制袋机系统的伺服控制.pdf

自 动 化 技 术 与 应用 2 0 1 3 年 第3 2 卷 第1 期 亍业 应 用 与 交 流 服控制系统是近年来发展的新技术 正在发展成伺服系 统的主流 伺服系统的性能是决定着整个制袋机的加 工精度和生产率 的主要因素 对于交流伺服系统 的性 能 一方面要求快速跟踪性能好 即要求伺服系统对输 入 信号 的响应快 跟踪误差小 过渡 时间短 且无超调 或超调小 振荡次数少 另一方面 要 求稳态精度高 即 系统稳态误差小 定位精度高 2 本文介绍了伺服控制 系统应用于 制袋机 的方 案 制袋机 的热封与定 长定位牵 引是分 时间歇 进性运行 表 现制袋机 的性能 的技术指标 制袋速 度 2 制袋 机伺服 系统 的研究 制袋机主电机控制系统主要 由主电机及其控制器 切刀 烫封刀和凸轮构成 主电机根据系统设定的袋长 进行定 长牵 引 同 时控 制切刀 烫封刀 的动作l 3 J 2 1 主 电机控 制的改进 原有的制袋机控制系统多采用数字凸轮定位器配 套编码器来实现制袋机的动作定位 变频器控制主电 机是 PL c根据制袋机速度设定输出模拟量到变频器再 使主电机运转 当热切刀抬起时伺服电机进行拉料到设 定袋长后停止 热切刀下降到指定位置牵引动作完成 此时进行冲孔压边等 热切刀上下一次薄膜切成一个袋 子 然后重新 开始新 的循环 在一个循环 当 中热切 刀上 下的时间是一样的都是转轮转动半周所用的时间 图 1 主机工作速度曲线 改用伺服系统后 经减速器与连杆机构将主电机的 旋转运动转换成热封机架的上 下往复直线运动 即抬 起或压下 当处于抬起时允许伺服电机进行定长牵引动 作 当处于压下时 进行热封 这样伺服控制主电机的 平 均速度 决定 了制袋速度 在速 度指令 不变 的前提 下 根据袋长参数 自动灵活控制控制热封和牵引的时间比 值 既无需重新设定温度又保证了生产的高速性 从而 实现制袋制生产过程的优化控制 图 1 为主机工作速 度 曲线 图 2中S M 0 S M S M 及 S M 3 均为永磁 同步 交流 伺服 电机 PG0 PG1 P G2 及 PG 为光 码 器 S A 1 2 S A 为伺服控制器 为张力传感 器 G 为反射式光 电标志传感器 为 热封机架 高 低位传感器 其中的 F为位移式张力传感器 用于协调 的速度同步与前 后牵引辊 问薄膜张力的 恒定控制 M 为鼠笼式异步电动机 用于传输带控制 5 图 2 高速制袋机定长定位伺服系统图 亍业 应 用 与 交 流 自 动 化 技术 与 应 用 2 0 1 3 年 第3 2 卷 第1 期 主电机 连续运转 热封切刀抬起时 S K 一 0 在 此期间S M S M 2 根据系统设定的袋长锁对应的脉冲数 等进行定长牵引控制 并控制使得每次牵引结束后 G 的光点正号落在标志条的中间位置 当切刀落下时 对 由跗 恒张力进给刚送进来的薄膜进行热封 同时切刀 将 已由牵引辊送 出的一个制袋进 行裁切成 品 此 时 S K 1 S M1 S M 停止运转 当裁切的袋子个数达到 系统设定的数量时 由异步电机 启动传输将其送出 制袋机高效平稳的运行 要处理好如下几个协调关 系 热封时间与牵引运动时间的协凋 使制袋速度与 温度得以优化控制 牵引运动曲线的分布与主机制 袋速度的协调 以实现平稳制袋 的要求 前 后牵引 伺服系统的恒张力协调控制 这是保证制袋质量的前提 条件 袋长 制袋速度与送料速度的协调 6 1 2 2 定长定位伺服系统与主机协调控制 由于一般标志条边缘距两侧图案边缘约有 5 1 O mm 的 空 白区 正 常情况 下 当牵 引的脉冲数 发 送至 N 一 后即认为 G K 传感器的检测光点已落人空白 区 此时即可开始搜索光点的信号跳变时刻以判断偏差 的大小与方向 进而进行定位修正 5 设制袋机两大动 作 热封裁切与定长牵引 在一个制袋周期 丁内 定长牵 引时间为 s 热封时间则为T一 设制袋速度为v 只 min 为万一搜索不到色标的情况下允许的最大超 长值 ram 则在理论上可证明在袋长为 L条件下的可靠 制袋的极限速度 v 为 r v 3 0 k 1 D 1 l 足 丁 1 式中 k 为定长牵引时间对一个制袋周期了T 的占空比 所 以平均线速度 v m min 与袋长 的极限关系为 V 1 L v 3 0 k f 3 k f f L v