一.前言

　　南京埃斯頓公司針對國內熱封切制袋機現(xiàn)狀推出了專用伺服控制解決方案，在國內某家制袋機設備公司成功應用并得到了廣泛推廣，該方案采用了ESTUN伺服電機、觸摸屏、PLC、變頻電機等主要元器件；根據(jù)機械工藝要求選擇了低慣量高轉速伺服電機作為主要運動機構，保證了在頻繁啟動負載下自身運動的平穩(wěn)性與快速響應性，使伺服電機的一次送料轉速滿足切刀上下運行的時間要求。同時簡化了機械機構，解決了老式機械效率低、定位精度不高、能耗大、控制水平低、浪費材料等缺點。

二.控制原理

　　　　　　圖１　熱封切機設備圖

　　圖１為熱封切機設備圖，整個制袋過程主要分為抬刀，定位，封切三個部分。熱封刀與切刀的上下往復運動由主變頻電機控制，袋長定位由伺服電機帶動送料輥控制，另外光電傳感器（又稱光電眼）、溫控器、接近開關，做為傳感元氣件，負責時間的判斷與控制信號的發(fā)出，使執(zhí)行器件之間確立邏輯關系。PLC做為核心程序的載體，負責脈沖信號的發(fā)送及各種控制信號的轉化與流通，最終控制各執(zhí)行機構的運轉與協(xié)調。觸摸屏作為人機界面負責人機對話，用于設置參數(shù)及監(jiān)控整臺機器運行狀況，通過觸摸屏可以進行調整袋長、清零、復位、點動等操作；還可以顯示袋長數(shù)值和被加工袋的數(shù)量等。

下圖為熱封切機的控制原理框圖：

　圖２控制原理框圖。

三.工藝說明

１.系統(tǒng)上電

　　程序初始化，輸入袋長數(shù)值，調整溫度儀，使封刀的溫度達到熱封的需要（封刀的溫度，應根據(jù)主電機的轉速高低進行設定，以膠袋封口處結實耐拉為準。封刀溫度偏低，會導致膠袋封口處不牢。若封刀溫度偏高，會導致膠袋封口處燙穿，因此，應根據(jù)主電機轉速及封口時間長短進行調節(jié)）；進入手動調節(jié)模式，檢查機械部分，伺服系統(tǒng)，變頻器等是否可以正常工作，調節(jié)色標光電眼，使其能夠感應色標變化。

２.制作袋子

　　點擊觸摸屏自動運行按鈕，主變頻電機工作，通過機械連桿帶動封刀和切刀上下往復運動，切刀每向上運動一次，伺服信號就導通一次，由PLC發(fā)送脈沖控制伺服電機運轉，脈沖的個數(shù)決定了伺服電機轉動的圈數(shù)，脈沖的頻率決定了伺服電機的轉速，伺服電機通過同步帶帶動送料輥送料，伺服電機必須在切刀下降到承切皮輥之前完成定位，當切刀和封刀下切后，膠袋形成，當切袋個數(shù)到達預設個數(shù)或按下急停按鈕時，在生產完當前膠袋后停機，切刀和封刀停在高位停車處。

　　制袋機一般具有兩種封切方式：空白袋定長封切和尋標封切，當選擇空白袋定長封切時色標光電眼不起作用，PLC程序根據(jù)切袋長度、機械傳動比、伺服驅動器的電子齒輪比、伺服電機編碼器的線數(shù)以及送料輥的周長，計算出伺服系統(tǒng)定位所需要的脈沖數(shù)，然后由驅動器驅動伺服電機帶動送料輥轉動送出一定長度的膠袋，從而實現(xiàn)白袋定長封切；當選擇尋標封切時，其過程如下，伺服啟動信號導通，伺服電機按照PLC程序預先設定的運動曲線進行加速運動、恒速運動、減速運動、低速追色，如圖3所示，PLC接收到追色信號時，通過中斷方式立即停止伺服電機。一般追色長度為10mm，并且要求追色信號只能在追色范圍內起作用，其它范圍內需屏蔽掉其干擾信號。追色封切調試時，在人機界面上設定好伺服電機的恒速速度，先將加速時間、減速時間設長，再調低速追色速度，盡可能提高低速追色速度，以追色平穩(wěn)、準確為準。調整好追色速度后，再調加速時間、減速時間，盡可能調短加減速時間，以膠袋與出料輥不發(fā)生相對滑動及追色平穩(wěn)為準。PLC程序在追色封切時，對追色信號記數(shù)，連續(xù)三次檢測不到時，PLC停止各電機運轉，并驅動報警器報警。同時PLC程序對批量記數(shù)，當批量達到預警值時，PLC驅動報警器報警提示。

圖3 尋標速度曲線圖

四.伺服系統(tǒng)簡介

　　本機采用的伺服系統(tǒng)為南京埃斯頓公司生產的EDB系列伺服，驅動單元采用美國TI公司最新數(shù)字信號處理器DSP為核心，選用三菱公司工業(yè)級智能功率模塊（IPM），而且所選IPM的容量比通常標定相同功率的同類伺服產品要大一個等級，因而具有過載能力強、抗負載擾動能力強、起動力矩大等特點；采用自抗擾控制和速度觀測控制，比傳統(tǒng)的PI控制技術具有更好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能；支持多種通訊方式，RS232,RS422/RS485,CAN或Profibus；驅動器將位置控制、速度控制、轉矩控制這三種控制方式合為一體，并且可以進行各控制模式的動態(tài)切換，使用更加靈活柔性；具備控制超速、過流、過載、主電源過壓欠壓、編碼器異常、制動異常、位置偏差等多項在線檢測與診斷，使控制過程一目了然。電機為三相永磁同步伺服電機，具有三倍過載能力，3000RPM的額定轉速，2500p/r的碼盤反饋脈沖精度。

機械參數(shù)：

機械傳動減速比1：3

膠輥直徑66mm

精度要求：袋長精度小于0.5mm，伺服電機編碼器脈沖數(shù)為2500P/R，通過四倍頻轉換后，分辨精度達到10000p/r,即v伺=360°/10000=0.036°，電機輸出到送料輥有3:1的減速比，實際檢測精度達到：

v輥=360°/(10000×3)=0.012°

對應的袋子長度分辯精度為：

vl輥=πD×(0.012°/360°)=207.24×0.000033=0.006839mm

故其本身誤差遠遠小于0.5mm，引起定位誤差較大的真正原因是由于伺服電機起停不夠平滑，停車時抖動，故要根據(jù)伺服電機的起停速度調整合適的速度環(huán)、位置環(huán)增益與加減速時間，調試過程如下：

a）將位置環(huán)增益即先設在較低值，然后在不產生異常響聲和振動的前提下，逐漸增加速度環(huán)的增益至最大值。

b）逐漸降低速度環(huán)增益值，同時加大位置環(huán)增益。在整個響應無超調、無振動的前提下，將位置環(huán)增益設至最大。

c）速度環(huán)積分時間常數(shù)取決于定位時間的長短，在機械系統(tǒng)不振動的前提下，盡量減小此值。

d）隨后對位置環(huán)增益、速度環(huán)增益及積分時間常數(shù)進行微調，找到最佳值。

e）適當調整位置指令一次濾波時間常數(shù)。

調試參數(shù)如下：

五. 總結
　　該機械是在傳統(tǒng)老式機械的基礎上運用ESTUN伺服控制系統(tǒng)改造而成，具有效率提高；良品率提高；封切精度提高；調試方便快捷；運行過程平穩(wěn)；機械結構簡單等特點。具有更高的技術和更合理的性能價格比。

（轉載）