2022年台达运动控制器Pm在连续式立式包装机中的应用改参考 .pdf

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1、台达运动控制器20Pm在连续式立式包裝機中的应用摘要：本文主要介绍台达20PM 运动控制器在连续式立式包裝行业的应用，关键字： 台达 20PM 运动控制器凸轮功能CAM 曲线连续间歇式追标一：前言立式包装机是将卷筒状的挠性包装材料制成袋筒，充入物料后， 进行封口， 三个功能自动连续完成的机器。配合上道的计量冲填机械，立式包装机常用于包装块状、片状、粒状、梗枝状、粉状以及流体和半流体物料。立式包装通常分为连续式包装机和间歇式包装机。二 包装机介绍1设备的机构示意图如下。1薄膜卷筒2浮动辊3压辊4张力单元5翻领成型器6纵向封口7橡胶带8，9横向封口如上图所示，间歇式垂直包装机的横封装置固定在一个位

2、置上，每次封口的时候，拉薄膜的动作定制，封口达到一定时间以后才能脱开再继续拉薄膜，而连续式垂直包装机则可以不停止拉薄膜动作，在实施完全压合动作过程中整个横封台保持与薄膜牵引一致的速度，完成以后退开横封台，到一定位置后再飞名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 12 页 - - - - - - - - - 快退回到上面的位置上。因为连续式生产效率高，目前连续式代替间歇式是个趋势。但是同样是连续式，有机械凸轮实现的，有利用伺服电机利用电子凸轮实现两种方式。其中机械式在

3、跟换包装膜长度时需调整机械应用十分不方便，且机械惯性大，速度提不高。所以连续式包装机用电子凸轮控制伺服方式就成为首选2，工作原理其工作原理为： 放在支承装置上的卷筒薄膜，绕经导棍组、 张紧装置， 由光电检测控制装置对包装材料上商标图案位置进行检测后，通过成型器卷成薄膜圆筒裹包在充填管的表面。先用纵向热封器对卷成圆筒的接口部位薄膜进行纵向热封，得到密封管筒， 然后筒状薄膜移动到横向热封器处进行横封，构成包装袋筒。 计量装置把计量好的物品，通过上部充填管充填入包装袋内，再由横向热封器热封并在居中切断，形成包装袋单元体，同时形成下一个筒袋的底部封口。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - -

4、- - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 12 页 - - - - - - - - - 工艺流程图：3，控制方案在本方案中使用台达的20PM PLC作为控制核心， 采用两台 AB 伺服作为牵引驱动，采用一台A2 伺服驱动热封，来实现最主要的横封台动作，完成一个“D”字形的动作（该动作也同时完全适合高速的连续式水平枕式包装机，适合高速包装更大的块状物的包装）。加热部分采用台达DTE 控制器名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 -

5、 - - - - - - 第 3 页，共 12 页 - - - - - - - - - 上图所示为电气控制原理，图中分为拉膜单元和热封剪切单元，拉膜单元通过EH2 上的脉冲输出，给伺服脉冲信号控制拉膜速度，热封单元由20PM，根据 HMI 设定的长度，以及编码器反馈的物料的速度和位置，控制热封剪切伺服动作，对膜进行定长热封裁切。20pm 硬件具有500K 的高速输入与输出脉冲，完全适应高速的响应与控制。三 电子凸轮旋切原理（ 1）短热封裁切，同步点伺服同步速度与编码器速度的倍率是固定的在短热封旋切过程中，最重要的是速度同步，比如在切刀接触到物料时一定要与物料速度同步，如果接触时切刀速度大于同步

6、速度，出现对物料一个向前牵扯的力，会照成物料切面不平，如果速度低于名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 12 页 - - - - - - - - - 物料速度，会出现堵料的现象。如下图所示这个图是标准的短裁切，可以認為切刀與物料接觸只是在一點上，理論上規劃同步點只要一點即可，但是爲了可靠，我們可以把紅線以的區域下設為同步區，（定义为切刀与材料接触的前后一段）保證到切點時速度一定與線速度同步即可。在剪断长小于刀周长的情况下，在同步区， 切刀线速度与物料同步， 过了

