ESTUN交流伺服系统在热封切制袋机上的应用

estun交流伺服系统在热封切制袋机上的应用
一.前言
　　南京埃斯顿公司针对国内热封切制袋机现状推出了专用伺服控制解决方案，国内某家制袋机设备公司成功应用并到了广泛推广，该方案采用了estun伺服电机、触摸屏、plc、变频电机等主要元器件；机械工艺要求选择了低惯量高转速伺服电机作为主要运动机构，保证了频繁启动负载下自身运动平稳性与快速响应性，使伺服电机一次送料转速满足切刀上下运行时间要求。同时简化了机械机构，解决了老式机械效率低、定位精度不高、能耗大、控制水平低、浪费材料等缺点。
二.控制原理

　　　　　　图１　热封切机设备图
　　图１为热封切机设备图，整个制袋过程主要分为抬刀，定位，封切三个部分。热封刀与切刀上下往复运动由主变频电机控制，袋长定位由伺服电机带动送料辊控制，另外光电传感器（又称光电眼）、温控器、接近开关，做为传感元气件，负责时间判断与控制信号发出，使执行器件之间确立逻辑关系。plc做为核心程序载体，负责脉冲
信号
发送及各种控制信号转化与流通，最终控制各执行机构运转与协调。触摸屏作为人机界面负责人机对话，用于设置参数及监控整台机器运行状况，触摸屏可以进行调整袋长、清零、复位、点动等操作；还可以显示袋长数值和被加工袋数量等。
下图为热封切机控制原理框图：
　图２控制原理框图。
三.工艺说明
１.系统上电
　　程序初始化，输入袋长数值，调整温度仪，使封刀温度达到热封需要（封刀温度，应主电机转速高低进行设定，以胶袋封口处结实耐拉为准。封刀温度偏低，会导致胶袋封口处不牢。若封刀温度偏高，会导致胶袋封口处烫穿，，应主电机转速及封口时间长短进行调节）；进入手动调节模式，检查机械部分，伺服系统，变频器等是否可以正常工作，调节色标光电眼，使其能够感应色标变化。
２.制作袋子
　　点击触摸屏自动运行按钮，主变频电机工作，机械连杆带动封刀和切刀上下往复运动，切刀每向上运动一次，伺服信号就导通一次，由plc发送脉冲控制伺服电机运转，脉冲个数决定了伺服电机转动圈数，脉冲频率决定了伺服电机转速，伺服电机同步带带动送料辊送料，伺服电机必须切刀下降到承切皮辊之前完成定位，当切刀和封刀下切后，胶袋形成，当切袋个数到达预设个数或按下急停按钮时，生产完当前胶袋后停机，切刀和封刀停高位停车处。
　　制袋机一般具有两种封切方式：空白袋定长封切和寻标封切，当选择空白袋定长封切时色标光电眼不起作用，plc程序切袋长度、机械传动比、伺服驱动器电子齿轮比、伺服电机编码器线数以及送料辊周长，计算出伺服系统定位所需要脉冲数，然后由驱动器驱动伺服电机带动送料辊转动送出一定长度胶袋，实现白袋定长封切；当选择寻标封切时，其过程如下，伺服启动信号导通，伺服电机plc程序预先设定运动曲线进行加速运动、恒速运动、减速运动、低速追色，如图3所示，plc接收到追色信号时，中断方式立即停止伺服电机。一般追色长度为10mm，要求追色信号只能追色范围内起作用，其它范围内需屏蔽掉其干扰信号。追色封切调试时，人机界面上设定好伺服电机恒速速度，先将加速时间、减速时间设长，再调低速追色速度，尽可能提高低速追色速度，以追色平稳、准确为准。调整好追色速度后，再调加速时间、减速时间，尽可能调短加减速时间，以胶袋与出料辊不发生相对滑动及追色平稳为准。plc程序追色封切时，对追色信号记数，连续三次检测不到时，plc停止各电机运转，并驱动报警器报警。同时plc程序对批量记数，当批量达到预警值时，plc驱动报警器报警提示。

图3 寻标速度曲线图
四.伺服系统简介
　　本机采用伺服系统为南京埃斯顿公司生产edb系列伺服，驱动单元采用美国ti公司最新数字
信号
处理器dsp为核心，选用三菱公司工业级智能功率模块（ipm），所选ipm容量比通常标定相同功率同类伺服产品要大一个等级，具有过载能力强、抗负载扰动能力强、起动力矩大等特点；采用自抗扰控制和速度观测控制，比传统pi控制技术具有更好动态和稳态性能；支持多种通讯方式，rs232,rs422/rs485,can或profibus；驱动器将位置控制、速度控制、转矩控制这三种控制方式合为一体，可以进行各控制模式动态切换，使用更加灵活柔性；具备控制超速、过流、过载、主电源过压欠压、编码器异常、制动异常、位置偏差等多项线检测与诊断，使控制过程一目了然。电机为三相永磁同步伺服电机，具有三倍过载能力，3000rpm额定转速，2500p/r码盘反馈脉冲精度。
机械参数：
机械传动减速比1：3
胶辊直径66mm
精度要求：袋长精度小于0.5mm，伺服电机编码器脉冲数为2500p/r，四倍频转换后，分辨精度达到10000p/r,即v伺=360°/10000=0.036°，电机输出到送料辊有3:1减速比，实际检测精度达到：
v辊=360°/(10000×3)=0.012°
对应袋子长度分辩精度为：
vl辊=πd×(0.012°/360°)=207.24×0.000033=0.006839mm
故其本身误差远远小于0.5mm，引起定位误差较大真正原因是伺服电机起停不够平滑，停车时抖动，故要伺服电机起停速度调整合适速度环、位置环增益与加减速时间，调试过程如下：
a）将位置环增益即先设较低值，然后不产生异常响声和振动前提下，逐渐增加速度环增益至最大值。
b）逐渐降低速度环增益值，同时加大位置环增益。整个响应无超调、无振动前提下，将位置环增益设至最大。
c）速度环积分时间常数取决于定位时间长短，机械系统不振动前提下，尽量减小此值。
d）随后对位置环增益、速度环增益及积分时间常数进行微调，找到最佳值。
e）适当调整位置指令一次滤波时间常数。

调试参数如下：
参数号
参数名称
数值
pn013
速度环增益
300
pn014
速度环积分时间常数
250
pn015
位置环增益
25
pn017
位置前馈
20
pn018
转矩滤波时间常数
8
pn022
电子齿轮分子
100
pn023
电子齿轮分母
7
pn024
位置指令一次滤波时间常数
10
pn025
前馈滤波
10
五. 总结
　　　该机械是传统老式机械基础上运用estun伺服控制系统改造而成，具有效率提高；良品率提高；封切精度提高；调试方便快捷；运行过程平稳；机械结构简单等特点。具有更高技术和更合理性能价格比。
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