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全数字交换伺服系统在塑料机械中的利用---塑料制袋机械伺服利用


摘 要:
  本文重要介绍了塑料制袋机械的电气原理,以及全部运转过程及现今主流的利用技巧,介绍了伺服系统在塑料机械的利用原理及性能特点••。
1 ¶••⊿引言
  塑料包装行业是随着机电技巧的进步和塑料加工工艺的发展而发展起来的,并逐步形成为一个独立的工业部门••。上世纪六七十年代后,许多塑料原料已能大规模生产,塑料制品代替金属¶••⊿木材¶••⊿玻璃¶••⊿纸¶••⊿纤维等材料制成的产品,在国民经济各部门和人们生活各个领域的利用越来越多••。需求的不断增长使得中国塑料包装机械发展很快¶••⊿生产出来的品种也越来越多,大多已能供给国内塑料制品加工设备的需要,随着技巧的不断更新,近年来以伺服系统为重要履行元件的塑料机械,以其速度快¶••⊿效率高¶••⊿能耗低¶••⊿把持程度完善¶••⊿性能稳固等优点迅速成为市场主流机型,并加快国产塑机主动化程度的过程••。
2 ¶••⊿塑料机械把持流程及电气原理
  国产塑料制袋机如图1所示••。从图中可见,塑料制袋机是由:热封切刀,伺服装置,变频装置¶••⊿牵引皮辊¶••⊿承切皮辊¶••⊿热封切刀及把持器组成••。重要技巧特点在于热封切刀安装在转动轴上,转动轴上设有齿轮,齿轮与设在机架上的主电机主轴上的齿轮相互啮合,主电机上设有皮辊运动传感器,热封切刀的转动轴上设有切刀地位传感器••。这种热封切刀伺服装置结构设计科学合理,大大减少了制袋机的整体体积,并且由于牵引皮辊的持续运动,不存在受力距大小的影响,而智能把持器能正确地把持薄膜的设置长度••。
  该类设备重要用于加工塑料包装袋及各种规格的生活塑料袋,早期的设备采用的是刹车离合器等把持机构,后来改良为步进系统把持装置,现在,又发展成为PLC及伺服电机加变频调速为主的把持机构••。随着技巧的更新进步,更高的定位精度和更好的稳固性,直接导致所制胶袋的质量和效率也不断提升••。
图1 塑料制袋机械设备图
系统整体把持原理,如图2所示:
  人机界面,采用触摸屏,便于操作人员设置参数及对整台设备运行状态的懂得,负责人机对话交换••。界面上可设定定长封切或追色封切¶••⊿切袋长度¶••⊿追色长度¶••⊿预警个数¶••⊿送袋速度¶••⊿加速时间¶••⊿减速时间,当选择为定长封切时,追色感应器无作用••。
  PLC做为核心程序的载体,负责脉冲信号的发送及各种把持信号转化与流通,最终把持各履行机构的运转与和谐••。PLC程序根据伺服机构的机械传动比¶••⊿伺服驱动器的电子齿轮比¶••⊿伺服电机变码器的线数以及出料辊的周长,盘算出伺服驱动器吸收必定数量的脉冲,伺服电机就驱动出料辊转动带出必定长度的胶袋,实现定长把持色标¶••⊿温控¶••⊿到位信号,做为传感元气件,负责时间的断定与把持信号的发出,使个履行件之间确立逻辑关系••。
  温控器的温度,应根据主电机的转速高低进行设定,以胶袋封口处硬朗耐拉为准••。封刀温度偏低,会导致胶袋封口处不牢••。若封刀温度偏高,会导致胶袋封口处烫穿,因此,应根据主电机转速及封口时间长短进行调节,通常,温度都设定在180℃左右••。
  主变频装置,负责热封刀与切刀的持续高低运动,同时把持出袋速度与效率••。送料变频装置,负责整卷物料的第一级输送••。
  伺服驱动装置,由驱动,伺服电机,码盘反馈信号构成,作为重要运动机构,重要任务是完成定位精度的把持,严格履行来自PLC的脉冲指令把持,同时,保证在频繁启动负载下自身运动的安稳性与快速响应性,使伺服电机的一次送料转速满足切刀高低运行的时间请求••。并使伺服电机与送料变频电机之间不产生相对滑动••。伺服性能直接反响了这台设备的整机性能与质量••。
设备的工作流程如图3所示:
  (1)设备上电后,温控器把持封刀处加热器进行加热••。
  (2)主动起动后,送料变频器驱动送料电机以设定的速度输送塑料薄膜,送料感应器检测到送料端放卷的塑料薄膜足够时,送料电机结束送料••。
  (3)温度达到,温度信号导通,主变频器驱动主电机通过机械传动装置把持切刀和封刀的高低往复运动••。
  (4)切刀每向上运动一次,伺服信号导通一次,伺服电机驱动出料辊夹着塑料薄膜带转动一次,切刀和封刀下切,胶袋形成••。
  (5)设定个数达到或按结束键时,当前胶袋形成后停机,切刀和封刀停在高位停车处••。
3¶••⊿伺服系统利用与把持原理
  本机采用的伺服系统为我司—艾威图W系列伺服,驱动单元采用美国TI公司最新数字信号处理器DSP为核心¶••⊿大规模可编程门阵列(CPLD)和MITSUBISHI智能化功率模块(IPM),集成度高¶••⊿体积小¶••⊿掩护完善¶••⊿可靠性好••。采用最优PID算法完成PWM••。驱动单元具备标准地位把持与速度把持,可吸收脉冲信号及模仿信号,脉冲信号兼容脉冲方向信号与正反脉冲信号两种••。由于采用成熟智能功率模块,驱动单元具备了把持超速¶••⊿主电源过压欠压¶••⊿过流¶••⊿过载¶••⊿制动异常¶••⊿编码器异常¶••⊿把持电源异常¶••⊿地位超差等多项在线检测与诊断,使把持过程一目了然••。
  所采用伺服电机我司SD系列的三相永磁同步伺服电机,宽调速比,恒转矩输出,三倍过载能力,具有3000rpm的额定转速,2500p/r的码盘反馈脉冲精度.