7、同步区以后，为了赶上下一次切断切刀加速。在剪断长大于1 倍刀周长并小于2 倍刀周长的情况下， 剪断动作完成后，切刀减速， 然后再加速到同步进行下一次剪切。做为特例在剪断长度等于刀周长时切刀匀速运动，在剪断长大于2 倍刀周长情况下 （这也是最常见的一种情况），在一个周期中，刀刃在剪断同步完成后，减速到停止，等待一定长度过去后，启动下次裁切。下面来计算同步倍率，假设主軸直徑D1 (mm) 主軸一圈脈波數R1 (Pulses/Rev) 主軸速度F1(Hz) 主軸速度V1(mm/sec) 從軸直徑D2 (mm) 從軸一圈脈波數R2 (Pulses/Rev) 從軸速度F2(Hz) 從軸速度V2(mm/s

8、ec) 所以同步點的伺服從軸所需的速度V2=V1, (F1*3.14*D1/R1) (F*3.14*D /R)F2/F1 = (D1*R2)/(D2*R1) 通过这个公式，可以算出20PM 与编码器输入脉冲频率的比率，然后通过20PM 的飞剪公式，生成飞剪CAM 曲线其中D0=k10000 建立飛剪 CAM data D101.D100 整數格式主軸長度 , (無法滿足自動計算適合長度) D103.D102 整數格式從軸長度D105.D104 整數格式從軸同步長度D107.D106 浮點格式從軸同步倍率 (F2/F1) D109.D108 浮點格式從軸最高倍率限制就会动态生成飞剪的CAM 曲线

9、。2 X0DTOK100D0D100K7名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 12 页 - - - - - - - - - 50%同步区1.5 30%同步区1 1 0 0 根据 F2/F1 = (D1*R2)/(D2*R1)公式，可以看出同步区的同步倍率是固定的。我们过去所做的电缆飞剪，纸张飞剪采用的都是上述模式。2长同步热封原理采用一台A2 伺服驱动热封，来实现最主要的横封台动作，完成一个“D”字形的动作（该动作也同时完全适合高速的连续式水平枕式包装机，适合高

10、速包装更大的块状物的包装）。如下图，當進入同步裁切區后，物料水平移動送料與切刀水平速度相同，才能達到垂直和不產生弧形。下面来计算速度同步关系由以上公式可知道：同樣的在同步區範圍内送料與切刀水平速度相同，才能達到垂直和不產生弧形。同步区运动的数学模型如图，其中假设r= 60mm（r 为偏心轴半径），?sync =80（0 80为同步区），?cut = 60（10 70为剪切区域），同步区之外的区域为补偿区。这里同步区大于剪切区域，是因为需要有一定距离来平滑速度的变化，否则会造成较大的机械冲击。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - -

11、 - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 12 页 - - - - - - - - - = = (2 为了让剪切刀实现平滑的加减速运动，在同步区的0 10、 70 80各附加一段过渡曲线，以使速度平滑过渡，减小机械冲击，附加过渡曲线后的同步区剪切刀速度曲线如下：图4 同步区运动曲线添加同步区曲线后，在中料剪切时完整的剪切刀速度曲线实测如下图所示，该运动曲线能完全满足飞剪运上述为长同步区热封的原理介绍，实际应用中应用20PM 的补偿曲线公式可自动生成，无需用户名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - -

12、 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 12 页 - - - - - - - - - 自己计算。四 程序设计介绍整个程序结构包括初始化、参数计算、裁切曲线动态调整、原点回归和点动等等。1介绍相关参数填写生成动态长同步裁切曲线过程厚料裁切曲线生成指令为DTO k0 D0 D100 k8 其中D0=k10000 建立厚料飛剪CAM data D101.D100 格式(1 厚料飛剪 , others) D103.D102 整數格式主軸一週脈波數D105.D104整數格式主軸一週長度 (mm) D107.D106 整數格式從軸一週脈波數D109.D108 整數格式從軸一週長度 (m

13、m) D111.D110 整數格式從軸同步起始角度 180360 D113.D112 整數格式從軸同步結束角度 180360 D115.D114 整數格式主軸切長 (mm) D117.D116 整數格式從軸刀數 (把) D119.D118 整數格式主軸同步區前長度 (mm) D121.D120 整數格式從軸同步區前夾角 1 (度)现场测长轮周长为210.5MM,编码器线数为2500PULSE ， 四倍频就为10000PULSE ， 测长轮与编码器通过1：1 的减速器相连，也就是测长轮走一圈，编码器走10000PULSE,裁切热封轮伺服一圈脉冲数为1280000PULSE,伺服电机通过320：1

