jī)，是一種臥式三面封口，自動(dòng)完成制袋、填充、封口、切斷、成 品排除等工序的包裝設(shè)備，實(shí)際應(yīng)用中，與相應(yīng)衍生機(jī)種、輔助機(jī)種相配合，能實(shí)現(xiàn)食品、日用化 工、醫(yī)藥等行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線的流水包裝。適應(yīng)的包裝物為一般塊狀、筒狀規(guī)則物品，無規(guī)則異形 物品，如：餅干、蛋糕、化妝品、紙巾等。包裝成品的形式有單件包裝、集合包裝、帶托盤包裝、 無托盤集合包裝等。傳統(tǒng)的枕式包裝機(jī)橫封刀的運(yùn)動(dòng)曲線是由機(jī)械的凸輪來實(shí)現(xiàn)的，機(jī)械加工、安裝復(fù)雜，運(yùn)行噪音大，效率低；如果使用伺服系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)電子凸輪功能，對(duì)于機(jī)械安裝、運(yùn)行效率會(huì)有一定的提高。本文

2、詳細(xì)介紹 OMRON的控制器FQM1在包裝機(jī)中實(shí)現(xiàn)電子凸輪的應(yīng)用。1. 枕式包裝機(jī)的工藝簡介枕式包裝機(jī)的送膜和進(jìn)料是同步進(jìn)行的，由色標(biāo)檢測和接近開關(guān)分別對(duì)送膜和送料的位置進(jìn)行 檢測，薄膜經(jīng)成型器成型后變?yōu)橥材?，并進(jìn)行縱向熱封，同時(shí)物料被送進(jìn)筒膜內(nèi)，一起向前經(jīng)過橫 封橫切部位，由回轉(zhuǎn)式或往復(fù)式的橫封橫切刀對(duì)筒膜進(jìn)行橫向封切，輸岀包裝成品，具體工藝流程 圖和工藝結(jié)構(gòu)圖分別參照?qǐng)D 1、圖2 :圖1枕包機(jī)工藝流程圖圖2枕包機(jī)工藝結(jié)構(gòu)圖2. 枕式包裝機(jī)自動(dòng)化程度的發(fā)展隨著食品包裝行業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)類似枕包機(jī)這樣的機(jī)械提岀的要求是提高包裝速度與精度， 全面包裝品規(guī)格，操作趨于人性化以及售后維護(hù)成本降低。根

3、據(jù)枕包機(jī)的工藝不難看岀，其控制重 點(diǎn)在于送料、送膜以及橫封橫切軸三軸的配合，因此從第一代枕包機(jī)發(fā)展至今，主要就是對(duì)這三軸 的控制進(jìn)行改進(jìn)以滿足行業(yè)不斷提升的要求，從低端到高端、從機(jī)械控制為主到電氣控制為主，枕 包機(jī)控制的發(fā)展主要經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段： 階段一：單變頻跟包裝膜,使用一臺(tái)變頻器加一臺(tái)交流電機(jī)來工作， 為了成比例的同時(shí)帶動(dòng)橫封刀 （加輸送機(jī)） 需要一臺(tái)無極變速箱來根據(jù)不同的膜長調(diào)節(jié)膜軸的速度。從而實(shí)現(xiàn)了兩路速度的輸岀，但是無極變 速箱會(huì)隨著使用時(shí)間的增長岀現(xiàn)磨損影響使用精度，因此有他的局限性。橫封刀的運(yùn)行曲線是由機(jī) 械凸輪來實(shí)現(xiàn)的，因此機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)多。階段二：單變頻+單伺服使

