摘要：本文介紹了雷賽ACS交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)在立式包裝機上的應(yīng)用?，F(xiàn)場調(diào)試數(shù)據(jù)表明，配置伺服系統(tǒng)的包裝機，其加工效率比原步進系統(tǒng)高出50%，且運行平穩(wěn)，精度高。此次應(yīng)用，為ACS交流伺服系統(tǒng)在立式包裝機上的應(yīng)用提供了寶貴經(jīng)驗，值得推廣。
leadshine AC Servo’s Application in the Automatic Packer Machine
1 前言
      立式包裝機設(shè)備主要用于加工塑料包裝袋及各種規(guī)格的生活塑料袋，早期的設(shè)備采取的是剎車離合器等控制機構(gòu)，后來改進為步進系統(tǒng)控制裝置，現(xiàn)在又發(fā)展成為PLC及伺服電機加變頻調(diào)速為主的控制機構(gòu)，目前，伺服控制已成為行業(yè)的應(yīng)用趨勢。
      深圳市雷賽機電技術(shù)開發(fā)有限公司針對國內(nèi)立式包裝機現(xiàn)狀推出了專用伺服控制解決方案，在國內(nèi)某包裝機設(shè)備公司得到成功應(yīng)用并廣泛推廣。該方案采用了雷賽ACS806全數(shù)字化交流同步伺服驅(qū)動器、ACM交流永磁同步伺服電機，配合客戶端的觸摸屏、PLC、變頻器、變頻電機等元器件，構(gòu)成一整套完整的伺服解決方案。

圖1 立式包裝機設(shè)備圖及包裝袋樣品圖

      根據(jù)設(shè)備工藝要求選擇了低慣量高轉(zhuǎn)速的雷賽ACM602V36伺服電機作為主要運動機構(gòu)，保證了包裝制袋機在頻繁啟停時運動的平穩(wěn)性與快速響應(yīng)性，使伺服電機的一次送料轉(zhuǎn)速能夠滿足切刀上下運行的時間要求，同時簡化了機械機構(gòu)，解決了原機械設(shè)備效率低、定位精度低、能耗大、自動化水平低、浪費材料等缺點。
2 控制原理

圖2 設(shè)備電氣原理圖

      圖2為包裝機設(shè)備電氣原理圖，整個設(shè)備工藝過程主要分為抬刀、定位、封切三個部分，整個工藝過程由熱封切刀、伺服裝置、變頻裝置、牽引皮輥、承切皮輥聯(lián)動完成。
      熱封切刀安裝在傳動軸上，該軸由變頻裝置驅(qū)動，做上下往復運動；伺服裝置驅(qū)動牽引皮輥，按照一定的速度，保證熱封切刀在離開承切皮輥并再次到達承切皮輥之前，將所設(shè)定長度的塑料袋送過切刀；隨后，熱封切刀到達承切皮輥，將塑料袋封口，并切開。
 人機界面：觸摸屏，界面上可設(shè)置定長封切或色標封切、切袋長度、送袋速度等，當選擇為定長封切時，色標封切無效。
 PLC：核心程序的載體，控制各執(zhí)行機構(gòu)的運轉(zhuǎn)與協(xié)調(diào)。根據(jù)伺服機構(gòu)的機械傳動比、伺服驅(qū)動器的電子齒輪比、伺服電機編碼器的線數(shù)以及出料輥的周長，PLC程序計算出伺服驅(qū)動器接收一定數(shù)量的脈沖，伺服電機驅(qū)動出料輥轉(zhuǎn)動，帶出一定長度的膠袋，實現(xiàn)定長控制。
 色標傳感器：到位信號，負責時間的判斷與控制信號的發(fā)出。
 主變頻裝置：負責熱封刀的連續(xù)上下運動，同時控制出袋速度與效率。
 伺服驅(qū)動裝置，由驅(qū)動器、伺服電機構(gòu)成，作為主要運動機構(gòu)，主要任務(wù)是完成定位精度的控制，嚴格執(zhí)行來自PLC的脈沖指令控制，同時，保證在頻繁啟動負載下自身運動的平穩(wěn)性與快速響應(yīng)性，使伺服電機的一次送料轉(zhuǎn)速滿足切刀上下運行的時間要求。伺服性能直接反映了這臺設(shè)備的整機性能與質(zhì)量。
3 工作流程
包裝機設(shè)備的工作流程如下：
1）設(shè)備上電，溫控器控制封刀處加熱器進行加熱；
2）送料變頻器驅(qū)動送料電機以設(shè)定的速度輸送塑料薄膜，送料感應(yīng)器檢測到送料端放卷的塑料薄膜足夠時，送料電機停止送料；
3）溫度達到預(yù)設(shè)值，溫控信號導通，主變頻器驅(qū)動主電機通過機械傳動裝置控制切刀和封刀的上下往復運動；
4）切刀每向上運動一次，伺服信號導通一次，伺服電機驅(qū)動出料輥夾著塑料薄膜帶轉(zhuǎn)動一次，切刀和封刀下切，膠袋形成 ；
5）設(shè)定個數(shù)到達或按停止鍵時，當前膠袋形成后停機，切刀和封刀停在高位停車處。
4 伺服系統(tǒng)應(yīng)用與實際調(diào)試數(shù)據(jù)
      本機采用雷賽ACS806伺服驅(qū)動器，驅(qū)動單元采用美國TI公司最新DSP芯片、大規(guī)?？删幊涕T陣列(CPLD)和智能化功率模塊(IPM)，集成度高、可靠性好。驅(qū)動單元具備標準位置控制，可接收脈沖信號，同時具備了主電源過壓欠壓、過流、過載、編碼器異常、位置超差等多項在線檢測與診斷，使控制過程一目了然。 
       伺服電機為雷賽ACM602V36三相永磁同步伺服電機，寬調(diào)速比，恒轉(zhuǎn)矩輸出，三倍過載能力，額定轉(zhuǎn)速3000rpm，配置2500線編碼器。 
       本機只需使用一套伺服系統(tǒng)就能完成其主要功能，圖3為該包裝機伺服配置。

