基于CAN总线的纸箱包装机伺服运动控制系统设计_1.docx

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1、基于CAN总线的纸箱包装机伺服运动控制系统设计基于CAN总线的纸箱包装机伺服运动控制系统设计青岛橡胶轮胎设计院蔡媛媛导语：本文表达了纸箱包装机的系统组成和主要技术参数和控制方案，纸箱板供给经过的设计方案,通过对自动瓶装包装线中的纸箱包装机消费经过进展分析和研究摘要：本文表达了纸箱包装机的系统组成和主要技术参数和控制方案，纸箱板供给经过的设计方案,通过对自动瓶装包装线中的纸箱包装机消费经过进展分析和研究，并将西门子伺服运动控制系统运用到此设备中，通过CAN形式的现场总线与所有驱动伺服进展通讯。并对此种控制系统的优势进展了讲明。0引言随着包装技术的日益开展,包装电子装备不断增加,进而带来包装综合控

2、制系统中大量的信号需实时交换的问题,传统线束已远远不能知足这种要求,因此,越来越多的包装采用控制器局域网(CAN)。但是,CAN总线只定义了开放式系统互连参考模型(OSI)中的物理层和数据链路层,一般用户必须直接用驱动程序操作链路层,不能直接知足复杂控制网络的组态和产品互连要求。CANopen作为一种真正开放的CAN高层协议,实现不同的CAN设备以标准化的方式进展通信,使得CAN设备具有互操作性。随着CANopen协议的日益完善,它已经广泛应用于多个行业。热收缩膜的包装形式具有平安性、可靠性、便于运输和销售等特点，先已被国内的饮料行业广泛使用。但在啤酒的消费经过中所使用的玻璃瓶碰撞后瓶身及易损

3、，由于使用热收缩膜的包装形式的局限性也不能完全的解决啤酒行业及其他相关玻璃瓶包装行业的消费需求。因此，采用纸箱包装是饮料、啤酒的高档次、高规格的包装，也很容易解决长途运输带来的问题，有效的弥补了热收缩膜包装形式的缺陷，两者相辅相成，是当代饮料、啤酒包装行业不可或者缺的两种包装形式。以前我国的纸箱包装机一直处在35箱min的包装才能程度，仅仅只能知足2万瓶h的饮料、啤酒包装消费线需求。本文对现有的装箱机技术，进展改良晋级，汲取国内外的装箱机特点，运用伺服运动控制系统成功的开发了具有60箱min消费才能的全自动纸箱包装机，有效的解决了饮料、啤酒行业的产量需要。1纸包装机的技术构造和工作原理1.1控

4、制系统的组成科时敏的R60纸箱包装机采用的是BR(贝加莱)控制系统，主控PLC采用CP476通过CAN形式的现场总线与所有驱动伺服进展通讯，上位机面板采用的是PP451，也是通过CAN总线的方式连接，并采用EX470扩展远程IO。图1纸箱包装机BR控制系统图将上位PP451的IP地址号设置为01；3IF771.9通讯卡的CAN总线地址号设置为09；推倒瓶的伺服驱动器CAN总线的地址号设置为01；分瓶1器伺服驱动器CAN总线的地址号设置为02；分瓶器2的伺服驱动器的CAN现场总线地址设置为03；出口处的伺服驱动器CAN总线地址设置为04；吸纸板伺服驱动器CAN总线的地址号设置为05；EX470总

5、线控制器的CAN总线地址设置为C6；各设备上所设置的CAN总线地址与设备上设置的地址要绝对的正确，否那么控制系统将不能正常的运行。在正常的情况下，控制系统在上电后，IF771的CAN通讯指示灯将会快速的闪烁，各伺服驱动器上的AC110通讯卡的两个通讯指示灯也将保持常亮状态，否那么讲明通讯不正常。1.2自动纸箱包装机的组成及工作原理自动纸箱包装机主要包括：瓶输送、纸板供应、取纸箱板、纸箱板传送、分瓶、推瓶、纸箱折叠成型、封箱粘合、喷胶等局部组成。纸箱板供应主要由纸箱板储存库、纸箱板程度输送、纸箱板等待工位、纸箱板供应副托叉、纸箱板供应主托叉和检测开关等局部组成。其主要功能是完成对包装机纸箱板的供

6、应，对高速包装机的纸箱板供应应该连续，使纸箱板的供应更加的畅顺。瓶输送主要分为两局部，一局部是通过变频器来控制电动机的运行速度，将输送线上的瓶按要求有规律的输送，通过缺瓶检测保障瓶的连续供给；另一局部是通过主驱动器驱动机械局部传送按主电机的运行速度进展瓶的输送。取纸板是通过伺服电机进展驱动的，以从动轴的方式与主轴电机同步运行，并安装有两组吸盘，两组吸盘交替动作用于取纸板，进而到达高速取纸板的功能。分瓶是通过1号和2号分瓶的伺服电动机及主驱动的电动机完成控制的，并将瓶有顺序的分成34一组。纸板传送局部是将汲取的纸板通过假设干工位传输到上瓶的位置处，由主驱动提供动力，双层纸板和缺纸板的检测主要用于

7、保障纸板的供应。推瓶局部的主要作用是用于分瓶后的整理，用推瓶杆将瓶推倒，当瓶经过无动力过度板时，将瓶进展严密排列，进而进步包装的质量。纸箱经折叠成型、喷胶和封箱步骤完成饮料或者啤酒的包装，根据纸箱的构造，确定喷胶的准确位置，封箱的适度进展调整，进而确保封箱质量。图2所示为纸包机的工作流程图。图2R60自动纸箱包装机消费流程图2控制系统设计2.1主控制器主控制器主要进展模拟量控制、传感器控制、光源控制、传动控制、定位控制、气动控制、工艺参数、工艺经过、运行故障、产品质量和平安防护等局部的控制。采用PLC可编程逻辑控制器和相关的辅助系统来完成系统的实时性和准确性控制。2.2多电机同步技术与伺服技术

