台达运动控制器在包装行业的应用

1 引言

传统的包装机械多通过复杂的齿轮、联杆传动。存在机械加工复杂、精度要求高，安装调试繁琐，机构耦合误差大，生产周期长等的明显缺点。其控制的速度和精度都受到一定条件的制约。

针对传统机械系统的缺点，采用开放式的运动总线型DVP-10MC运动控制器，使用电子凸轮等先进工艺，保证整机的同步协调工作，实现精确、高速控制。DVP-10MC运动控制器在此方面表现了良好的性能。

2 系统工艺简介

卧式包装机是物料充填与袋子成型沿水平方向进行，由于水平式制袋、充填和封口，各个工位均可以方便地进行调整，并可以针对不同的物料情况作许多复杂的配置变化。

图1 卧式包装机

图2 工艺流程图

卧式包装机的工艺为：从卷筒1拉出的包装材料由导辊2导引，经三角成型器3和U形杆4而折合成U形膜;光电检测装置5对包装材料上印刷的色标拉距进行检测和送进控制，然后由制袋热封装置6对U型折合膜实施热熔封接，封接两侧面完成制袋。牵引送进装置7作间断启停旋转运动将成袋及包装材料牵引送进，每次送一个袋宽的距离，由切断装置8裁切成单个包装袋，然后由袋夹送进装置作夹持送进;在开袋口工位由开袋口装置将袋口吸开，并往袋内喷吹压力空气，使袋口扩开，并由夹持包装袋的夹手保持张开的袋口，以使充填物料顺利充填。当袋子送到充填工位时，通过充填漏斗往包装袋内装入物料，再在整形工位由整形装置对袋中松散物料实施整形处理，使其袋形便于封口操作，且夹袋的夹手向外运动，使袋口处于平直闭合状态，在封口工位完成袋口封接，得到的包装产品从机器后端输出。

3 方案介绍

DVP10MC是台达推出的一款总线型多轴运动控制器，专门用于控制台达A2伺服驱动器。DVP10MC与A2伺服驱动器之间采用CANopen现场总线技术通讯，最高通讯速率达到1M bps。它除了能实现复杂的运动控制以外，还可以实现PLC的逻辑控制，温度控制。DVP10MC通讯接口丰富，提供有Ethernet、CAN (Motion Bus)、RS232、RS485及编码器接口，同时具有与SV相同的左右扩展接口，共享SV所有扩展模块，很适合包装机械的多轴控制。

图3 系统架构

本系统中DVP10MC采用CANMotion控制6轴伺服装置，实现多轴同步控制。两台变频器通过左侧的CANopen主站模块控制，实现速度控制。HMI采用XBTGT系列触摸屏，通过MODBUS/TCP协议与运动控制器通讯;现场温度采用PID控制，温度控制精确。

表1 系统配置

4 控制工艺

夹手装置由三个伺服电机驱动，完成袋子的移送，其电子凸轮曲线如下图示：

图4 夹手装置凸轮曲线

制袋工位由一个伺服电机驱动，其凸轮曲线如图5所示。

图5 热封装置凸轮曲线

拉模装置由两个伺服电机驱动，其凸轮曲线如图6所示。

图6 拉膜装置凸轮曲线

主轴变频器驱动的电机上带一个编码器，在正常运行时，其他轴根据自己所处的位置相应做跟随运动。放膜部分采用张力控制，使放膜辊在放膜过程中，均匀放膜。

拉膜轴通过速度控制进给包装膜，在每送一个袋子时，通过色标作为前一次袋长检测触发信号，直接接入到运动控制器高速信号接口，然后通过外部编码器读取实际膜长，与存储的标准长度进行比较，如果有偏差的话，就在下一包进行调整。

拉膜的宽带通过电子凸轮实现，可以保证到整机的速度一致性，但是凸轮的曲线不能在线修改，但可使用虚轴的功能：即使用MC-VirtualAxis指令构建一个虚拟轴。虚轴是运动控制器内部可以创建的一个假想轴，专门用于位移量叠加计算进行使用，由于是理想轴，所以不会出现任何偏差，并且可以自己定义任何轨迹。这里将虚轴和实轴的凸轮曲线用电子齿轮方式啮合，做同步，运行过程中可以修改电子齿轮的齿轮比，即可达到在线调节凸轮曲线的目的。

在停机时，拉膜装置在完成本次拉送袋子后，立即停止。制袋装置在拉膜装置停止后，也立即停止，并且运动到安全位置，等待下次工作。再次运行前，制袋装置需运行到同步的位置后，开始运行主机。

图7 拉膜装置曲线控制