四方伺服控制系統在成型機上的應用

摘要：一次性餐盒成型機是一種熱成型機組，它集真空成型、模壓成型、綜合成型、沖裁為一身，用來加工熱成型塑料片材。本文介紹了四方CA500系列重載型伺服驅動器與CM500永磁同步電機應用在一次性餐盒成型機上，伺服系統控制工作臺行程，提高成型機械定位精度，降低不良品率。

關鍵字：一次性餐盒成型機，定位控制，CA500，CM500

一、 工藝介紹

一次性餐盒成型機是一種熱成型機組，它集真空成型、模壓成型、綜合成型、沖裁為一身，用來加工熱成型塑料片材。可制成各種包裝容器：一次性快餐盒、水產盤、超市盤、蛋糕盤、 KT 板、方便面碗、發泡盤等系列產品。

工藝流程：如圖1所示，總體工藝流程分為：上料——片材進成型機——預熱——加熱——成型——沖裁——落料——成品——包裝——邊角料收卷。

成型機的一個工作循環包括如下動作：

（1） 上料、片材進成型機：將發泡片材牽引至片材成型機的內部，用光電開關控制上料長度；

（2） 預熱、加熱：將發泡片材用陶瓷輻射瓦進行預熱加熱，智能溫控表控制溫度，使其具有可塑性；

（3） 成型：液壓單獨控制上下模，真空、壓空、模壓綜合成型；

（4） 沖裁：液壓自動控制沖裁，將成型后的制品裁剪為成品；

（5） 落料、成品、包裝：將沖裁后的成品進行包裝；

（6） 邊角料收卷：將沖裁后的剩余邊角料收卷回收，進入廢料破碎造粒機重復利用。

二、 方案介紹

1、工藝要求：

為了保證一次性餐盒在成型之后進入沖裁階段的準確性，并盡可能的提高生產效率，成型機有以下的一些工藝要求：

（1）傳輸過程需要快速加減速，加減速小于0.5S；

（2）一次性餐盒到達沖裁位置時的定位速度要快，定位時間小于1秒；

（3）為保證沖裁的精度，定位精度要求高，位置精度小于1mm；

（4）定位完成后有信號輸出，與PLC配合完成后續動作。

2、 伺服控制系統

針對成型機的工藝要求，采用四方CA500伺服驅動器與CM500同步電機為驅動平臺，設計了如下的應用方案：

伺服驅動器：四方CA500重載型伺服驅動器；

伺服電機：四方CM500永磁同步電機；

其他配件：旋變卡，IO擴展卡，編碼器屏蔽線（9pin）。

（1）CA500伺服驅動器的加減速時間最小可達到0.1s，完全可以滿足餐盒成型機在傳輸過程中對加減速的要求；

（2）CA500內置伺服控制功能，其內置兩段PID參數，并可根據位置偏差選擇不同的PID參數執行，并且具有優異的伺服電機控制算法，可以發揮伺服電機的快速響應特性，保證了在沖裁時的定位響應速度；

（3）CA500的伺服定位功能采用外部高速脈沖的方式控制，根據實際機械所需的位移量以及所對應的脈沖個數，換算電子齒輪比，達到極高的定位精度；

（4）利用CA500內部的多功能端子輸出功能，當定位完成后輸出一個信號給PLC，通知PLC定位已經完成從而進行下一步動作。

圖2所示為應用方案框圖：

3、四方伺服控制系統特點

（1）CA500伺服驅動器基于大裕量硬件平臺設計，可120%重載長期運行，過載能力強；

（2）CA500驅動器可選擇兩種定位信號給定方式，可用高速脈沖給定和模擬量給定；

（3）CA500全系列內置制動單元，用戶可按需配置制動電阻實現快速制動效果；

（4）靈活強大的可擴展平臺，通過搭配旋變卡、IO擴展卡，滿足各類不同的工藝現場要求；

（5）優異的伺服電機控制算法，不僅可以驅動行業通用的同步電機，更是針對CM500同步電機進行算法優化，充分發揮配套使用的伺服系統的快速響應特性和穩定性；

（6）根據位置偏差選擇的雙PID控制，實現高精度高響應的位置控制。

三、 調試和說明

1、調試接線圖

圖3

2、設置伺服控制定位功能

（1）將伺服控制功能Fb.2.23伺服控制功能設置為0001始終有效。

（2）選擇位置脈沖計數復位端子、伺服指令脈沖數值清零端子（功能號分別為66、77），例如選擇端子為DI1、DI2，那么F3.0.00=66、F3.0.01=77。

（3）設置PG測速軸每轉推進的距離Fb.2.22，本參數的作用是將累計位移在d1.2.20中顯示，并不參加實際的控制運算。

（4）設置伺服控制位置設定源Fb.2.24，設置為1即位置由高速脈沖控制，設置為3即位置由模擬量控制，可根據實際需要選擇，這里設置為1。

（5）設置電子齒輪比Fb.2.27、Fb.2.28。電子齒輪比是把實際的每脈沖位移量與人為確定的每脈沖位移量對應起來。

3、參數設定

（1）通用功能調試：

（2）伺服定位功能調試：

4、調試運行

以脈沖輸入為位置源模式運行

運行前需要閉合一次DI1端子進行位置脈沖累計計數（D1.2.19、D1.2.18）清零。按FWD啟動伺服驅動器，電機將根據DI9端子接收到的脈沖個數來確定電機運行距離，根據脈沖的頻率與Fb.2.34的轉速限制共同決定電機的運行速度，DI9端子接收的脈沖源是可以累計保存的，可以通過閉合一次DI4端子清除累積脈沖數。

5、注意

（1）位置增益選擇方式，當按位置偏差選擇增益（Fb.2.31=3）時，位置偏差小于設定的脈沖數值（Fb.2.32）時，位置增益1（Fb.2.21）有效。否則位置增益2（Fb.2.30）有效。

（2）位置增益大的時候可以提高響應性，過大會造成超調、震動及噪音。

（3）調整轉速閉環比例增益F8.1.21可以抑制電機震動。

（4）普通伺服模式的轉速限制方式Fb.2.34設置為1頻率設定通道，即表示只有當外部脈沖的頻率大于頻率設定通道的頻率時，電機轉速才受頻率通道控制，否則電機轉速受外部脈沖的頻率控制。

（5）從轉速模式切換到伺服控制時需要停機重啟。

四、 小結

本文介紹了四方CA500重載型伺服驅動器與CM500永磁同步電機在一次性餐盒成型機上的應用。改應用方案精度高，響應迅速，可以最大限度的保證生產餐盒的質量，降低不良品率，解決生產成本。

參考文獻

1、《CA500系列系列重載型伺服驅動器說明書V1.1》 深圳市四方電氣技術有限公司

2、《CM500交流永磁同步電機使用手冊》 深圳市四方電氣技術有限公司

3、《I/O擴展卡使用說明書（IOA-B100 標準型）》 深圳市四方電氣技術有限公司