4、用一臺(tái)變頻驅(qū)動(dòng)橫封刀（加輸送機(jī)），一臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)包裝膜，取消了無極變速箱。各部分運(yùn) 行獨(dú)立，由PLC控制器協(xié)調(diào)兩部分速度。橫封刀運(yùn)動(dòng)軌跡仍有機(jī)械凸輪實(shí)現(xiàn)。階段三：雙伺服原理同單伺服+單變頻，但其控制精度進(jìn)一步提高。 階段四（目前最先進(jìn)的控制方式，本文介紹重點(diǎn)）：三伺服三個(gè)伺服分別驅(qū)動(dòng)橫封刀、包裝膜、供料輸送機(jī)，橫封刀的運(yùn)行軌跡完全有伺服來實(shí)現(xiàn)，取消 機(jī)械凸輪，簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)。三部分的運(yùn)行速度需要有高性能的控制器來控制，因此對(duì)于控制器的 要求比較高，經(jīng)過試驗(yàn) OMRON的FQM1控制器能完成這項(xiàng)功能，并且能提高包裝速度速度。3. 三伺服枕式包裝機(jī)的詳細(xì)工藝及控制要求三伺服枕包機(jī)是在雙伺服枕包機(jī)基礎(chǔ)

5、上開發(fā)的一種高端枕式包裝機(jī)，其技術(shù)核心就是用運(yùn)動(dòng)控 制器中的電子凸輪功能替代原先的機(jī)械凸輪，完成機(jī)器中橫封橫切與拉膜牽引以及送料的配合，要 求橫切的位置能精確地定位在包裝袋的色標(biāo)上，誤差范圍應(yīng)小于士2.5mm（根據(jù)色標(biāo)寬度定），速度一般能達(dá)到200包/分鐘。3.1機(jī)器的啟動(dòng)檢測定位由于在機(jī)器的整個(gè)運(yùn)行過程中保持送膜、送料、橫封橫切軸的位置準(zhǔn)確非常重要，軸與軸之間按照包裝物規(guī)格的不同有不同的位置對(duì)應(yīng)點(diǎn)，因此在機(jī)器啟動(dòng)時(shí)就因?qū)⑷S的位置進(jìn)行校準(zhǔn)，找到 位置對(duì)應(yīng)點(diǎn)以便機(jī)器正常運(yùn)行時(shí)按照對(duì)應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行檢測糾偏。三軸的偏差檢測通過不同的傳感器進(jìn)行：送膜軸：膜的色標(biāo)位置通過色標(biāo)傳感器和伺服驅(qū)動(dòng)器的編碼器分頻進(jìn)

6、行檢測。送料軸：輸送帶的位置通過安裝在輸送帶的接近開關(guān)和輸送帶伺服驅(qū)動(dòng)器的編碼器分頻信號(hào)位置檢 測。橫封橫切軸：橫封刀位置的檢測通過安裝在橫封刀上的接近開關(guān)和設(shè)定的橫封刀每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)進(jìn)行 檢測。機(jī)器啟動(dòng)時(shí)的檢測定位流程如圖3:a11Th宦肓瑜亍圖3機(jī)器啟動(dòng)時(shí)三軸的檢測定位流程3.2機(jī)器運(yùn)行時(shí)的工藝及控制啟動(dòng)檢測定位完成后，機(jī)器將進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)，其控制重點(diǎn)仍在于三軸的配合運(yùn)行，工藝結(jié)構(gòu)及控制圖如圖4 :三伺服枕式包裝機(jī)的工藝結(jié)構(gòu)及控制圖RVf-IIM1HUN WKMQ/遲杠植忖席摘i&M* rJr/%輯椿悄囂蛤/ -I圖中所標(biāo)的三軸的功能及控制要求分別為:橫封橫切軸：切割包裝膜，把每包包裝物分

7、離，并且熱封包裝口，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)一對(duì)帶刀導(dǎo)輥旋轉(zhuǎn)對(duì)包裝 物進(jìn)行橫封橫切，在橫封軸旋轉(zhuǎn)一周的過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)到橫封過程的角度時(shí)，橫封軸必須與主軸保持 同步，當(dāng)轉(zhuǎn)到其他角度時(shí)，橫封軸的速度需要改變，橫封的周期時(shí)間與主傳送帶送入一個(gè)包裝物品 的時(shí)間相同。在這里，我們將進(jìn)行橫封過程的角度稱為同步角，同步角的大小根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)而定，目前使用最多的角度大小是 66 左右。橫封軸轉(zhuǎn)到同步角時(shí)，必須與送料軸保持速度同步，而轉(zhuǎn)到其它角度時(shí)，需要加速還是減速，取決于橫封軸固有長度與產(chǎn)品長度之間的大小關(guān)系，固有長度的定義如圖5所示：根據(jù)固有長度與產(chǎn)品長度之間的關(guān)系，橫封軸轉(zhuǎn)到同步角以外的角度時(shí)加減速控制要求入圖6所示:

8、根據(jù)固有長度與產(chǎn)品長度之間的關(guān)系，橫封軸轉(zhuǎn)到同步角以外的角度時(shí)加減速控制要求入圖6所示:圖5固有長度的定義根據(jù)固有長度與產(chǎn)品長度之間的關(guān)系，橫封軸轉(zhuǎn)到同步角以外的角度時(shí)加減速控制要求入圖6所示:iI pt i *It 廈圖6橫封橫切軸控制速度要求送膜軸：帶動(dòng)包裝膜，夾運(yùn)，縱封軸，使包裝膜與包裝物同步，當(dāng)包裝薄膜上需要色標(biāo)定位時(shí)，必須在送膜軸的控制中加入糾偏，以防止滑差導(dǎo)致的累計(jì)誤差，保證橫切位置準(zhǔn)確如圖7 :圖7正確的橫切位置送膜軸的糾偏流程如圖 8所示:色標(biāo)檢渕|與主軸位聖 黃基不變計(jì)笄偏差等傳下一問期植據(jù)與主軸的惶匿違腸沖輸出圈呂送隕軸祖H偏用程送料軸：按照一定的速度帶動(dòng)包裝物，把包裝物送

9、入包裝膜中，物料間的間隔距離是由傳送帶上的檔格 分開的，可以保證物料被送入包裝膜時(shí)位置的準(zhǔn)確性。但長時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)可能會(huì)因?yàn)闄C(jī)械損耗導(dǎo)致 偏差，因此送料軸也需要定位信號(hào)檢測進(jìn)行實(shí)時(shí)糾偏，其運(yùn)動(dòng)控制及糾偏的模式與送膜軸幾乎一致，只是檢測定位為信號(hào)采用了接近開關(guān)，與主軸同步跟隨的參數(shù)也會(huì)有所不同。4. OMRON公司FQM1運(yùn)動(dòng)控制器的介紹以及在三伺服枕包機(jī)中的應(yīng)用4.1 FQM1功能及特點(diǎn)描述FQM1是OMRON的通用運(yùn)動(dòng)控制器，其特點(diǎn)就是可以進(jìn)行靈活、快速的運(yùn)動(dòng)控制，適合需要8軸以下伺服控制且同步協(xié)調(diào)或跟隨要求高的包裝機(jī)械，如：多伺服枕包機(jī)、連續(xù)式立包機(jī)、瓦楞紙生產(chǎn)線的送紙機(jī)構(gòu)、全伺服臥式包裝機(jī)

10、等。FQM1可實(shí)現(xiàn)的控制功能如表1所示：3拉*1同I AH電耶凸舵力；二蹟川鼻氣耶二輙力滯1補(bǔ)如叭甸1ittfi晁卷斑！1嵐鶴宜晤耳1冃學(xué)雖1此-K9IDt9O燒懇一事射片型，*6SQQCLjSiHLTEi卜jfi關(guān)ttCH&KhEDL0 J世陣#計(jì)、- asbKotLtfWfifflT r童曲0B 卜範(fàn)期1! DO飛曲1! DO1! DO圖14 APR指令執(zhí)行由于FQM1中的PULS指令經(jīng)過設(shè)置只需要給定絕對(duì)位置值就會(huì)自動(dòng)計(jì)算岀輸岀頻率控制伺服系統(tǒng)，因此最后只需將 APR指令中橫封橫切刀的位置地址作為PULS指令的目標(biāo)位置，即可完成橫封橫切軸的凸輪控制，如圖15:CAI433送膜軸的位置控制

