摘要：本文介紹了臺達自動化產(chǎn)品在高速枕式包裝機中的系統(tǒng)解決方案，尤其是臺達ASD-A2智能型伺服驅(qū)動器內(nèi)建的電子凸輪，高速脈沖抓取、比較，以及參數(shù)自行寫入功能的在系統(tǒng)方案中的應(yīng)用，以及電子凸輪曲線的設(shè)計規(guī)劃。臺達A2智能型伺服在枕式包裝機的應(yīng)用，使得國內(nèi)糖果包裝機的速度得到了很大的提升，經(jīng)實際生產(chǎn)測試，可實現(xiàn)每分鐘1200包的速度，這一成功應(yīng)用證明臺達在包裝業(yè)已有了成熟的解決方案，同時也說明國內(nèi)糖果包裝技術(shù)跨入了一個更高的水平。
關(guān)鍵詞：電子凸輪 飛剪 同步抓取修正軸 高速抓取 ASD-A2

枕式包裝機是一種臥式三面封口，自動完成制袋、填充、封口、切斷、成品排除等工序的包裝設(shè)備，實際應(yīng)用中，與相應(yīng)衍生機種、輔助機種相配合，能實現(xiàn)食品、日用化工、醫(yī)藥等行業(yè)自動化生產(chǎn)線的流水包裝。枕式糖果包裝機主要用于圓形或方形奶糖的包裝。

傳統(tǒng)的枕式包裝機橫封刀的運動曲線是由機械的凸輪來實現(xiàn)的，機械加工、安裝復雜，運行噪音大，效率低；由于機械的局限性，其包裝速度僅能達到600顆/分鐘，隨著行業(yè)競爭的日益激烈，以及人力成本的增加，包裝設(shè)備自動化程度以及包裝速度要求越來越高。要實現(xiàn)高速包裝，整個控制系統(tǒng)的響應(yīng)和處理速度要求更加苛刻，傳統(tǒng)的控制器已經(jīng)難以滿足要求，以往包裝裁切所使用繼續(xù)誒凸輪必須采用伺服的電子凸輪來替換。臺達A2高性能智能伺服控制器除內(nèi)建電子凸輪功能外，32為高速DSP處理核心，內(nèi)建高速脈沖抓取、比較，高速運動控制功能，完全可以實現(xiàn)包裝設(shè)備高速的工藝要求。

針對包裝行業(yè)所專門開發(fā)的飛剪電子凸輪模型，同步抓取修正軸功能內(nèi)嵌于A2伺服控制器內(nèi)。功能齊全，編輯簡單的伺服編輯軟件ASD-A2 SOFT,人性化的接口設(shè)計，得心應(yīng)手的快捷菜單，使得整個系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)劃輕而易舉，隨手可得，大大減少了調(diào)機時間。

設(shè)備原理

糖果經(jīng)圓形盤整理后，進入直線鏈鉤機構(gòu)，被鏈鉤送進包裝膜內(nèi)，然后進行縱封和橫封包裝，以完成成品裁切。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示

圖 1 三伺服枕式糖果包裝機
工藝流程

枕式包裝機的送膜作為系統(tǒng)主軸。切刀和送料跟隨主軸運作，送料和橫切伺服控制器直接抓取膜位色標信號進行位置檢測，以確定送料和的位置，薄膜經(jīng)成型器成型后變?yōu)橥材ぃ⑦M行縱向熱封，同時物料被送進筒膜內(nèi)，一起向前經(jīng)過橫封橫切部位，由回轉(zhuǎn)式的橫封橫切刀對筒膜進行橫向封切，輸出包裝成品，具體工藝流程圖和工藝結(jié)構(gòu)圖分別參照圖2、圖3。

圖 2.工藝流程圖

圖 3.工藝結(jié)構(gòu)圖
系統(tǒng)配置

此系統(tǒng)包括PLC,HMI，伺服以及溫度控制模塊，由于臺達ASDA-A2伺服控制器內(nèi)含電子凸輪功能，三臺伺服即可完成送膜，送料以及裁切工藝，PLC只需做I/O控制，大大節(jié)省了上位機的昂貴成本，程序的規(guī)劃也更加簡單，臺達解決方案之系統(tǒng)電氣控制如圖4所示，詳細配置如表1所示；

