台达智能型A2伺服在高速枕式糖果包装机的应用方案

［摘要］：本文介绍了台达自动化产品在高速枕式包装机中的系统解决方案，尤其是台达ASD-A2智能型伺服驱动器内建的电子凸轮
［关键词］：台达 ASD-A2智能型伺服驱动器 电子凸轮 包装机
摘要：本文介绍了台达自动化产品在高速枕式包装机中的系统解决方案，尤其是台达ASD-A2智能型伺服驱动器内建的电子凸轮，高速脉冲抓取、比较，以及参数自行写入功能的在系统方案中的应用，以及电子凸轮曲线的设计规划。台达A2智能型伺服在枕式包装机的应用，使得国内糖果包装机的速度得到了很大的提升，经实际生产测试，可实现每分钟1200包的速度，这一成功应用证明台达在包装业已有了成熟的解决方案，同时也说明国内糖果包装技术跨入了一个更高的水平。

关键词：电子凸轮   飞剪     同步抓取修正轴     高速抓取       ASD-A2   

       枕式包装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。枕式糖果包装机主要用于圆形或方形奶糖的包装。　
　
       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；由于机械的局限性，其包装速度仅能达到600颗/分钟，随着行业竞争的日益激烈，以及人力成本的增加，包装设备自动化程度以及包装速度要求越来越高。要实现高速包装，整个控制系统的响应和处理速度要求更加苛刻，传统的控制器已经难以满足要求，以往包装裁切所使用继续诶凸轮必须采用伺服的电子凸轮来替换。台达A2高性能智能伺服控制器除内建电子凸轮功能外，32为高速DSP处理核心，内建高速脉冲抓取、比较，高速运动控制功能，完全可以实现包装设备高速的工艺要求。
      针对包装行业所专门开发的飞剪电子凸轮模型，同步抓取修正轴功能内嵌于A2伺服控制器内。功能齐全，编辑简单的伺服编辑软件ASD-A2 SOFT,人性化的接口设计，得心应手的快捷菜单，使得整个系统的设计规划轻而易举，随手可得，大大减少了调机时间。
设备原理
      糖果经圆形盘整理后，进入直线链钩机构，被链钩送进包装膜内，然后进行纵封和横封包装，以完成成品裁切。具体结构如图1所示

图 1 三伺服枕式糖果包装机
工艺流程
      枕式包装机的送膜作为系统主轴。切刀和送料跟随主轴运作，送料和横切伺服控制器直接抓取膜位色标信号进行位置检测，以确定送料和的位置，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，由回转式的横封横切刀对筒膜进行横向封切，输出包装成品，具体工艺流程图和工艺结构图分别参照图2、图3


图 2.工艺流程图



图 3.工艺结构图
系统配置
       此系统包括PLC,HMI，伺服以及温度控制模块，由于台达ASDA-A2伺服控制器内含电子凸轮功能，三台伺服即可完成送膜，送料以及裁切工艺，PLC只需做I/O控制，大大节省了上位机的昂贵成本，程序的规划也更加简单，台达解决方案之系统电气控制如图4所示，详细配置如表1所示；


图 4.台达系统电气控制图
表1 高速枕式糖果包装机电控配置

系统控制原理
       台达系统解决方案，为了满足高速的要求，送膜、送料链钩、切刀三个轴均使用伺服控制，三轴之间的运动控制依据凸轮主从关系完成，整个系统控制方案如图5所示
1.送膜轴(轴3)
此轴采用速度控制，作为整个系统的主轴。下达脉冲命令给切刀轴和送料轴，指挥凸轮轴运转。
2.切刀轴(轴2)
      以PR模式(内部位置控制模式)内建的电子凸轮跟随主轴运行，切刀轴接收送膜主轴的脉冲OA,/OA;OB,/OB，以凸轮飞剪曲线跟随主轴运动，当切刀轴伺服控制器检测到色标光电S1信号，凸轮启动运转，在运转过程中，伺服控制器会抓取S1的信号，利用内建的同步抓取修正轴(色标补偿功能)，调节凸轮速度，保证精准的裁切位置。
3.送料轴(轴1)
      以PR模式(内部位置控制模式)内建的电子凸轮跟随主轴运行，脉冲来源为送膜主轴的OA,/OA;OB,/OB，当检测到色标光电S1,则依据规划好的凸轮曲线跟随主轴运转，并实时抓取S1信号，利用内建同步抓取修正轴进行糖位的自动调节。

图 5.台达系统控制方案
系统电子凸轮规划设计
       Delta ASD-A2伺服内建PR(内部位置控制模式)模式，PR模式下，内建64段定位程序，不仅可以实现原点复归，位置控制，定速控制，还具有位置和速度插断，重叠功能，参数写入，定位程序段之间的跳跃和调用，同时具有电子凸轮功能，高速抓取(capture)和比较(compare)功能，所以切刀轴和链钩轴的原点复归无需上位机的参与，即可完成，其主要pr规划如下

参数说明：
P5-39=0X0020:CAP轴命令来源：pulse cmd
P5-88=0X0251:凸轮轴主轴来源：同步抓取修正轴
             啮合时机：CAP轴任意一点动作
             脱离时机：不脱离
P5-97=1：开启宏指令，即同步轴启用
横封切断轴飞剪曲线设计
      Delta ASDA-A2伺服控制器内建飞剪凸轮模型，如图6所示；所以使得飞剪电子凸轮曲线的设计简单易行，利用ASD-A2 PC soft所提供的E-CAM EDITOR功能，调试着只需将机械参数输入下图红色方框内的对应位置， ASDA-A2 PC soft将会自动生成飞剪曲线。考虑到不同包装膜的热封难易程度，在裁切区设立同步区。同步区为50°，如图7所示  

           图 6飞剪电子凸轮模型                     图7 台达ASD-A2飞剪凸轮编辑界面

图8 ASD-A2软体产生的飞剪裁切电子凸轮速度曲线
链钩轴电子凸轮曲线设计
        链钩轴用途在于将糖果送入包装膜内，只要与送膜主轴保持位置同步即可，所以其以送膜轴作为主动轴，跟随送膜轴进行同步运转。即送膜轴每送出一个包装长度的脉冲，链钩运行一个链钩的钩距，根据机械结构，链钩轴马达转一圈，链钩走一个链距，而伺服一转对应脉冲为100000puu,所以360°的位置脉冲为100000puu。在规划曲线时，利用Delta ASDA-A2 PC soft所提供的manual create 功能，建立位置的函数表格，如图9所示；ASDA-A2 PC soft便会依据三次曲线自动规划出速度和加速曲线，如图10所示，