基于PLC和脈沖伺服的枕式包裝機應用設計

1. 概述

　　智能伺服技術是近年來新興的一種機電一體化技術。它是在傳統(tǒng)伺服驅動技術的基礎上，融合了運動控制技術、DSP技術、PLC技術、現(xiàn)場總線技術等多種現(xiàn)代控制技術而形成。智能伺服產品具有智能化、網絡化、模塊化、數(shù)字化等特征，是未來伺服技術發(fā)展的方向。

　　　　本文介紹的 iPack2000多軸伺服枕式包裝機控制系統(tǒng)基于我國自主研發(fā)的iDrive 智能伺服，以一體化高集成度的智能伺服解決方案，替代傳統(tǒng)的PLC+伺服驅動器的方案。iDrive 智能伺服控制器內建電子凸輪和色標抓取和補償功能，兼容熱切和冷切工藝，通過伺服驅動系統(tǒng)底層實現(xiàn)雙軸同步，系統(tǒng)響應快，同步精度高，電控設備成本較傳統(tǒng)脈沖伺服方案降低40%。驅動器可以和HMI實現(xiàn)直連通訊，大大增強了控制系統(tǒng)的簡潔性，減少了設備調試所需的時間。

　　2. 基于脈沖的傳統(tǒng)系統(tǒng)和智能伺服系統(tǒng)的比較

　　圖1和圖2顯示了傳統(tǒng)的PLC+伺服驅動系統(tǒng)方案以及采用智能伺服控制器的iPack2000系統(tǒng)方案結構對比。

　　圖1. 基于PLC和脈沖伺服的解決方案

　　圖2. 基于智能伺服的解決方案

　　從圖1和圖2的對比可以看出，智能伺服的控制方案采用了內置控制器替代PLC，在一個雙軸iDrive智能驅動器內部實現(xiàn)兩軸(切刀軸和送膜軸)的同步以及電子凸輪關系，色標補償也在同一智能伺服控制器內部完成，系統(tǒng)響應大大提高，系統(tǒng)結構簡化，成本也顯著降低。同時，由于采用了總線型的結構，采用智能伺服的系統(tǒng)方案更加靈活，可以非常容易地變化為雙軸系統(tǒng)或者四軸乃至多軸系統(tǒng)。

　　3. 內置電子凸輪的智能伺服系統(tǒng)的枕式包裝解決方案

　　下面以圖2所示的三軸伺服枕式包裝機控制系統(tǒng)為例對系統(tǒng)各部分進行說明，該枕式包裝機橫向封切方式為熱封冷切，即先進行熱封，再進行橫切。系統(tǒng)也能方便地通過設置，兼容常見的熱封熱切工藝。設備運行過程中，橫封橫切刀的運行速度保持勻速(以下簡稱主動軸)，送膜軸(以下簡稱從動軸)的速度以凸輪關系運行，并引入色標補償。凸輪的功能是并保證在橫封和橫切時，送膜軸的運動和橫封刀以及橫切刀的在切割點的運動保持嚴格同步。送料軸以送膜軸的實際運動速度和位置，與之保持嚴格同步。切刀近點傳感器信號的引入是應某枕式包裝機制造商的要求而設置的，目的是為了防止色標信號的誤檢測。此功能也可以不用引入傳感器信號，而在系統(tǒng)內部以軟件的方式實現(xiàn)。

　　3.1 工藝流程

　　包裝物經過送料機構被送進包裝膜內，先完成縱封作業(yè);之后裝物在縱封后的包裝膜內繼續(xù)前進，進入橫封橫切工藝，完成進行橫封和橫切，最終成為成品。

　　3.2系統(tǒng)框圖

　　如圖3所示系統(tǒng)共有三個伺服軸，由一臺雙軸iDrive智能伺服和一臺單軸智能伺服以RS485總線方式實現(xiàn)聯(lián)網控制，由雙軸iDrive作為主控制器。雙軸iDrive內置的兩個伺服驅動模塊分別用于控制橫封(橫切)刀軸和送膜軸，單軸iDrive控制送料軸。其中從動軸(即送膜軸)以設定的電子凸輪跟隨主動軸(橫封橫切軸)運動，保證橫封橫切的嚴格同步，同時從動軸根據(jù)由色標信號檢測得到的位置補償信號對從動軸進行位置補償，送料軸則根據(jù)從動軸的實際位置與之保持完全同步跟隨運動。I/O信號中的切刀信號和色標信號直接連接到雙軸iDrive的I/O接口中。Jog運動模式的控制信號也接入雙軸iDrive的I/O口，包括用于調試的從動軸的向前運動和向后運動兩個運動方式控制開關。圖4顯示了伺服系統(tǒng)的接口以及主動軸和從動軸的分配。

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　　圖3. 控制回路示意圖

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