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摘 要：重點(diǎn)研討臺(tái)達(dá)ASDA-A2新型高精度網(wǎng)絡(luò)型交流伺服驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用技術(shù)。通過(guò)簡(jiǎn)化PLC程序?qū)崿F(xiàn)高速套標(biāo)機(jī)的整體響應(yīng)速度。
關(guān)鍵詞：套標(biāo)機(jī) 伺服控制 送標(biāo) 切標(biāo) 調(diào)試
1 引言
快速消費(fèi)品的商標(biāo)包裝具有傳播商品信息的功能，是消費(fèi)終端實(shí)現(xiàn)商品價(jià)值的重要競(jìng)爭(zhēng)武器。上世紀(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)的快速消費(fèi)品包裝工業(yè)得到了迅速發(fā)展，快速消費(fèi)品企業(yè)的生產(chǎn)集中度和自動(dòng)化程度在不斷提高，包裝設(shè)備在向大型化、快速化、高效化、自動(dòng)化方向發(fā)展。
套標(biāo)機(jī)的用途是給瓶裝快速消費(fèi)品套裝彩印商標(biāo)薄膜。典型的套標(biāo)瓶裝商品包括瓶裝飲料、化妝品、藥品、保健品等。套標(biāo)速度標(biāo)示著套標(biāo)機(jī)技術(shù)水平和包裝裝備效益。國(guó)內(nèi)套標(biāo)機(jī)主流套標(biāo)速度集中在100-400瓶/分。400—800瓶/分速度屬于高速套標(biāo)，各廠家都在積極研發(fā)自己的高速套標(biāo)機(jī)，800瓶/分速度通常被看作接近機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行極限。套標(biāo)機(jī)的使用大大降低了套標(biāo)機(jī)環(huán)節(jié)的人力物力。例如在果汁加工生產(chǎn)線中，套標(biāo)機(jī)是必不可少的設(shè)備。目前國(guó)內(nèi)400瓶/分的主流套標(biāo)速度難以滿足果汁飲料啤酒等快速消費(fèi)品生產(chǎn)需求，套標(biāo)工序日益成為高端用戶的產(chǎn)能瓶頸。隨著食品類包裝行業(yè)的高速發(fā)展，有越來(lái)越多的世界品牌果汁飲料生產(chǎn)商希望通過(guò)提高整線生產(chǎn)速度獲得高速生產(chǎn)利潤(rùn)。
2 套標(biāo)工藝
2.1套標(biāo)工藝路線
彩印廠熱塑塑膠商標(biāo)包裝材料以卷材形式供料。套標(biāo)機(jī)的功能是將筒標(biāo)自動(dòng)退卷切斷，準(zhǔn)確套入容器實(shí)現(xiàn)套標(biāo)包裝，轉(zhuǎn)入后道熱收縮工序，將標(biāo)簽完美固定于容器適當(dāng)位置，如圖1所示。
2.2套標(biāo)工藝過(guò)程
�。�1）套標(biāo)機(jī)原理及工藝如下：Sensor 1：mark check；Sensor 2：cutter check；Sensor 3：bottle check；Servo 1：送標(biāo)；Servo 2：切標(biāo)。
（2）工藝描述如下：當(dāng)sensor 3感測(cè)到瓶時(shí)， motor1起動(dòng)，開始送標(biāo)；當(dāng)sensor1感測(cè)到mark， motor1停止送標(biāo)；motor2起動(dòng)切標(biāo)。送標(biāo)，切標(biāo)過(guò)程中瓶子不停止。套標(biāo)自動(dòng)化流程如圖2所示。
3 臺(tái)達(dá)高速套標(biāo)自動(dòng)化系統(tǒng)
應(yīng)用臺(tái)達(dá)ASDA-A2高性能伺服控制器的送標(biāo)、切標(biāo)系統(tǒng)，可使套標(biāo)速度達(dá)到600～800瓶/min。方案設(shè)計(jì)如圖3所示。
3.1 ASDA-A2伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
臺(tái)達(dá)公司2000年以后推出的ASDA-A2新型高精度網(wǎng)絡(luò)型交流伺服驅(qū)動(dòng)器，是實(shí)現(xiàn)高速高精度自動(dòng)化套標(biāo)的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，特點(diǎn)如下：
�。�1）高分辨率編碼器規(guī)格：提供20bit增量型編碼器；符合需要精細(xì)定位控制的機(jī)械設(shè)備的需求。此外，ASDA-A2也另外支持絕對(duì)型編碼器，滿足客戶機(jī)臺(tái)斷電時(shí)可記憶現(xiàn)在位置，在位置控制上提供更廣泛的使用場(chǎng)合。
�。�2）網(wǎng)絡(luò)型控制架構(gòu)：針對(duì)目前全球工控界對(duì)于高速網(wǎng)絡(luò)的控制需求，ASDA-A2除了能夠提供標(biāo)準(zhǔn)Modbus的通訊規(guī)格，還支持CANopen(1M bps)和FlexRay(10M bps)兩種通訊規(guī)格。硬件接口為單進(jìn)單出的RJ45接口，可以達(dá)到多軸幷聯(lián)高速控制。
