臺達A2伺服在高速套標機上的應用
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摘要：重點研討臺達ASDA-A2新型高精度網(wǎng)絡(luò)型交流伺服驅(qū)動器應用技術(shù)。通過簡化PLC程序?qū)崿F(xiàn)高速套標機的整體響應速度。
關(guān)鍵詞：套標機伺服控制送標切標調(diào)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(xiàn)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(yè)得到了迅速發(fā)展，快速消費品企業(yè)的生產(chǎn)集中度和自動化程度在不斷提高，包裝設(shè)備在向大型化、快速化、高效化、自動化方向發(fā)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(shù)水平和包裝裝備效益。國內(nèi)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(fā)自己的高速套標機，800瓶/分速度通常被看作接近機械系統(tǒng)的運行極限。套標機的使用大大降低了套標機環(huán)節(jié)的人力物力。例如在果汁加工生產(chǎn)線中，套標機是必不可少的設(shè)備。目前國內(nèi)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(chǎn)需求，套標工序日益成為高端用戶的產(chǎn)能瓶頸。隨著食品類包裝行業(yè)的高速發(fā)展，有越來越多的世界品牌果汁飲料生產(chǎn)商希望通過提高整線生產(chǎn)速度獲得高速生產(chǎn)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(xiàn)套標包裝，轉(zhuǎn)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。

圖1 套標工藝路線
2.2 套標工藝過程

（1）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。

（2）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。

圖2 套標自動化流程
3 臺達高速套標自動化系統(tǒng)

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

圖3 高速套標方案設(shè)計
3.1 ASDA-A2伺服驅(qū)動系統(tǒng)

臺達公司2000年以后推出的ASDA-A2新型高精度網(wǎng)絡(luò)型交流伺服驅(qū)動器，是實現(xiàn)高速高精度自動化套標的關(guān)鍵運動控制系統(tǒng)，特點如下：

（1）高分辨率編碼器規(guī)格：提供20bit增量型編碼器；符合需要精細定位控制的機械設(shè)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(xiàn)在位置，在位置控制上提供更廣泛的使用場合。

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

（3）強大的內(nèi)部位置模式：ASDA-A2提升標準ASDA-A系列的內(nèi)部位置模式功能，提供「位置控制編輯器」；內(nèi)部位置緩存器由原先8點增加到64點，數(shù)字輸入點數(shù)(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(shù)設(shè)定在兩點間進行速度變換，甚至不同位置點的跳躍設(shè)定。大大滿足了客戶對于「伺服驅(qū)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(guī)劃，軟件部分提供了行程編輯器可以讓操作者自行規(guī)劃路徑，參數(shù)部分則可選擇主動軸來源，滿足客戶多樣化的功能需求。

（5）ASDA-Soft監(jiān)控軟件：4組頻道的監(jiān)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(jiān)看的功能。在參數(shù)編輯器上，將參數(shù)資料量提高到32 bits，提供更多的功能設(shè)定。

3.2 送標與切標

送標及切標之伺服脫離上層控制系統(tǒng)PLC，由機臺傳感器通過DI觸發(fā)伺服控制器內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)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(nèi)部寄存器命令模式)

（1）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(fā)EV1（sensor3）觸發(fā)送標伺服動作，開始送標，EV2觸發(fā)PR參數(shù)寫入COMPARE和CAPTURE控制參數(shù)，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(fā)。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(fā)切標伺服動作。

3.3 工藝難點分析

（1）PLC程序所占內(nèi)存，延長程序的循環(huán)掃描時間，延誤切標與下標的動作時間。
（2）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。
（3）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(yōu)勢

（1）1KHz頻寬響應。
（2）Mark 抓取采用伺服內(nèi)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(fā)，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(shù)寫入，無需與上位機通訊，可由外部事件觸發(fā)A2驅(qū)動與pr程序，進行參數(shù)寫入，響應及時性大大提高。

4 套標伺服系統(tǒng)調(diào)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(zhuǎn)），假定送標滾輪直徑D=40mm。

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