f f 0 4 式中 o 为特定材料在热封温度为T C 时所需 的温 封 时间 在一般制袋机 中k 为0 5 可设 L 时 即短袋长 时 k 0 5 则有 k 1 5 l o L 6 综上 司得 一 般制袋机 V与 L的极限协调关系为 V 0 1 5 4 8 a L 7 其平均成袋速度 V 加 1T I min 袋长 的极限关 系 为 1 加 L v o 1 5 4 8 a L 8 改进后的伺服高速制袋机与一般制袋机相 比在相 同袋长 L 下的制袋速度增值为 V 0 为 A v V o v x 1 0 0 2 k 一1 1 0 0 1 0 0 9 41 1 0 1 m 1 mO 1 5 1 1 0 v v m f 5 6 o 1 1 1 高速制袋机的平均线速度及其标么值则为 v 3 0 k 抛 1 2 V 2 k 4 1o 1 3 制袋机的平均成袋速度标么值为 V 1 z 0 1 4 综上分析可得 采用伺服控制的高速制袋机 的制 袋速度 与其他普通制袋机相 比 在长袋子下具有 明显 的优势 为使制袋机 的热封机架的上 下运动与定长牵引 运动处于平稳而狮凋的运动状态 希望伺服系统在定长 牵引时间段 内的速度与主机速度相协调 即将一个袋长 的总脉冲数分布的时间段基本上与下式允许的工作时 问相协调 6 0 1 m 庀 f V 1 5 由此进一步可得在一定的L v及 k 下的最高脉冲 频率为 舭一 式中 口为加速度 Hz S 为脉冲当量 ram P 下转第 9 5页 行 业 应 用 与 交 流 n du s t r ia l Ap pl i c a t io n s an d COmm u ni c at i0n s 自动 化技术与应用 2 01 3年第 3 2卷第 1期 速度渐渐地减4 JJ 零 这一动作是由液压系统中调速阀 来完成的 参考文献 4 3 系统软件控制 1 王 庆 涛 R o ck w e l l P L C 在 斗 轮 堆 取 料 机中 的 应 用 J j 根 篓 2 K 连 铸 竽 制 按 矍 要 自 动 0c 1 0n 9 L3 9 g 4i x1 P L c控 制 系 统 的 组 成 及 应 用 现 能 要 求 把 程 序 分 开 来 在 主 程 序 加 一 调 用 对 控 制 功 能 代 电 桑 r2 0 0 4 3 1 7 2 1 相 同的一类 设备进 行模块 化编程 在 程序 中需要 反复调 3 1 刘建民 用 P L c 实现立式压滤机的全 自动控制 自动 用 模块化设计使程序的调试和维护简单方便 并使软 化应用 2 0 1 0 3 3 6 3 8 件具有 良好的可移植和可扩展性 铸造机运行控制部 5 结束语 可知 2 0 Kg连续铸造机控制系统运用了成熟的 P LC技术 网络通信技术 引 采用软硬件结合 较好的 解决 了2 0 Kg连续铸造机系统中出现的问题 针对用户 来说本系统可靠性高 容易设置 操作简单 软件编程 简单清晰容易读懂 它还有足够的模块选择可以满足实 际生产的需要 因此通过采用先进 的自动化技术能大 大提高生产效率 降低设备故障率 节约企业生产成 本 等优 点 作者简介 潘美君 1 9 7 9 一 男 本科 电气工程师 从事电气 专 业技 术 管 理 工 作 上 接 第 7 3页 3结束语 讹 4 l 9 9 1 N 9 袋机定长定位协调例 制 基础 白 现有的制袋机加入主机速度周期性伺服控制后 在 5 MR J 系列三菱 通用 Ac伺服系统使用说 明书 z 日本 袋长增加的情况下 其制袋机速度显著提高 定位精度 三菱电机株式会社 可达 0 5 mm 系统运行可靠 操作简便而且操作的安全 6 G O L D B E R D E G e n e t ic A l g o r it h m in S e a r ch 性大大提高 具有 良好的推广应用前景 经济 技术效 O p t i miz a t io n a n d Ma ch in e L e a r n in g M A d d is o n We s l e 益明显 交流伺服系统的应用 使制袋机的控制系统具 R e a d in g MA l 9 9 9 备了高稳速精度 快速动态响应 宽调速范围的技术性 能 伺服系统组成的多轴驱动 成为系统的无形传动链 减 少 了设备 的损 耗和 传动 误差 降低 了机器 噪音 参考文献