作者：王翰  

 

摘要：本文介紹了一種將我國自主知識產權的 iDrive智能伺服技術應用在多軸伺服枕式包裝機上的新型多軸伺服枕式包裝機控製方案。該方案基於iDrive 智能伺服驅動產品，它是一款集成了伺服驅動器、運動控製器以及PLC的總線型智能伺服驅動控製器。將其應用在多軸枕式包裝控製係統中，實現了內置電子凸輪
、內置多軸同步飛剪
、多軸跟隨、高速色標補償等功能，較傳統的PLC+伺服驅動器方案具有結構簡單、成本低、係統響應快
、可靠性高、故障點少、係統適應性強
、擴展靈活，可廣泛適用於單雙軸/三軸/四軸/多軸伺服控製枕式包裝機
，具有廣闊的發展前景。

 

關鍵字：智能伺服枕式包裝 雙軸 三軸 多軸 同步 色標補償 電子凸輪

 

       枕式包裝機是應用廣泛的一種包裝機械
，大量應用於食品包裝機械、藥品包裝機械、日ri用yong品pin包bao裝zhuang機ji械xie等deng眾zhong多duo領ling域yu。我wo們men日ri常chang生sheng活huo中zhong見jian到dao的de大da多duo數shu的de食shi品pin均jun是shi由you枕zhen式shi包bao裝zhuang機ji封feng裝zhuang而er成cheng。隨sui著zhe機ji械xie製zhi造zao業ye的de快kuai速su發fa展zhan和he人ren民min生sheng活huo水shui平ping的de提ti高gao
，為wei枕zhen式shi包bao裝zhuang機ji行xing業ye帶dai來lai了le良liang好hao的de發fa展zhan機ji遇yu，同tong時shi對dui枕zhen式shi包bao裝zhuang機ji的de品pin質zhi和he生sheng產chan效xiao率lv也ye提ti出chu了le更geng高gao的de要yao求qiu。

智能伺服技術是近年來新興的一種機電一體化技術。它是在傳統伺服驅動技術的基礎上
，融合了運動控製技術、DSP技術、PLC技術、現場總線技術等多種現代控製技術而形成。智能伺服產品具有智能化、網絡化、模塊化、數字化等特征
，是未來伺服技術發展的方向。

傳統的三軸枕式包裝機的臥式三麵封口加工工藝要求送料軸、送膜軸以及橫封（橫切）軸之間以凸輪關係運動，在封切過程需要送膜軸與橫封軸（橫切軸）保持嚴格同步，傳統技術采用機械凸輪實現，機械加工、安裝複雜，運行噪音大，對包裝物的適應性能力差
，包裝速度也相應受到限製。

隨著行業競爭的日益激烈
，以及我國人工成本的逐年上升
，枕式包裝機械廠商要求采用更新的技術來提高設備的自動化水平
、提高生產效率、降低設備成本
，達到提高枕式包裝機產品市場競爭力的目的。

本文介紹的 iPack2000多軸伺服枕式包裝機控製係統基於我國自主研發的iDrive 智能伺服，以一體化高集成度的智能伺服解決方案
，替代傳統的PLC+伺服驅動器的方案。iDrive 智zhi能neng伺si服fu控kong製zhi器qi內nei建jian電dian子zi凸tu輪lun和he色se標biao抓zhua取qu和he補bu償chang功gong能neng，兼jian容rong熱re切qie和he冷leng切qie工gong藝yi，通tong過guo伺si服fu驅qu動dong係xi統tong底di層ceng實shi現xian雙shuang軸zhou同tong步bu，係xi統tong響xiang應ying快kuai，同tong步bu精jing度du高gao，電dian控kong設she備bei成cheng本ben較jiao傳chuan統tong脈mai衝chong伺si服fu方fang案an降jiang低di40%。驅動器可以和HMI實現直連通訊
，大大增強了控製係統的簡潔性，減少了設備調試所需的時間。

 