  本机只需应用一套伺服系统就能完成其重要功效,伺服的把持性能反响了该类产品的把持质量••。伺服系统与主变频装置的关系,图4:
  由以上分析可知,该机机械设计时,主电机传动比要满足主变频器频率工作在60Hz的频率上,这时切刀与封刀来回往复运动将达120次/分钟甚至更高请求••。在满足伺服电机的实际持续运行转速要小于或等于其额定转速及其它特征的请求下,伺服机构的传动比及出料辊的外径的合理设计是满足该机工艺请求的要害••。由图4可见,PLC的信号逻辑次序为先产生
  (1),即变频器先驱使电机将刀抬起,在抬刀与下刀之间的时间t2内,动作
  (2)必须完成••。因此,需满足关系t1<t2••。
  转速请求:此机送料辊直径r=36mm,圆周长为L=2∏r=36*3.14=113mm,若以500mm长的袋子为准,则一次制袋成型需转动周数:n总=500/2∏r=500/113=4.425圈,以每分钟120个袋的制袋标准,则每分钟送料辊需转动:n辊=120n=531转,同时,送料辊与伺服电机存在1:4的减速比,故最终请求伺服电机的转速:n需=531*4=2124转••。
  精度请求:袋长精度小于0.5mm,伺服传动机构采用同步带传动,伺服编码器脉冲数为2500P/R,通过四倍频转换后,分辨精度达到10000p/r,即v伺=360°/10000=0.036°,电机输出到出料辊有4:1的减速比,实际检测精度达到v辊=360°/(10000*4)=0.009°,对应的长度分辨精度为:vl辊=2∏r*(0.009°/360°)=113*0.000025=0.002825mm••。
  故其本身误差远远小于0.5mm,引起定位误差较大的真正原因是由于伺服电机起停不够平滑,或者由于送料端的送料速度小于出料辊的出料速度,造成出料辊与塑料薄膜之间的相对滑动,故要根据伺服电机的起停速度调剂合适的加减速时间,调剂送料变频器频率使其送料速度要大于出料辊的出料速度,调剂成果要以出料辊与塑料薄膜之间不产生相对滑动为准••。
  新型制袋机均带有两种封切方法:一种为空白袋封切方法,即伺服系统把持电机以PLC预先设置的脉冲数进举动作,直到脉冲数运行完为止,作为一个制袋周期,此种方法为非追色运行方法,也称为定长运行方法••。另一种为追色封切方法,当选择追色封切时,其过程如下,伺服启动信号导通,伺服电机按照PLC程序预先设定的运动曲线进行加速运动¶••⊿恒速运动¶••⊿减速运动¶••⊿低速追色,如图5所示,PLC吸收到追色信号时,通过中断方法立即结束伺服电机••。一般追色长度为10毫米,并且请求追色信号只能在追色领域内起作用,其它领域内需屏蔽掉其干扰信号••。追色封切调试时,在人机界面上设定好伺服电机的恒速速度,先将加速时间¶••⊿减速时间设长,再调低速追色速度,尽可能进步低速追色速度,以追色安稳¶••⊿正确为准••。调剂好追色速度后,再调加速时间¶••⊿减速时间,尽可能调短加减速时间,以胶袋与出料辊不产生相对滑动及追色安稳为准••。PLC程序在追色封切时,对追色信号记数,持续三次检测不到时,PLC结束各电机运转,并驱动报警器报警••。同时PLC程序对批量记数,当批量达到预警值时,PLC驱动报警器报警提示••。
  操作面板上设置了变频器的调速旋钮,通过该组旋钮调位器可对主电机和送料电机调速,从而转变机器的加工效率,同时,转变人机界面上PLC的脉冲频率设定值可对伺服电机调速••。
PLC内编写主动运行与手动调试程序,主动运行程序为生产程序,手动调试程序为调机或维修时应用••。
  该类机械配套伺服系统后,实现了以下功效:效率进步;良品率进步;封切精度进步;调试机械方便快捷;运行过程安稳••。200-800mm长胶袋,生产约160-50个/分钟;长度误差在0.5mm内;胶袋封口处温度线,硬朗耐拉;既可定长封切,又可追色封切;追色封切时,持续三次检测不到色标信号,能主动停机报警;有预警功效,生产到设定批量时,会主动提示;主电机调速,送料电机调速,伺服电机调速;设有主动运行方法和手动调试方法••。
4¶••⊿结束语
  随着市场竞争的日趋激烈,用户对所需产品提出了更高的技巧和更合理的性能价格比的请求••。伺服系统以其精彩的性能完成了对产品的加工过程¶••⊿加工工艺和综合性能的改革,并在工业领域中得到了非常广泛利用••。
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