圖3 雷賽伺服驅(qū)動器配置圖

4.1 包裝機系統(tǒng)預(yù)估值
該包裝機設(shè)備基本參數(shù)如下：
輥軸直徑：36mm ；袋長精度：小于0.5mm；機械減速比：1：4
根據(jù)以上信息，計算電機轉(zhuǎn)速和系統(tǒng)分辨率：
（1）電機轉(zhuǎn)速預(yù)估：
此機送料輥直徑r=36mm，圓周長為 ，
若以500mm長的袋子為例，則一次制袋成型送料輥需轉(zhuǎn)動的圈數(shù)為：  ，若每分鐘制袋120個，則每分鐘送料輥需轉(zhuǎn)動： ，同時，送料輥與伺服電機存在1:4的減速比，故最終伺服電機的轉(zhuǎn)速為：
 （1）
（2）系統(tǒng)分辨率預(yù)估：
伺服編碼器為2500 ppr，經(jīng)驅(qū)動器四倍頻后，精度為10000ppr,則伺服電機的精度可等效為 ；又電機輸出到出料輥有4:1的減速比，則出料輥實際檢測精度為：  ，對應(yīng)的長度分辨精度為：
      （2）
故其預(yù)估偏差遠遠小于系統(tǒng)精度設(shè)置值0.5mm。
4.2 包裝機實際調(diào)試數(shù)據(jù)
現(xiàn)場調(diào)試，客戶端參數(shù)如表1所示：
表1 某客戶端實際調(diào)試參數(shù)表

雷賽伺服驅(qū)動器基本設(shè)置如圖4所示：

圖4 雷賽伺服驅(qū)動器參數(shù)配置圖

監(jiān)測實際制袋過程（見圖5），數(shù)據(jù)表明，工作時電機電流4.2A，速度1800rpm，精度控制在0.05mm以內(nèi)，達到客戶要求。

圖5 雷賽伺服驅(qū)動器在線監(jiān)測圖

以200mm長膠袋為例，雷賽伺服與某品牌步進電機的性能比較如下：
表2 雷賽伺服與某品牌步進的對比測試數(shù)據(jù)表

表2數(shù)據(jù)表明，伺服從效率上比步進高出約50%，且運行平穩(wěn)、精度高。
5 結(jié)語
      該立式包裝機是在傳統(tǒng)老式設(shè)備的基礎(chǔ)上運用雷賽全數(shù)字化ACS系列交流伺服控制系統(tǒng)改造而成，具有提高效率、降低能耗、提高成品率、改善封切精度、調(diào)試方便快捷、運行過程平穩(wěn)、簡化機械結(jié)構(gòu)等特點，具有更高的技術(shù)含量和更優(yōu)良的性價比，能為企業(yè)創(chuàng)造更多的效益。
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