欧姆龙伺服控制器在多伺服枕式包装机中的应用

1、欧姆龙伺服控制器在多伺服枕式包装机中的应用（收底本文 ）引言枕式包装机又称接缝式裹包机，是一种卧式三面封口，自动完成制袋、填充、封口、切断、成 品排除等工序的包装设备，实际应用中，与相应衍生机种、辅助机种相配合，能实现食品、日用化 工、医药等行业自动化生产线的流水包装。适应的包装物为一般块状、筒状规则物品，无规则异形 物品，如：饼干、蛋糕、化妆品、纸巾等。包装成品的形式有单件包装、集合包装、带托盘包装、 无托盘集合包装等。传统的枕式包装机横封刀的运动曲线是由机械的凸轮来实现的，机械加工、安装复杂，运行噪音大，效率低；如果使用伺服系统来实现电子凸轮功能，对于机械安装、运行效率会有一定的提高。本文

2、详细介绍 OMRON的控制器FQM1在包装机中实现电子凸轮的应用。1. 枕式包装机的工艺简介枕式包装机的送膜和进料是同步进行的，由色标检测和接近开关分别对送膜和送料的位置进行 检测，薄膜经成型器成型后变为筒膜，并进行纵向热封，同时物料被送进筒膜内，一起向前经过横 封横切部位，由回转式或往复式的横封横切刀对筒膜进行横向封切，输岀包装成品，具体工艺流程 图和工艺结构图分别参照图 1、图2 :图1枕包机工艺流程图图2枕包机工艺结构图2. 枕式包装机自动化程度的发展随着食品包装行业的飞速发展，对类似枕包机这样的机械提岀的要求是提高包装速度与精度， 全面包装品规格，操作趋于人性化以及售后维护成本降低。根

3、据枕包机的工艺不难看岀，其控制重 点在于送料、送膜以及横封横切轴三轴的配合，因此从第一代枕包机发展至今，主要就是对这三轴 的控制进行改进以满足行业不断提升的要求，从低端到高端、从机械控制为主到电气控制为主，枕 包机控制的发展主要经历了以下几个阶段： 阶段一：单变频跟包装膜,使用一台变频器加一台交流电机来工作， 为了成比例的同时带动横封刀 （加输送机） 需要一台无极变速箱来根据不同的膜长调节膜轴的速度。从而实现了两路速度的输岀，但是无极变 速箱会随着使用时间的增长岀现磨损影响使用精度，因此有他的局限性。横封刀的运行曲线是由机 械凸轮来实现的，因此机械结构复杂，传动机构多。阶段二：单变频+单伺服使

4、用一台变频驱动横封刀（加输送机），一台伺服驱动包装膜，取消了无极变速箱。各部分运 行独立，由PLC控制器协调两部分速度。横封刀运动轨迹仍有机械凸轮实现。阶段三：双伺服原理同单伺服+单变频，但其控制精度进一步提高。 阶段四（目前最先进的控制方式，本文介绍重点）：三伺服三个伺服分别驱动横封刀、包装膜、供料输送机，横封刀的运行轨迹完全有伺服来实现，取消 机械凸轮，简化了机械结构。三部分的运行速度需要有高性能的控制器来控制，因此对于控制器的 要求比较高，经过试验 OMRON的FQM1控制器能完成这项功能，并且能提高包装速度速度。3. 三伺服枕式包装机的详细工艺及控制要求三伺服枕包机是在双伺服枕包机基础

5、上开发的一种高端枕式包装机，其技术核心就是用运动控 制器中的电子凸轮功能替代原先的机械凸轮，完成机器中横封横切与拉膜牵引以及送料的配合，要 求横切的位置能精确地定位在包装袋的色标上，误差范围应小于士2.5mm（根据色标宽度定），速度一般能达到200包/分钟。3.1机器的启动检测定位由于在机器的整个运行过程中保持送膜、送料、横封横切轴的位置准确非常重要，轴与轴之间按照包装物规格的不同有不同的位置对应点，因此在机器启动时就因将三轴的位置进行校准，找到 位置对应点以便机器正常运行时按照对应点进行检测纠偏。三轴的偏差检测通过不同的传感器进行：送膜轴：膜的色标位置通过色标传感器和伺服驱动器的编码器分频进

6、行检测。送料轴：输送带的位置通过安装在输送带的接近开关和输送带伺服驱动器的编码器分频信号位置检 测。横封横切轴：横封刀位置的检测通过安装在横封刀上的接近开关和设定的横封刀每转的脉冲数进行 检测。机器启动时的检测定位流程如图3:a11Th宦肓瑜亍图3机器启动时三轴的检测定位流程3.2机器运行时的工艺及控制启动检测定位完成后，机器将进入正常运行状态，其控制重点仍在于三轴的配合运行，工艺结构及控制图如图4 :三伺服枕式包装机的工艺结构及控制图RVf-IIM1HUN WKMQ/迟杠植忖席摘i&M* rJr/%輯椿悄囂蛤/ -I图中所标的三轴的功能及控制要求分别为:横封横切轴：切割包装膜，把每包包装物分

7、离，并且热封包装口，由伺服电机驱动一对带刀导辊旋转对包装 物进行横封横切，在横封轴旋转一周的过程中，当转到横封过程的角度时，横封轴必须与主轴保持 同步，当转到其他角度时，横封轴的速度需要改变，横封的周期时间与主传送带送入一个包装物品 的时间相同。在这里，我们将进行横封过程的角度称为同步角，同步角的大小根据机械结构而定，目前使用最多的角度大小是 66 左右。横封轴转到同步角时，必须与送料轴保持速度同步，而转到其它角度时，需要加速还是减速，取决于横封轴固有长度与产品长度之间的大小关系，固有长度的定义如图5所示：根据固有长度与产品长度之间的关系，横封轴转到同步角以外的角度时加减速控制要求入图6所示:

8、根据固有长度与产品长度之间的关系，横封轴转到同步角以外的角度时加减速控制要求入图6所示:图5固有长度的定义根据固有长度与产品长度之间的关系，横封轴转到同步角以外的角度时加减速控制要求入图6所示:iI pt i *It 廈图6横封横切轴控制速度要求送膜轴：带动包装膜，夹运，纵封轴，使包装膜与包装物同步，当包装薄膜上需要色标定位时，必须在送膜轴的控制中加入纠偏，以防止滑差导致的累计误差，保证横切位置准确如图7 :图7正确的横切位置送膜轴的纠偏流程如图 8所示:色标检渕|与主轴位聖 黃基不变计笄偏差等傳下一問期植据与主轴的惶匿违肠冲输出圈吕送隕轴祖H偏用程送料轴：按照一定的速度带动包装物，把包装物送

9、入包装膜中，物料间的间隔距离是由传送带上的档格 分开的，可以保证物料被送入包装膜时位置的准确性。但长时间连续运转可能会因为机械损耗导致 偏差，因此送料轴也需要定位信号检测进行实时纠偏，其运动控制及纠偏的模式与送膜轴几乎一致，只是检测定位为信号采用了接近开关，与主轴同步跟随的参数也会有所不同。4. OMRON公司FQM1运动控制器的介绍以及在三伺服枕包机中的应用4.1 FQM1功能及特点描述FQM1是OMRON的通用运动控制器，其特点就是可以进行灵活、快速的运动控制，适合需要8轴以下伺服控制且同步协调或跟随要求高的包装机械，如：多伺服枕包机、连续式立包机、瓦楞纸生产线的送纸机构、全伺服卧式包装机

10、等。FQM1可实现的控制功能如表1所示：3拉*1同I AH电耶凸舵力；二蹟川鼻气耶二輙力滞1补如叭甸1ittfi晁卷斑！1嵐鶴宜晤耳1冃学虽1此-K9IDt9O烧恳一事射片型，*6SQQCLjSiHLTEi卜jfi關ttCH&KhEDL0 J世阵#計、- asbKotLtfWfifflT r童曲0B 卜範期1! DO飞曲1! DO1! DO图14 APR指令执行由于FQM1中的PULS指令经过设置只需要给定绝对位置值就会自动计算岀输岀频率控制伺服系统，因此最后只需将 APR指令中横封横切刀的位置地址作为PULS指令的目标位置，即可完成横封横切轴的凸轮控制，如图15:CAI433送膜轴的位置控制

11、送膜轴的位置控制跟横封刀的方式相同，只是由于包装膜的张力的变化会发生位置的偏差，在 工作中必须进行修正。首先计算岀送膜轴运行给定的袋长需要的脉冲数，然后与虚轴的脉冲数进行线性对应，随时读 取虚轴的脉冲值，然后根据线性关系求岀膜轴应该对应的位置脉冲，通过PULS指令进行输岀。如果岀现色标偏差可以修改袋长对应的脉冲数的最大值，即修改了线性对应关系，如图16所示，从而在下一周期中改变膜轴的位置，保证色标位置的准确性。图16膜轴与虚轴点数线性对应关系图在这里需要注意的是：检测岀偏差后，需要进行判断色标是超前还是滞后（可以在功能块中计 算，ST语言比较合适），但是超前和滞后会有四种情况，有超前一个袋长的

12、情况，没有一个袋长 的情况；滞后一个袋长的情况，不到一个袋长的情况，如果不注意处理，就会发生误纠偏的情况。 在这里，我们仍用ST语言编写功能块，对此情况进行处理，功能块与ST源代码如图17、18所示:*工riifidE制TH 91* 正JVrt厅壬T1J B1P5IQrit asMIB-!图17纠偏判断功能块1-mEfTL -廉冲*；SM烁*强机上码曲ffibtt/（rlrfi_徳躊酊L*:引、 Ft*（EV：fltl 治鱼if厅無壬* rdt*池豎艮1TL 悅吐用 山口比豎财！，=住豐卜卫江章也氏虞.1ilSteUx*4i f*临=tf.t）rt辽臣1?畫mIflZufCr:屛f;tlS!1

13、151|算冲豐M :越唯鼻耳M也甜惴冲n砌t豐凸9EL二耳冲豎河*陀电片昵IEJ過援RfiftttiM屯机_（*砂怜*1 -.,t 覇卷購L、曲&圧旳）吐典ESf atru;花区w+nvif 査忏ITD草便忙ft thm 5KL =洞豎!骗应皿 rlW1L Gr.-SKStditF；4图18纠偏判断的ST源代码434送料轴的位置控制送料轴的位置控制方式与送膜轴的控制方式相同，只是参数有所变更，在此不再叙述。435其他注意事项需要注意PULS指令的过零点判断，如果判断不好会岀现伺服倒转、突然高速运行、抖动的情 况。另外，如果伺服参数调整不对也就是伺服的相应不一样，在高速时会岀现色标的偏差，此偏差 不易在程序中修正。5.结束语经过测试，设备可按照客户原先提岀的以下要求正常运行： 提高包装精度，正常可以达到120200包/分； 减少机械结构，使机械结构简单，省去机械凸轮，易于维修，同时减少工作噪音; 使用触摸屏操作使操作方式人性化； 使用方便，操作简单，即便岀现故障只要简单处理就可继续运行。 系统的稳定性，特别重要。整个系统设计过程中，OMRON的FQM1的电子凸轮功能、同步总线高速运算功能起到了关键 作用，使得机