8、包装物品是通过主传动系统进展传送，各种包装的辅助材料是通过供送系统进展传送，它们之间的互相动作需协调配合，控制上也应保持一致。多电机伺服控制系统采用PLC进展控制，机器设备各工位间的检测通过外围的各工位接近开关完成，进而实现无触点信号的输入和控制系统的电、光、机和气的协调动作。通过适度的调整分瓶器和封箱、喷胶、整型气缸的位置，可以进展不同规格纸箱的包装。2.3操作系统设计通过变频技术和人机界面的应用，使包装设备可在手动、自动和调试形式等不同的工作方式下，控制设备以不同速度进展运行。变频器通过RS-485接口进展通信，可在人机界面上显示和设定相关参数。3控制系统方案自动纸箱包装机控制系统主要包括

9、：PP451人机界面、运动控制器EX470、检测元件、伺服驱动器、执行元件和伺服电机等。运动控制器EX470是通过CAN总线来控制伺服驱动器的，完成对伺服电机的实时控制。机器位置的运行检测和包装周期都是通过伺服控制设定的。伺服电机的一侧安装有编码器，根据接收旋转编码器的脉冲反应信号，与伺服电机构成闭环控制。编码器选取增量型编码器。通过编码器接口将数据传送到EX470，将接收数据进展处理说明机器的实际运行位置。在纸箱的包装经过中，推瓶的杆每推出一组瓶就完成了一次包装，在推瓶杆经过处的一侧安装一检测开关，利用对EX470记录的编码器数据清零。在每一次包装周期中，取纸板、放纸板和分瓶等动作的位置数据

10、都与EX470中的编码器数据进展一一比对，根据比照的数据控制机器的每一个动作。3.1分瓶电机控制系统分瓶电机驱动是分瓶电机分别驱动两组挡瓶的爪手。在包装机上，包装段上的瓶传输是通过主驱动电机来实现的。分瓶是将规律排列严密的瓶分隔成34组或者其它规格的组合瓶组。在两组分瓶器电机的传送链上，分别安装了等间隔的两组挡瓶爪，两电动机快慢的交替运行。将排列好的瓶分成34一组，然后通过主电机传输到下一工位。分瓶电动机控制。两个分瓶电动机进展有规律的交替运行。是以主电动机的脉冲数作为同步控制信号(X方向)，分瓶的电动机自身脉冲数(Y方向)，按照提早设定好的运动轨迹进展运行，只有在主电动机运动的情况下，分瓶电

11、动机作为从电动机按特定的轨迹同步运行。分瓶电动机同步参数的设定决定了分瓶电动机按照特定规律进展运行，运行的起始位都要有个参考位，此处可在人机界面上进展设定。3.2纸箱板供应系统纸箱板供应系统主要包括：纸箱板垂直供应和纸箱板程度供应两局部。纸箱板垂直供应局部。纸箱板垂直供应是通过垂直供应电动机进展驱动的，一台电动机驱动一个主托叉，另一台电动机驱动副托叉。垂直纸箱板的供应主要是通过电动机驱动主托叉供应纸箱板。当纸箱板的供给数量减少到一定数量时，通过副托叉来托住剩余的纸箱板，然后主托叉向下降到等待纸箱板的位置，当纸箱板向上托起到位后。撤出副托叉通过主托叉正常进展供应，直到完成一组纸箱板的补充。纸箱板

12、程度供应装置。通过程度供应的驱动电机，通过不断的检测供箱板输送链上的实时状态，控制输送电机。将箱板从最初始的堆放位置，输送给箱板的等待工位位置。当副托叉向上托住纸箱板后，主托叉向下运动到初始的位置，然后控制电动机将等待工位的纸箱板送到垂直的工位位置，完成一次程度供应纸箱板的经过。3.3取纸箱板系统组成和控制系统取纸箱板系统组成。取纸箱板系统主要包括：同步齿型带、驱动轴和被动轴等三局部组成。同步齿型带上安装有两组空气吸盘，当伺服电动机与主驱动的电动机进展同步的往返运行，进而到达高速的自动取纸箱板的功能。取纸箱板控制系统的核心是进展伺服电动机的控制。伺服电动机驱动的同步齿型带，在同步齿型带安有两组

13、吸盘，用于取纸板动作。伺服电动机的正转运行，在第l组吸盘到达放纸板的位置时，向下释放纸箱板，与此同时第2组吸盘也开场动作，到达吸纸箱板的位置后吸纸箱板，完成取纸箱板的一个周期。伺服电动机的反转，在第2组吸盘到了放纸板的位置时，向下释放纸箱板，同时在第1组吸盘到达吸纸箱板的位置时向上吸纸箱板，完成一次取纸箱板的活动周期。3.4喷胶控制喷胶控制也是该机器的一大难点，在0360度范围内当检测到有纸板到达喷胶机的位置时，判断主轴在0360度范围内旋转到一定角度后翻开喷胶电磁阀开场喷胶，到达另一角度后关闭喷胶电磁阀。而且由于喷胶电磁阀动作的滞后性，在不同消费机速下要设置不同的前溃补偿量。4结论在高速纸箱包装机上运用伺服运动控制系统使控制系统更加精准、更加灵敏、更加完善和可靠稳定。新一代运动控制器增加了很多实用的功能，降低了使用者的编程难度，在一些控制要求较高的机械上可以真正表达出它的优势。使用伺服电动机不仅可有效的降低了机械对设备的冲击损害，而且还可大大降低使用传统控制方式带来的设备故障率。