臺達A2伺服在高速套標機上的應用

　　中達電通股份有限公司 王江濤

　　摘 要：重點研討臺達ASDA-A2新型高精度網絡型交流伺服驅動器應用技術。通過簡化PLC程序實現高速套標機的整體響應速度。

　　關鍵詞：套標機 伺服控制 送標 切標 調試

　　1 引言

　　快速消費品的商標包裝具有傳播商品信息的功能，是消費終端實現商品價值的重要競爭武器。上世紀90年代以來，我國的快速消費品包裝工業得到了迅速發展，快速消費品企業的生產集中度和自動化程度在不斷提高，包裝設備在向大型化、快速化、高效化、自動化方向發展。

　　套標機的用途是給瓶裝快速消費品套裝彩印商標薄膜。典型的套標瓶裝商品包括瓶裝飲料、化妝品、藥品、保健品等。套標速度標示著套標機技術水平和包裝裝備效益。國內套標機主流套標速度集中在100-400瓶/分。400—800瓶/分速度屬于高速套標，各廠家都在積極研發自己的高速套標機，800瓶/分速度通常被看作接近機械系統的運行極限。套標機的使用大大降低了套標機環節的人力物力。例如在果汁加工生產線中，套標機是必不可少的設備。目前國內400瓶/分的主流套標速度難以滿足果汁飲料啤酒等快速消費品生產需求，套標工序日益成為高端用戶的產能瓶頸。隨著食品類包裝行業的高速發展，有越來越多的世界品牌果汁飲料生產商希望通過提高整線生產速度獲得高速生產利潤。

　　2 套標工藝

　　2.1套標工藝路線

　　彩印廠熱塑塑膠商標包裝材料以卷材形式供料。套標機的功能是將筒標自動退卷切斷，準確套入容器實現套標包裝，轉入后道熱收縮工序，將標簽完美固定于容器適當位置，如圖1所示。

　　2.2套標工藝過程

　?。?）套標機原理及工藝如下：Sensor 1：mark check；Sensor 2：cutter check；Sensor 3：bottle check；Servo 1：送標；Servo 2：切標。

　?。?）工藝描述如下：當sensor 3感測到瓶時， motor1起動，開始送標；當sensor1感測到mark， motor1停止送標；motor2起動切標。送標，切標過程中瓶子不停止。套標自動化流程如圖2所示。

套標工藝路線

套標自動化流程

　　3 臺達高速套標自動化系統

　　應用臺達ASDA-A2高性能伺服控制器的送標、切標系統，可使套標速度達到600～800瓶/min。方案設計如圖3所示。

高速套標方案設計

　　3.1 ASDA-A2伺服驅動系統

　　臺達公司2000年以后推出的ASDA-A2新型高精度網絡型交流伺服驅動器，是實現高速高精度自動化套標的關鍵運動控制系統，特點如下：

　?。?）高分辨率編碼器規格：提供20bit增量型編碼器；符合需要精細定位控制的機械設備的需求。此外，ASDA-A2也另外支持絕對型編碼器，滿足客戶機臺斷電時可記憶現在位置，在位置控制上提供更廣泛的使用場合。

　　（2）網絡型控制架構：針對目前全球工控界對于高速網絡的控制需求，ASDA-A2除了能夠提供標準Modbus的通訊規格，還支持CANopen(1M bps)和FlexRay(10M bps)兩種通訊規格。硬件接口為單進單出的RJ45接口，可以達到多軸幷聯高速控制。

　?。?）強大的內部位置模式：ASDA-A2提升標準ASDA-A系列的內部位置模式功能，提供 「位置控制編輯器」；內部位置緩存器由原先8點增加到64點，數字輸入點數(DI)增加到 14點，位置控制方式由簡易的點對點移動模式，晉升到可以由參數設定在兩點間進行速度變換，甚至不同位置點的跳躍設定。大大滿足了客戶對于「伺服驅動器」的功能需求。

　　（4）電子凸輪編輯器：ASDA-A2提供電子凸輪行程規劃，軟件部分提供了行程編輯器可以讓操作者自行規劃路徑，參數部分則可選擇主動軸來源，滿足客戶多樣化的功能需求。

　?。?）ASDA-Soft監控軟件：4組頻道的監控示波器，提供16bit的資料量資料，透過 USB1.1的硬件接口，可達到及時監看的功能。在參數編輯器上，將參數資料量提高到32 bits，提供更多的功能設定。

　　3.2 送標與切標

　　送標及切標之伺服脫離上層控制系統PLC，由機臺傳感器通過DI觸發伺服控制器內部程序實現伺服的運動控制。減少不必要的時間損失，以滿足高速套標的要求。伺服控制模式：Pr 模式(內部寄存器命令模式)

　?。?）送標：采用PR模式，開起COMPARE，CAPTURE功能塊。送標起動：當感測到瓶子

　　時，采用事件觸發EV1（sensor3）觸發送標伺服動作，開始送標，EV2觸發PR參數寫入COMPARE和CAPTURE控制參數，開起CAPTURE功能進行色標抓取，由抓標sensor1來控制標長。送標停止：當sensor1感測到mark時，PR采用CAP定位命令插斷前路徑。

　　（2）切標：采用PR命令，事件觸發。當送標完成后，利用送標伺服的目標位置到達信號DO直接觸發切標伺服動作。

　　3.3 工藝難點分析

　?。?）PLC程序所占內存，延長程序的循環掃描時間，延誤切標與下標的動作時間。

　?。?）由于高速的要求，至少0.1s就要完成一次套標動作，要求下標與切標電機必須頻繁起停，定位精準。

　?。?）標簽的變形，感測器誤動作等原因造成送標長度的不準。

　　3.4 A2伺服套標性能優勢

　　（1）1KHz頻寬響應。

　　（2）Mark 抓取采用伺服內部compare + capture功能模塊。在capture功能下，抓標DI信號(響應時間僅為1um)直接與伺服控制器硬體連接觸發，以提高伺服的動作時間。compare模塊的開起可有效避免抓標sensor的誤動作。

　　（3）控制參數寫入，無需與上位機通訊，可由外部事件觸發A2驅動與pr程序，進行參數寫入，響應及時性大大提高。

　　4 套標伺服系統調試

　　4.1 送標伺服速度

　　送標伺服采用兩段速度：以縮短減速時間。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），假定送標滾輪直徑D=40mm。

　　則對應實際標長=3.14*40*1=125mm(轉速比1：1)，如圖4所示。

圖4送標伺服速度

　　4.2 切標伺服速度

　　Speed=650r/min (頻寬=150，JL=4)。一周期所走距離為1/4轉 (轉速比1：1)如圖5所示。

圖5切標伺服速度

　　4.3 送標切標系統

　　綜合送標和切標伺服的波形圖，得出送/切標系統圖如圖6所示。

圖6 送/切標系統速度

　　5 結束語

　　本方案采用臺達高性能A2伺服內部編程功能及特殊智能模塊后，整個送標、切標過程完全脫離上位機的控制，簡化PLC程序，使伺服對抓標、送標、切標信號的處理更加迅速，提高了整機的響應速度，經測試，應用臺達A2高性能伺服，送標和切標的整個周期為80ms，可使套標速度達到750瓶/min。