圖 4.臺達系統(tǒng)電氣控制圖
表1 高速枕式糖果包裝機電控配置

系統(tǒng)控制原理

臺達系統(tǒng)解決方案，為了滿足高速的要求，送膜、送料鏈鉤、切刀三個軸均使用伺服控制，三軸之間的運動控制依據(jù)凸輪主從關(guān)系完成，整個系統(tǒng)控制方案如圖5所示

圖 5.臺達系統(tǒng)控制方案
1.送膜軸(軸3)

此軸采用速度控制，作為整個系統(tǒng)的主軸。下達脈沖命令給切刀軸和送料軸，指揮凸輪軸運轉(zhuǎn)。

2.切刀軸(軸2)

以PR模式(內(nèi)部位置控制模式)內(nèi)建的電子凸輪跟隨主軸運行，切刀軸接收送膜主軸的脈沖OA,/OA;OB,/OB，以凸輪飛剪曲線跟隨主軸運動，當切刀軸伺服控制器檢測到色標光電S1信號，凸輪啟動運轉(zhuǎn)，在運轉(zhuǎn)過程中，伺服控制器會抓取S1的信號，利用內(nèi)建的同步抓取修正軸(色標補償功能)，調(diào)節(jié)凸輪速度，保證精準的裁切位置。

3.送料軸(軸1)

以PR模式(內(nèi)部位置控制模式)內(nèi)建的電子凸輪跟隨主軸運行，脈沖來源為送膜主軸的OA,/OA;OB,/OB，當檢測到色標光電S1,則依據(jù)規(guī)劃好的凸輪曲線跟隨主軸運轉(zhuǎn)，并實時抓取S1信號，利用內(nèi)建同步抓取修正軸進行糖位的自動調(diào)節(jié)。

系統(tǒng)電子凸輪規(guī)劃設(shè)計

Delta ASD-A2伺服內(nèi)建PR(內(nèi)部位置控制模式)模式，PR模式下，內(nèi)建64段定位程序，不僅可以實現(xiàn)原點復歸，位置控制，定速控制，還具有位置和速度插斷，重疊功能，參數(shù)寫入，定位程序段之間的跳躍和調(diào)用，同時具有電子凸輪功能，高速抓取(capture)和比較(compare)功能，所以切刀軸和鏈鉤軸的原點復歸無需上位機的參與，即可完成，其主要pr規(guī)劃如下：

參數(shù)說明：

P5-39=0X0020:CAP軸命令來源：pulse cmd
P5-88=0X0251:凸輪軸主軸來源：同步抓取修正軸
嚙合時機：CAP軸任意一點動作
脫離時機：不脫離
P5-97=1：開啟宏指令，即同步軸啟用

橫封切斷軸飛剪曲線設(shè)計

Delta ASDA-A2伺服控制器內(nèi)建飛剪凸輪模型，如圖6所示；所以使得飛剪電子凸輪曲線的設(shè)計簡單易行，利用ASD-A2 PC soft所提供的E-CAM EDITOR功能，調(diào)試著只需將機械參數(shù)輸入下圖紅色方框內(nèi)的對應(yīng)位置， ASDA-A2 PC soft將會自動生成飛剪曲線。考慮到不同包裝膜的熱封難易程度，在裁切區(qū)設(shè)立同步區(qū)。同步區(qū)為50°，如圖7所示

圖 6 飛剪電子凸輪模型

圖7 臺達ASD-A2飛剪凸輪編輯界面

圖8 ASD-A2軟體產(chǎn)生的飛剪裁切電子凸輪速度曲線
鏈鉤軸電子凸輪曲線設(shè)計

鏈鉤軸用途在于將糖果送入包裝膜內(nèi)，只要與送膜主軸保持位置同步即可，所以其以送膜軸作為主動軸，跟隨送膜軸進行同步運轉(zhuǎn)。即送膜軸每送出一個包裝長度的脈沖，鏈鉤運行一個鏈鉤的鉤距，根據(jù)機械結(jié)構(gòu)，鏈鉤軸馬達轉(zhuǎn)一圈，鏈鉤走一個鏈距，而伺服一轉(zhuǎn)對應(yīng)脈沖為100000puu,所以360°的位置脈沖為100000puu。在規(guī)劃曲線時，利用Delta ASDA-A2 PC soft所提供的manual create 功能，建立位置的函數(shù)表格，如圖9所示；ASDA-A2 PC soft便會依據(jù)三次曲線自動規(guī)劃出速度和加速曲線，如圖10所示