11、送膜軸的位置控制跟橫封刀的方式相同，只是由于包裝膜的張力的變化會(huì)發(fā)生位置的偏差，在 工作中必須進(jìn)行修正。首先計(jì)算岀送膜軸運(yùn)行給定的袋長需要的脈沖數(shù)，然后與虛軸的脈沖數(shù)進(jìn)行線性對(duì)應(yīng)，隨時(shí)讀 取虛軸的脈沖值，然后根據(jù)線性關(guān)系求岀膜軸應(yīng)該對(duì)應(yīng)的位置脈沖，通過PULS指令進(jìn)行輸岀。如果岀現(xiàn)色標(biāo)偏差可以修改袋長對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)的最大值，即修改了線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖16所示，從而在下一周期中改變膜軸的位置，保證色標(biāo)位置的準(zhǔn)確性。圖16膜軸與虛軸點(diǎn)數(shù)線性對(duì)應(yīng)關(guān)系圖在這里需要注意的是：檢測岀偏差后，需要進(jìn)行判斷色標(biāo)是超前還是滯后（可以在功能塊中計(jì) 算，ST語言比較合適），但是超前和滯后會(huì)有四種情況，有超前一個(gè)袋長的

12、情況，沒有一個(gè)袋長 的情況；滯后一個(gè)袋長的情況，不到一個(gè)袋長的情況，如果不注意處理，就會(huì)發(fā)生誤糾偏的情況。 在這里，我們?nèi)杂肧T語言編寫功能塊，對(duì)此情況進(jìn)行處理，功能塊與ST源代碼如圖17、18所示:*工riifidE制TH 91* 正JVrt廳壬T1J B1P5IQrit asMIB-!圖17糾偏判斷功能塊1-mEfTL -廉沖*；SM爍*強(qiáng)機(jī)上碼曲ffibtt/（rlrfi_徳躊酊L*:引、 Ft*（EV：fltl 治魚if廳無壬* rdt*池豎艮1TL 悅吐用 山口比豎財(cái)！，=住豐卜衛(wèi)江章也氏虞.1ilSteUx*4i f*臨=tf.t）rt遼臣1?畫mIflZufCr:屛f;tlS!1

13、151|算沖豐M :越唯鼻耳M也甜惴沖n砌t豐凸9EL二耳沖豎河*陀電片昵IEJ過援RfiftttiM屯機(jī)_（*砂憐*1 -.,t 覇卷購L、曲&圧旳）吐典ESf atru;花區(qū)w+nvif 査懺ITD草便忙ft thm 5KL =洞豎!騙應(yīng)皿 rlW1L Gr.-SKStditF；4圖18糾偏判斷的ST源代碼434送料軸的位置控制送料軸的位置控制方式與送膜軸的控制方式相同，只是參數(shù)有所變更，在此不再敘述。435其他注意事項(xiàng)需要注意PULS指令的過零點(diǎn)判斷，如果判斷不好會(huì)岀現(xiàn)伺服倒轉(zhuǎn)、突然高速運(yùn)行、抖動(dòng)的情 況。另外，如果伺服參數(shù)調(diào)整不對(duì)也就是伺服的相應(yīng)不一樣，在高速時(shí)會(huì)岀現(xiàn)色標(biāo)的偏差，此偏差 不易在程序中修正。5.結(jié)束語經(jīng)過測試，設(shè)備可按照客戶原先提岀的以下要求正常運(yùn)行： 提高包裝精度，正?？梢赃_(dá)到120200包/分； 減少機(jī)械結(jié)構(gòu)，使機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，省去機(jī)械凸輪，易于維修，同時(shí)減少工作噪音; 使用觸摸屏操作使操作方式人性化； 使用方便，操作簡單，即便岀現(xiàn)故障只要簡單處理就可繼續(xù)運(yùn)行。 系統(tǒng)的穩(wěn)定性，特別重要。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，OMRON的FQM1的電子凸輪功能、同步總線高速運(yùn)算功能起到了關(guān)鍵 作用，使得機(jī)