圖1和圖2顯示了傳統的PLC+伺服驅動係統方案以及采用智能伺服控製器的iPack2000係統方案結構對比。

     從圖1和圖2的對比可以看出

，智能伺服的控製方案采用了內置控製器替代PLC，在一個雙軸iDrive智能驅動器內部實現兩軸（切刀軸和送膜軸）的de同tong步bu以yi及ji電dian子zi凸tu輪lun關guan係xi
，色se標biao補bu償chang也ye在zai同tong一yi智zhi能neng伺si服fu控kong製zhi器qi內nei部bu完wan成cheng
，係xi統tong響xiang應ying大da大da提ti高gao，係xi統tong結jie構gou簡jian化hua，成cheng本ben也ye顯xian著zhu降jiang低di。同tong時shi，由you於yu采cai用yong了le總zong線xian型xing的de結jie構gou，采cai用yong智zhi能neng伺si服fu的de係xi統tong方fang案an更geng加jia靈ling活huo
，可ke以yi非fei常chang容rong易yi地di變bian化hua為wei雙shuang軸zhou係xi統tong或huo者zhe四si軸zhou乃nai至zhi多duo軸zhou係xi統tong。

 

     下麵以圖2suoshidesanzhousifuzhenshibaozhuangjikongzhixitongweiliduixitonggebufenjinxingshuoming
，gaizhenshibaozhuangjihengxiangfengqiefangshiweirefenglengqie


，jixianjinxingrefeng
，zaijinxinghengqie。xitongyenengfangbianditongguoshezhi，jianrongchangjianderefengreqiegongyi。shebeiyunxingguochengzhong
，hengfenghengqiedaodeyunxingsudubaochiyunsu（以下簡稱主動軸）
，送膜軸（以下簡稱從動軸）的(de)速(su)度(du)以(yi)凸(tu)輪(lun)關(guan)係(xi)運(yun)行(xing)
，並(bing)引(yin)入(ru)色(se)標(biao)補(bu)償(chang)。凸(tu)輪(lun)的(de)功(gong)能(neng)是(shi)並(bing)保(bao)證(zheng)在(zai)橫(heng)封(feng)和(he)橫(heng)切(qie)時(shi)


，送(song)膜(mo)軸(zhou)的(de)運(yun)動(dong)和(he)橫(heng)封(feng)刀(dao)以(yi)及(ji)橫(heng)切(qie)刀(dao)的(de)在(zai)切(qie)割(ge)點(dian)的(de)運(yun)動(dong)保(bao)持(chi)嚴(yan)格(ge)同(tong)步(bu)。送(song)料(liao)軸(zhou)以(yi)送(song)膜(mo)軸(zhou)的(de)實(shi)際(ji)運(yun)動(dong)速(su)度(du)和(he)位(wei)置(zhi)
，與(yu)之(zhi)保(bao)持(chi)嚴(yan)格(ge)同(tong)步(bu)。切(qie)刀(dao)近(jin)點(dian)傳(chuan)感(gan)器(qi)信(xin)號(hao)的(de)引(yin)入(ru)是(shi)應(ying)某(mou)枕(zhen)式(shi)包(bao)裝(zhuang)機(ji)製(zhi)造(zao)商(shang)的(de)要(yao)求(qiu)而(er)設(she)置(zhi)的(de)，目(mu)的(de)是(shi)為(wei)了(le)防(fang)止(zhi)色(se)標(biao)信(xin)號(hao)的(de)誤(wu)檢(jian)測(ce)。此(ci)功(gong)能(neng)也(ye)可(ke)以(yi)不(bu)用(yong)引(yin)入(ru)傳(chuan)感(gan)器(qi)信(xin)號(hao)
，而(er)在(zai)係(xi)統(tong)內(nei)部(bu)以(yi)軟(ruan)件(jian)的(de)方(fang)式(shi)實(shi)現(xian)。

包裝物經過送料機構被送進包裝膜內，先完成縱封作業；之後裝物在縱封後的包裝膜內繼續前進，進入橫封橫切工藝，完成進行橫封和橫切

，最終成為成品。

如圖3所示係統共有三個伺服軸
，由一台雙軸iDrive智能伺服和一台單軸智能伺服以RS485總線方式實現聯網控製
，由雙軸iDrive作為主控製器。雙軸iDrive內置的兩個伺服驅動模塊分別用於控製橫封（橫切）刀軸和送膜軸

