四方伺服控制系統(tǒng)在成型機(jī)上的應(yīng)用

摘要：一次性餐盒成型機(jī)是一種熱成型機(jī)組，它集真空成型、模壓成型、綜合成型、沖裁為一身，用來(lái)加工熱成型塑料片材。本文介紹了四方CA500系列重載型伺服驅(qū)動(dòng)器與CM500永磁同步電機(jī)應(yīng)用在一次性餐盒成型機(jī)上，伺服系統(tǒng)控制工作臺(tái)行程，提高成型機(jī)械定位精度，降低不良品率。

關(guān)鍵字：一次性餐盒成型機(jī)，定位控制，CA500，CM500

一、 工藝介紹

一次性餐盒成型機(jī)是一種熱成型機(jī)組，它集真空成型、模壓成型、綜合成型、沖裁為一身，用來(lái)加工熱成型塑料片材。可制成各種包裝容器：一次性快餐盒、水產(chǎn)盤(pán)、超市盤(pán)、蛋糕盤(pán)、 KT 板、方便面碗、發(fā)泡盤(pán)等系列產(chǎn)品。

工藝流程：如圖1所示，總體工藝流程分為：上料——片材進(jìn)成型機(jī)——預(yù)熱——加熱——成型——沖裁——落料——成品——包裝——邊角料收卷。

成型機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)包括如下動(dòng)作：

（1） 上料、片材進(jìn)成型機(jī)：將發(fā)泡片材牽引至片材成型機(jī)的內(nèi)部，用光電開(kāi)關(guān)控制上料長(zhǎng)度；

（2） 預(yù)熱、加熱：將發(fā)泡片材用陶瓷輻射瓦進(jìn)行預(yù)熱加熱，智能溫控表控制溫度，使其具有可塑性；

（3） 成型：液壓?jiǎn)为?dú)控制上下模，真空、壓空、模壓綜合成型；

（4） 沖裁：液壓自動(dòng)控制沖裁，將成型后的制品裁剪為成品；

（5） 落料、成品、包裝：將沖裁后的成品進(jìn)行包裝；

（6） 邊角料收卷：將沖裁后的剩余邊角料收卷回收，進(jìn)入廢料破碎造粒機(jī)重復(fù)利用。

二、 方案介紹

1、工藝要求：

為了保證一次性餐盒在成型之后進(jìn)入沖裁階段的準(zhǔn)確性，并盡可能的提高生產(chǎn)效率，成型機(jī)有以下的一些工藝要求：

（1）傳輸過(guò)程需要快速加減速，加減速小于0.5S；

（2）一次性餐盒到達(dá)沖裁位置時(shí)的定位速度要快，定位時(shí)間小于1秒；

（3）為保證沖裁的精度，定位精度要求高，位置精度小于1mm；

（4）定位完成后有信號(hào)輸出，與PLC配合完成后續(xù)動(dòng)作。

2、 伺服控制系統(tǒng)

針對(duì)成型機(jī)的工藝要求，采用四方CA500伺服驅(qū)動(dòng)器與CM500同步電機(jī)為驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，設(shè)計(jì)了如下的應(yīng)用方案：

伺服驅(qū)動(dòng)器：四方CA500重載型伺服驅(qū)動(dòng)器；

伺服電機(jī)：四方CM500永磁同步電機(jī)；

其他配件：旋變卡，IO擴(kuò)展卡，編碼器屏蔽線（9pin）。

（1）CA500伺服驅(qū)動(dòng)器的加減速時(shí)間最小可達(dá)到0.1s，完全可以滿足餐盒成型機(jī)在傳輸過(guò)程中對(duì)加減速的要求；

（2）CA500內(nèi)置伺服控制功能，其內(nèi)置兩段PID參數(shù)，并可根據(jù)位置偏差選擇不同的PID參數(shù)執(zhí)行，并且具有優(yōu)異的伺服電機(jī)控制算法，可以發(fā)揮伺服電機(jī)的快速響應(yīng)特性，保證了在沖裁時(shí)的定位響應(yīng)速度；

（3）CA500的伺服定位功能采用外部高速脈沖的方式控制，根據(jù)實(shí)際機(jī)械所需的位移量以及所對(duì)應(yīng)的脈沖個(gè)數(shù)，換算電子齒輪比，達(dá)到極高的定位精度；

（4）利用CA500內(nèi)部的多功能端子輸出功能，當(dāng)定位完成后輸出一個(gè)信號(hào)給PLC，通知PLC定位已經(jīng)完成從而進(jìn)行下一步動(dòng)作。

圖2所示為應(yīng)用方案框圖：

3、四方伺服控制系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）CA500伺服驅(qū)動(dòng)器基于大裕量硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)，可120%重載長(zhǎng)期運(yùn)行，過(guò)載能力強(qiáng)；