14、7 的减速器与切刀机构相连，也就是裁切热封切刀机构走一圈，伺服需接受1280000*320/17 PULSE 命令 , 通过把伺服齿轮比设为4096/17 ，使发出100000 个脉冲切刀轮走一圈，切刀轮周长位295.3MM 。切长为 D600PULSE( 在定长方式为用户设置，在追标方式为标与标之间脉冲数），切入点角度=220 度，同步结束角度300 度，这里切入点角度与结束角度与机械设计，一旦上述确定就固定下来是个常数，切入角度设置必须小于或等于实际切入角度，如果设定切入角度大于实际切入角度会出现切入点有弧，同样设置同步结束角度必须大于或等于同步结束角度。还要需要设定在切入前非同步区材料（

15、主轴走的距离） 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 12 页 - - - - - - - - - 这样，根据厚料裁切程式设置好相关上述参数就可自动生成如下位置，速度图形，2，追标方式的实现定长裁切容易实现，只要设定好长度生成图形，连续运行就可以了。追标方式相对来说复杂，主要是膜长标标之间由于印刷的原因有误差，或由于在拉袋子的过程中有打滑现象的存在，必然会导致拉的袋子与得到的编码器反馈值之间有一个偏差现象，所以必须在程序中做一个补偿：就是把上一个切袋子的偏差在

16、下一个周期 （袋子） 做补偿， 要不然累计偏差会导致切的袋子偏差越来越大，最后切不出一个完整的袋子来。也可以用滤波的方式做补偿，这样更容易看出打滑的趋势，过滤掉“ 锯齿” 的现象。需要根据实际裁切点与标之间的误差动态修正。追标控制思路主要是在切點處加了個光電檢測實際接觸點，假設切刀調整好正好可以切在標上，這時利用高速光電（裝在切點位置）撲捉編碼器（主軸）的值，然後再用色標撲捉編碼器（主軸）的值，兩值之差作為目標值，只要始終保持這個值不變，就會始終在色標上。控制采用比较成熟的经典的PID 控制。 PID 控制具有原理简单、使用方便、适应性好等优点。我们这里采用的是增量式PID 控制算法。增量式P

17、ID 控制有很多优点：格 式 (1 厚 料 飛 剪 , 主軸一週脈波數主軸一週長度 (Um) 從軸一週脈波數從軸刀數 (把)從軸一週長度 (mm)從軸一週脈波數從 軸 同 步 起 始 角 度整數格式從軸同步結束主軸切長 (mm)名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 12 页 - - - - - - - - - （1） 由于计算机输出增量，所以误动作时影响小，必要时可采用逻辑判断的方法去掉；（2） 算式中不需要累加，控制增量的确定，仅与最近 k 次的采样值有关，所

18、以较容易通过加权处理而获得比较好的控制效果。PID 控制器是一种线性调节器，它把设定值 （各段从轴应该发的脉冲数）与实际输出值 （从轴编码器值）相减，得到控制偏差， 的比例系数（P）、积分系数（I ）和微分系数（D）通过线性组合构成控制变量 （伺服电机的脉冲频率）。控制变量的增量的计算公式为：式中， T 为采样周期， K为比例系数，加大比例系数K可以减小稳态误差，但当K过大时，会使动态质量变差，导致系统不稳定。TI 为积分常数， TI 越大积分作用越弱，积分环节的加入，能消除静态误差，使系统趋于稳定。TD为微分系数，微分控制的作用可以改善系统的动态特性，提高控制精度，但TD偏大或偏小时，都会使

19、超调量增大，调节时间加长。由于该系统采用恒定的采样周期T，一旦确定了K、TI、TD这三个控制参数，就可以确定控制变量，我们已经在现场调试导出了这三个参数的值。实际控制效果可以控制在+-1MM名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 12 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 12 页 - - - - - - - - - 上图为 PID 调节与标之间误差程序五结束语台达完善的产品体系几乎涵盖了整个连续立式包装机械上需要的工控产品，且每样产品既具有其自身的独立优势又具有本厂产品之间非常高的兼容性，客户在使用 delta 整套系统解决方案后不仅节省了工作量与开发成本，同时又大大提高了机械的整体性能。PLC 产品处余强名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 12 页 - - - - - - - - -