�。�3）強(qiáng)大的內(nèi)部位置模式：ASDA-A2提升標(biāo)準(zhǔn)ASDA-A系列的內(nèi)部位置模式功能，提供 「位置控制編輯器」；內(nèi)部位置緩存器由原先8點(diǎn)增加到64點(diǎn)，數(shù)字輸入點(diǎn)數(shù)(DI)增加到 14點(diǎn)，位置控制方式由簡(jiǎn)易的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)移動(dòng)模式，晉升到可以由參數(shù)設(shè)定在兩點(diǎn)間進(jìn)行速度變換，甚至不同位置點(diǎn)的跳躍設(shè)定。大大滿足了客戶對(duì)于「伺服驅(qū)動(dòng)器」的功能需求。
（4）電子凸輪編輯器：ASDA-A2提供電子凸輪行程規(guī)劃，軟件部分提供了行程編輯器可以讓操作者自行規(guī)劃路徑，參數(shù)部分則可選擇主動(dòng)軸來(lái)源，滿足客戶多樣化的功能需求。
�。�5）ASDA-Soft監(jiān)控軟件：4組頻道的監(jiān)控示波器，提供16bit的資料量資料，透過(guò) USB1.1的硬件接口，可達(dá)到及時(shí)監(jiān)看的功能。在參數(shù)編輯器上，將參數(shù)資料量提高到32 bits，提供更多的功能設(shè)定。
3.2 送標(biāo)與切標(biāo)
送標(biāo)及切標(biāo)之伺服脫離上層控制系統(tǒng)PLC，由機(jī)臺(tái)傳感器通過(guò)DI觸發(fā)伺服控制器內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)伺服的運(yùn)動(dòng)控制。減少不必要的時(shí)間損失，以滿足高速套標(biāo)的要求。伺服控制模式：Pr 模式(內(nèi)部寄存器命令模式)
�。�1）送標(biāo)：采用PR模式，開起COMPARE，CAPTURE功能塊。送標(biāo)起動(dòng)：當(dāng)感測(cè)到瓶子
時(shí)，采用事件觸發(fā)EV1（sensor3）觸發(fā)送標(biāo)伺服動(dòng)作，開始送標(biāo)，EV2觸發(fā)PR參數(shù)寫入COMPARE和CAPTURE控制參數(shù)，開起CAPTURE功能進(jìn)行色標(biāo)抓取，由抓標(biāo)sensor1來(lái)控制標(biāo)長(zhǎng)。送標(biāo)停止：當(dāng)sensor1感測(cè)到mark時(shí)，PR采用CAP定位命令插斷前路徑。
�。�2）切標(biāo)：采用PR命令，事件觸發(fā)。當(dāng)送標(biāo)完成后，利用送標(biāo)伺服的目標(biāo)位置到達(dá)信號(hào)DO直接觸發(fā)切標(biāo)伺服動(dòng)作。
3.3 工藝難點(diǎn)分析
（1）PLC程序所占內(nèi)存，延長(zhǎng)程序的循環(huán)掃描時(shí)間，延誤切標(biāo)與下標(biāo)的動(dòng)作時(shí)間。
�。�2）由于高速的要求，至少0.1s就要完成一次套標(biāo)動(dòng)作，要求下標(biāo)與切標(biāo)電機(jī)必須頻繁起停，定位精準(zhǔn)。
�。�3）標(biāo)簽的變形，感測(cè)器誤動(dòng)作等原因造成送標(biāo)長(zhǎng)度的不準(zhǔn)。
3.4 A2伺服套標(biāo)性能優(yōu)勢(shì)
�。�1）1KHz頻寬響應(yīng)。
�。�2）Mark 抓取采用伺服內(nèi)部compare + capture功能模塊。在capture功能下，抓標(biāo)DI信號(hào)(響應(yīng)時(shí)間僅為1um)直接與伺服控制器硬體連接觸發(fā)，以提高伺服的動(dòng)作時(shí)間。compare模塊的開起可有效避免抓標(biāo)sensor的誤動(dòng)作。
�。�3）控制參數(shù)寫入，無(wú)需與上位機(jī)通訊，可由外部事件觸發(fā)A2驅(qū)動(dòng)與pr程序，進(jìn)行參數(shù)寫入，響應(yīng)及時(shí)性大大提高。
4 套標(biāo)伺服系統(tǒng)調(diào)試
4.1 送標(biāo)伺服速度
送標(biāo)伺服采用兩段速度：以縮短減速時(shí)間。第一段=1700r/min； 第二段速度=1000r/min(頻寬=130，JL=4)。一周期所走脈沖約為10000（1轉(zhuǎn)），假定送標(biāo)滾輪直徑D=40mm。
則對(duì)應(yīng)實(shí)際標(biāo)長(zhǎng)=3.14*40*1=125mm(轉(zhuǎn)速比1：1)，如圖4所示。
4.2 切標(biāo)伺服速度
Speed=650r/min (頻寬=150，JL=4)。一周期所走距離為1/4轉(zhuǎn) (轉(zhuǎn)速比1：1)如圖5所示。
4.3 送標(biāo)切標(biāo)系統(tǒng)
綜合送標(biāo)和切標(biāo)伺服的波形圖，得出送/切標(biāo)系統(tǒng)圖如圖6所示。
5 結(jié)束語(yǔ)
本方案采用臺(tái)達(dá)高性能A2伺服內(nèi)部編程功能及特殊智能模塊后，整個(gè)送標(biāo)、切標(biāo)過(guò)程完全脫離上位機(jī)的控制，簡(jiǎn)化PLC程序，使伺服對(duì)抓標(biāo)、送標(biāo)、切標(biāo)信號(hào)的處理更加迅速，提高了整機(jī)的響應(yīng)速度，經(jīng)測(cè)試，應(yīng)用臺(tái)達(dá)A2高性能伺服，送標(biāo)和切標(biāo)的整個(gè)周期為80ms，可使套標(biāo)速度達(dá)到750瓶/min。
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