卷接機(jī)組伺服驅(qū)動(dòng)器整體控制方案

卷接機(jī)組伺服驅(qū)動(dòng)器整體控制方案

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，所有卷煙制造商不僅需要卷煙機(jī)速度快、自動(dòng)化，而且需要高質(zhì)量、低產(chǎn)量的卷煙。而PASSIM12K卷接機(jī)組是我國上世紀(jì)90年代引進(jìn)的英國MOLINS公司的產(chǎn)品,該設(shè)備設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力12000支/分。目前該設(shè)備供絲不均、煙支交接不穩(wěn)定,嚴(yán)重影響卷煙質(zhì)量。根據(jù)分析認(rèn)為造成上述這些質(zhì)量問題的主要因素之一就是各關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)理念陳舊、響應(yīng)速度慢、精度低。因此我們對(duì)其關(guān)鍵部分的驅(qū)動(dòng)采用了LENZE公司最新推出的9400高端伺服驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品進(jìn)行控制。1關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)部分的控制卷結(jié)機(jī)組分為卷煙機(jī)和接裝機(jī)。卷煙機(jī)是把煙絲制成符合煙支單位長度重量一致的煙絲條,裹上卷煙紙,切割成雙倍長度煙支,再由蜘蛛手機(jī)構(gòu)傳給接裝機(jī)。接裝機(jī)將雙倍長煙支一切二并分離,在兩只煙之間放入濾嘴段、包上水松紙粘合,再切成兩支符合規(guī)格長度的濾嘴煙支。在整個(gè)生產(chǎn)過程中以下六個(gè)驅(qū)動(dòng)部分的控制顯得尤為重要:卷煙機(jī)主驅(qū)動(dòng)、陡角提絲帶、針輥、膠泵、接裝機(jī)主驅(qū)動(dòng)、蜘蛛手機(jī)構(gòu)。為使設(shè)備及工藝生產(chǎn)保持最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài),提高設(shè)備運(yùn)行效率,除了運(yùn)用一些檢測及監(jiān)控設(shè)施外。對(duì)關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)部分的控制要求如下。(1)陡角提絲帶和針輥必須及時(shí)定量均勻地供應(yīng)煙絲。(2)膠泵供膠要均勻,而且精度要高。(3)卷煙機(jī)主驅(qū)動(dòng)、蜘蛛手機(jī)構(gòu)與接裝機(jī)主驅(qū)動(dòng)三者之間要保持嚴(yán)格的位置同步,這樣才能保證煙支交接的穩(wěn)定性,如圖1所示。2強(qiáng)制安裝管理系統(tǒng)2.1伺服控制器位置同步策略通過PLC控制建立自動(dòng)控制系統(tǒng),上述六臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器的控制指令均由PLC通過DP總線給定,驅(qū)動(dòng)器的當(dāng)前狀態(tài)由PLC通過DP總線讀出。陡角提絲帶、針輥、膠泵這三臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器不需要位置同步,只需運(yùn)用“Actuator-speed”工藝。而需要進(jìn)行位置同步的三個(gè)軸采用下述方案:通過針輥建立一個(gè)虛擬主軸,卷煙機(jī)主驅(qū)動(dòng)、蜘蛛手機(jī)構(gòu)與接裝機(jī)主驅(qū)動(dòng)三者作為從軸跟隨虛擬主軸,上述三臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器運(yùn)用“Synchronismwithmarksynchronisation”工藝來完成同步,主從軸之間的數(shù)據(jù)通訊通過驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置的CAN總線進(jìn)行。如圖2所示。2.2配置列表伺服控制系統(tǒng)主要元器件配置清單如表1所示。3控制流程分析LENZE9400伺服系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置及程序編寫均由“Engineer”軟件來實(shí)現(xiàn)。3.1驅(qū)動(dòng)和動(dòng)力同步控制陡角提絲帶、針輥、膠泵這三臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)需要在速度上進(jìn)行快速反應(yīng),不需要位置同步,所以運(yùn)用“Actuator-speed”工藝來完成。(1)plc優(yōu)化后輸出由上位機(jī)PLC根據(jù)當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)速度及相關(guān)的設(shè)置參數(shù)通過DP總線進(jìn)行速度給定。