（2）CA500驅(qū)動(dòng)器可選擇兩種定位信號(hào)給定方式，可用高速脈沖給定和模擬量給定；

（3）CA500全系列內(nèi)置制動(dòng)單元，用戶可按需配置制動(dòng)電阻實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)效果；

（4）靈活強(qiáng)大的可擴(kuò)展平臺(tái)，通過(guò)搭配旋變卡、IO擴(kuò)展卡，滿足各類(lèi)不同的工藝現(xiàn)場(chǎng)要求；

（5）優(yōu)異的伺服電機(jī)控制算法，不僅可以驅(qū)動(dòng)行業(yè)通用的同步電機(jī)，更是針對(duì)CM500同步電機(jī)進(jìn)行算法優(yōu)化，充分發(fā)揮配套使用的伺服系統(tǒng)的快速響應(yīng)特性和穩(wěn)定性；

（6）根據(jù)位置偏差選擇的雙PID控制，實(shí)現(xiàn)高精度高響應(yīng)的位置控制。

三、 調(diào)試和說(shuō)明

1、調(diào)試接線圖

圖3

2、設(shè)置伺服控制定位功能

（1）將伺服控制功能Fb.2.23伺服控制功能設(shè)置為0001始終有效。

（2）選擇位置脈沖計(jì)數(shù)復(fù)位端子、伺服指令脈沖數(shù)值清零端子（功能號(hào)分別為66、77），例如選擇端子為DI1、DI2，那么F3.0.00=66、F3.0.01=77。

（3）設(shè)置PG測(cè)速軸每轉(zhuǎn)推進(jìn)的距離Fb.2.22，本參數(shù)的作用是將累計(jì)位移在d1.2.20中顯示，并不參加實(shí)際的控制運(yùn)算。

（4）設(shè)置伺服控制位置設(shè)定源Fb.2.24，設(shè)置為1即位置由高速脈沖控制，設(shè)置為3即位置由模擬量控制，可根據(jù)實(shí)際需要選擇，這里設(shè)置為1。

（5）設(shè)置電子齒輪比Fb.2.27、Fb.2.28。電子齒輪比是把實(shí)際的每脈沖位移量與人為確定的每脈沖位移量對(duì)應(yīng)起來(lái)。

3、參數(shù)設(shè)定

（1）通用功能調(diào)試：

（2）伺服定位功能調(diào)試：

4、調(diào)試運(yùn)行

以脈沖輸入為位置源模式運(yùn)行

運(yùn)行前需要閉合一次DI1端子進(jìn)行位置脈沖累計(jì)計(jì)數(shù)（D1.2.19、D1.2.18）清零。按FWD啟動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)將根據(jù)DI9端子接收到的脈沖個(gè)數(shù)來(lái)確定電機(jī)運(yùn)行距離，根據(jù)脈沖的頻率與Fb.2.34的轉(zhuǎn)速限制共同決定電機(jī)的運(yùn)行速度，DI9端子接收的脈沖源是可以累計(jì)保存的，可以通過(guò)閉合一次DI4端子清除累積脈沖數(shù)。

5、注意

（1）位置增益選擇方式，當(dāng)按位置偏差選擇增益（Fb.2.31=3）時(shí)，位置偏差小于設(shè)定的脈沖數(shù)值（Fb.2.32）時(shí)，位置增益1（Fb.2.21）有效。否則位置增益2（Fb.2.30）有效。

（2）位置增益大的時(shí)候可以提高響應(yīng)性，過(guò)大會(huì)造成超調(diào)、震動(dòng)及噪音。

（3）調(diào)整轉(zhuǎn)速閉環(huán)比例增益F8.1.21可以抑制電機(jī)震動(dòng)。

（4）普通伺服模式的轉(zhuǎn)速限制方式Fb.2.34設(shè)置為1頻率設(shè)定通道，即表示只有當(dāng)外部脈沖的頻率大于頻率設(shè)定通道的頻率時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速才受頻率通道控制，否則電機(jī)轉(zhuǎn)速受外部脈沖的頻率控制。

（5）從轉(zhuǎn)速模式切換到伺服控制時(shí)需要停機(jī)重啟。

四、 小結(jié)

本文介紹了四方CA500重載型伺服驅(qū)動(dòng)器與CM500永磁同步電機(jī)在一次性餐盒成型機(jī)上的應(yīng)用。改應(yīng)用方案精度高，響應(yīng)迅速，可以最大限度的保證生產(chǎn)餐盒的質(zhì)量，降低不良品率，解決生產(chǎn)成本。

參考文獻(xiàn)

1、《CA500系列系列重載型伺服驅(qū)動(dòng)器說(shuō)明書(shū)V1.1》 深圳市四方電氣技術(shù)有限公司

2、《CM500交流永磁同步電機(jī)使用手冊(cè)》 深圳市四方電氣技術(shù)有限公司

3、《I/O擴(kuò)展卡使用說(shuō)明書(shū)（IOA-B100 標(biāo)準(zhǔn)型）》 深圳市四方電氣技術(shù)有限公司