，單軸iDrive控製送料軸。其中從動軸（即送膜軸）以設定的電子凸輪跟隨主動軸（橫封橫切軸）yundong，baozhenghengfenghengqiedeyangetongbu，tongshicongdongzhougenjuyousebiaoxinhaojiancededaodeweizhibuchangxinhaoduicongdongzhoujinxingweizhibuchang
，songliaozhouzegenjucongdongzhoudeshijiweizhiyuzhibaochiwanquantongbugensuiyundong。I/O信號中的切刀信號和色標信號直接連接到雙軸iDrive的I/O接口中。Jog運動模式的控製信號也接入雙軸iDrive的I/O口，包括用於調試的從動軸的向前運動和向後運動兩個運動方式控製開關。圖4顯示了伺服係統的接口以及主動軸和從動軸的分配。

 

1）  圖5、圖6和圖7顯示了本係統的調試界麵，此調試界麵主要提供給機器製造商使用，參數的調試可以在PC上實現，也可以在通用的HMI上完成，也可以根據客戶的具體要求來進行軟件定製。

 

 

 

圖6和圖7顯示了iPack2000電子凸輪的計算，圖6顯示的是主動軸位置和從動軸位置值的對比曲線，其中橫坐標是主動軸位置值，縱坐標是從動軸的位置值。圖7顯(xian)示(shi)的(de)是(shi)在(zai)一(yi)個(ge)包(bao)裝(zhuang)區(qu)間(jian)內(nei)從(cong)動(dong)軸(zhou)的(de)速(su)度(du)曲(qu)線(xian)，從(cong)中(zhong)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)有(you)兩(liang)個(ge)速(su)度(du)同(tong)步(bu)區(qu)
，分(fen)別(bie)是(shi)橫(heng)封(feng)同(tong)步(bu)區(qu)和(he)橫(heng)切(qie)同(tong)步(bu)區(qu)。對(dui)於(yu)常(chang)見(jian)的(de)熱(re)封(feng)熱(re)切(qie)工(gong)藝(yi)，則(ze)隻(zhi)需(xu)要(yao)設(she)置(zhi)一(yi)個(ge)同(tong)步(bu)區(qu)即(ji)可(ke)。

* 補償量計算

補償量的計算主要依靠色標信號和切刀近點信號
，如圖8所示。補償測量值為 L=L1+L2/2，即補償測量值為切刀近點信號到色標信號之間的電機編碼器脈衝數加上色標寬度的一半。

取得補償測量值以後，係統再進行淨補償值的計算
，其方法是：

淨補償值=補償標準值-補償測量值
；

 

*補償區域

得(de)到(dao)淨(jing)補(bu)償(chang)值(zhi)以(yi)後(hou)就(jiu)需(xu)要(yao)對(dui)從(cong)動(dong)軸(zhou)的(de)運(yun)動(dong)速(su)度(du)進(jin)行(xing)補(bu)償(chang)，為(wei)了(le)保(bao)證(zheng)橫(heng)封(feng)橫(heng)切(qie)時(shi)包(bao)裝(zhuang)物(wu)輸(shu)送(song)速(su)度(du)的(de)平(ping)穩(wen)性(xing)，需(xu)要(yao)避(bi)開(kai)主(zhu)動(dong)軸(zhou)和(he)從(cong)動(dong)軸(zhou)的(de)同(tong)步(bu)區(qu)域(yu)進(jin)行(xing)補(bu)償(chang)工(gong)作(zuo)。補(bu)償(chang)區(qu)域(yu)的(de)設(she)置(zhi)如(ru)圖(tu)9所示

 

 

 

   從(cong)上(shang)麵(mian)的(de)係(xi)統(tong)工(gong)作(zuo)流(liu)程(cheng)中(zhong)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)
，係(xi)統(tong)將(jiang)不(bu)斷(duan)檢(jian)測(ce)色(se)標(biao)，並(bing)根(gen)據(ju)檢(jian)測(ce)到(dao)的(de)誤(wu)差(cha)