如采用16位輸入口,則PLC給定的對(duì)應(yīng)關(guān)系為:15000RPM=214=16384。如采用32位輸入口,則PLC給定的對(duì)應(yīng)關(guān)系為:15000RPM=226=67108864。(2)系統(tǒng)的界面設(shè)置在“Actuator-speed”工藝中,最主要關(guān)心的參數(shù)如加減速時(shí)間、快停時(shí)間都可以在相關(guān)界面中進(jìn)行設(shè)置。為了使系統(tǒng)既快速響應(yīng)而又運(yùn)行穩(wěn)定。可以通過圖3的“Speedcontrol”界面將Vp和Tn參數(shù)進(jìn)行調(diào)表1配置清單整,同時(shí)通過“Engineer”軟件自帶的示波器進(jìn)行觀察。達(dá)到優(yōu)化控制的目的。其它參數(shù)一般采用LENZE默認(rèn)值即可。(1)基于plc的同步運(yùn)行控制(1)初始化對(duì)零(Homing)。手動(dòng)盤車到煙支抓取及煙支交接的正確位置,然后讓上述三臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行homing功能,將當(dāng)前位置作為零位。由于此三臺(tái)伺服電機(jī)采用了絕對(duì)多圈編碼器,因此斷電后零位也不會(huì)丟失。此項(xiàng)工作只需要在設(shè)備出廠時(shí)定好就行了。(2)同步運(yùn)行(Synchronism)。當(dāng)設(shè)備對(duì)好零位后就可以進(jìn)行同步工作了,由虛擬主軸通過DP總線接收PLC發(fā)出的速度指令。由于虛擬主軸須通過參數(shù)通道接收速度命令,而參數(shù)通道的通訊時(shí)間一般為30ms~50ms,很難滿足實(shí)時(shí)性要求。因此需采用過程通道傳送速度指令再通過驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部功能塊進(jìn)行參數(shù)寫入,以此來提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。虛擬主軸接收到速度指令后,將其轉(zhuǎn)化為位置指令,通過驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置的CAN總線將此位置指令同時(shí)發(fā)送給卷煙機(jī)主驅(qū)動(dòng)、蜘蛛手機(jī)構(gòu)與接裝機(jī)主驅(qū)動(dòng)。這樣避免了由于CAN總線通訊時(shí)間造成的延遲而引起不同步。(3)停車。當(dāng)虛擬主軸接到PLC發(fā)出的停車命令后,由虛擬主軸分別發(fā)送給三臺(tái)從軸。通過參數(shù)設(shè)置,可以讓三臺(tái)從軸均停在初始零位置。這樣為下次的同步運(yùn)行作好準(zhǔn)備,同時(shí)也方便調(diào)試人員進(jìn)行核查。(4)定位(positioning)。當(dāng)斷電或斷開電機(jī)使能手動(dòng)盤車后在進(jìn)行同步運(yùn)行前,先由上位機(jī)判斷三臺(tái)電軸是否停在零位,如沒有在零位則讓其執(zhí)行定位功能回到零位。這樣防止了同步運(yùn)行時(shí)由于三臺(tái)電機(jī)不在同步位置而引起的電機(jī)抖動(dòng)。(5)考慮到卷煙機(jī)與接裝機(jī)需要進(jìn)行單獨(dú)維修和保養(yǎng),因此對(duì)接裝機(jī)保留了單機(jī)運(yùn)行功能(ManualJog),其運(yùn)行速度及加減速時(shí)間均可以自由設(shè)定。(2)虛擬主軸控制橫向位置(1)在各軸的配置完成后,就要進(jìn)行CAN總線的配置:將針輥設(shè)為虛擬主軸,將卷煙機(jī)主驅(qū)動(dòng)、蜘蛛手機(jī)構(gòu)與接裝機(jī)主驅(qū)動(dòng)設(shè)置為從軸。然后進(jìn)行與CAN總線相關(guān)的設(shè)置如節(jié)點(diǎn)地址和波特率等。(2)虛擬主軸的LportAxisOut1口向需要位置同步的三個(gè)軸同時(shí)發(fā)送位置指令,分別由三個(gè)軸的LportAxisIn1口進(jìn)行接收。為了便于調(diào)試方便,將位置同步的三個(gè)軸的實(shí)際位置同時(shí)發(fā)送給虛擬主軸,這樣在虛擬主軸上就可以通過示波器監(jiān)控三個(gè)軸是否同步如不同步也可以通過分析它們之間的相位關(guān)系來及時(shí)地進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。見圖4。限于機(jī)械結(jié)構(gòu),此次改造中卷煙機(jī)采用了多根皮帶進(jìn)行傳動(dòng),因此出現(xiàn)了傳動(dòng)滯后的現(xiàn)象。這時(shí)需要對(duì)卷煙機(jī)主驅(qū)動(dòng)做一個(gè)提前量的補(bǔ)償。4伺服系統(tǒng)的運(yùn)用本文以PASSIM12K卷接機(jī)組改造為對(duì)象,詳細(xì)闡述了LENZE9