交流伺服电机在软包装印刷生产线上的应用

交流伺服电机在软包装印刷生产线上的应用

1伺服控制系统在国内外最先进的全过程密封机设备之间的竞争中，最重要的是设备工作效率的竞争，即快速有效改进的竞争。应用于软包装制袋机设备是集机、电、光气为一体,高度机械化、自动化是其发展的重要方向。我国的制袋机起步较晚从“六五”引进至今,经过二十年的多的技术借鉴吸收和创新,国内的制袋机已有很大的发展形成一定的规模。但近年来客户对制袋机的精度和效率的要求不断提高,众多厂商已经着力研究应用于制袋机的的控制伺服系统。在制袋机系统中,与变频器相比伺服控制系统借鉴了变频的技术,并且能精确快速定位跟踪,进行精确地位置控制,响应速度远远大于变频。目前伺服系统主要有以下特点:1.全数字控制,功能强大,位置、速度和力矩三环控制;2.采用高性能控制芯片,高质量IPM模块,保护功能完善;3.开发新的算法,缩短软件执行时间;4.伺服驱动器自动判别伺服电机的功率、规格、自动设定电机参数;5.低速时仍可以平滑运行;6.通过CAN、RS485和RS232等实现和上位机通信;伺服电机制造工艺的不断进步,使其具有低惯性、快响应、高功率密度、低损耗、高效率等优点。交流伺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。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切刀、烫封刀、烫封刀、可封刀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。2.1动力场线运动控制制袋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PLC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。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SM0、SM1,SM2及SM3均为永磁同步交流伺服电机;PG0、PG1、PG2及PG3为光码器;SA0、SA1、SA2、SA3为伺服控制器;1F、2F为张力传感器,GK为反射式光电标志传感器;SK为热封机架高、低位传感器。其中的F1为位移式张力传感器,用于协调SM1、SM2的速度同步与前、后牵引辊问薄膜张力的恒定控制。M1为鼠笼式异步电动机,用于传输带控制。主电机SM0连续运转,热封切刀抬起时,SK=0,在此期间SM1、SM2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,GK的光点正号落在标志条的中间位置。当切刀落下时,对由SM3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SK=1,SM1、SM2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M1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:(1)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;(2)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;(3)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;(4)袋长、制袋速度与送料速度的协调。2.2服务系统的结构参数由于一般标志条边缘距两侧图案边缘约有△=5~10mm的空白区,正常情况下,当牵引的脉冲数发送至(N1—∆δ)后即认为GK传感器的检测光点已落入空白区,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。设制袋机两大动作(热封裁切与定长牵引)在一个制袋周期T内,定长牵引时间为1T(s),热封时间则为T-1T,设制袋速度为v(只/min),α为万一搜索不到色标的情况下允许的最大超长值(mm),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vm为:式中,kt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vl(m/min)与袋长L的极限关系为:式中,∆t0为特定材料在热封温度为T(0C)时所需的温封时间.在一般制袋机中kt为0.5,可设L=L0时,即短袋长时,kt=0.5,则有综上可得,一般制袋机v与L的极限协调关系为:其平均成袋速度vl0(m/min)与袋长L的极限关系为: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∆vm0%为:高速制袋机的平均线速度及其标么值则为:制袋机的平均成袋速度标么值为: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:由此进一步可得在一定的L、v及kt下的最高脉冲频率为:式中:a为加速度(Hz/s);δ为脉冲当量(mrn/p).3广大成本、经济效益现有的制袋机加入主机速度周期性伺服控制后,在袋长增加的情况下,其制袋机速度显著提高,定位精度可达0.5mm.系统运行可靠