，對(dui)送(song)膜(mo)軸(zhou)的(de)運(yun)行(xing)進(jin)行(xing)補(bu)償(chang)，確(que)保(bao)橫(heng)封(feng)橫(heng)切(qie)的(de)位(wei)置(zhi)準(zhun)確(que)。但(dan)包(bao)裝(zhuang)膜(mo)上(shang)也(ye)有(you)可(ke)能(neng)存(cun)在(zai)汙(wu)染(ran)或(huo)其(qi)他(ta)印(yin)刷(shua)圖(tu)案(an)

，容(rong)易(yi)引(yin)起(qi)色(se)標(biao)檢(jian)測(ce)的(de)誤(wu)檢(jian)測(ce)。為(wei)解(jie)決(jue)此(ci)問(wen)題(ti)，在(zai)係(xi)統(tong)中(zhong)引(yin)入(ru)切(qie)刀(dao)近(jin)點(dian)信(xin)號(hao)
，以(yi)此(ci)信(xin)號(hao)作(zuo)為(wei)色(se)標(biao)檢(jian)測(ce)的(de)起(qi)始(shi)信(xin)號(hao)
，在(zai)此(ci)範(fan)圍(wei)以(yi)外(wai)的(de)區(qu)域(yu)將(jiang)不(bu)進(jin)行(xing)色(se)標(biao)信(xin)號(hao)的(de)檢(jian)測(ce)
，如(ru)圖(tu)10所示。

 

 

需(xu)要(yao)說(shuo)明(ming)的(de)是(shi)
，這(zhe)種(zhong)通(tong)過(guo)對(dui)色(se)標(biao)信(xin)號(hao)的(de)屏(ping)蔽(bi)來(lai)限(xian)定(ding)色(se)標(biao)檢(jian)測(ce)區(qu)域(yu)的(de)功(gong)能(neng)也(ye)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)純(chun)軟(ruan)件(jian)的(de)方(fang)式(shi)來(lai)實(shi)現(xian)，使(shi)得(de)係(xi)統(tong)更(geng)加(jia)簡(jian)潔(jie)。即(ji)以(yi)切(qie)刀(dao)傳(chuan)感(gan)器(qi)信(xin)號(hao)為(wei)基(ji)準(zhun)（不是切刀近點信號），shedingfashengqiedaodongzuohouyidingchangducaiqidongsebiaoxinhaodejiance，congerdadaopingbisebiaojianceganraodexiaoguo。jutideshedingweizhichangdukegenjubaozhuangwudechangduyijishebeidexiangguanchicunlaijisuan
，bingtongguoshedingxiangguancanshuwancheng。

 

 利用iPack2000組建多軸枕式包裝控製係統
，有如下的優勢：

（1）係統簡單、結構緊湊。
由於iPack2000內建了電子凸輪和車標抓取和補償功能，而且智能驅動器可以直接和HMI連接，使得係統的組建顯得更為簡潔和方便。

（2 顯著價格優勢和性能優勢
由於電子凸輪、同步、跟隨功能內置於iDrive內部
，係統的凸輪功能無需通過上位PLC來進行，直接在驅動器級就實現了同步和跟隨的功能，係統的響應速度和控製精度都有了顯著的提升。而原先的PLC可以直接省略或選擇功能更小的PLC，從而達到了節省投資的目的。

 

基於我國自主知識產權智能伺服技術的多軸伺服枕式包裝機控製係統iPack2000采用總線型控製架構，內置運動控製器
，內建電子凸輪、多軸同步飛剪
、多軸跟隨，高速色標實時補償，內置PLC完成I/Ogongneng，quanbuyundongkongzhijunzaisifuqudongqijibiewancheng，xitongxiangyingkuai，jiegoujiandan，kuozhanxingqiang

，keguangfanyingyongyugezhongduozhouzhenshibaozhuangji，zaojiadilian
，bijinkouchanpinjieshengchengbenchaoguo50%，將逐步成為枕式包裝行業控製係統的主流方案。

 

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