运动控制器在婴儿纸尿裤生产线机上的应用

运动控制器在婴儿纸尿裤生产线机上的应用
2008-6-20 20:18:00 来源：中国自动化网 网友评论 0 条 点击查看
1 前言 随着科学技术进步和人民生活水平提高,市场对婴儿纸尿裤的需求不断增加,使之出现 求大于供的局面。正是由于出现了这样的商机,一些过去采用机械传动式婴儿纸尿裤 生产线机的设备制造厂改机械传动为伺服控制系统以提高设备的生产效率;还有一些 过去生产餐巾纸,护垫的设备制造商纷纷投资制造婴儿纸尿裤生产线机.华南一家机械 设备制造商就属于后者。 婴儿纸尿裤产品分为: 大码、中码、小码,其长度从 385mm 到 550mm 不等。设计速度 为 200m/min,生产节拍为 400pcs/min,装机容量为 260kw,精度为± 1mm。该机的传动和 控制系统采用三菱的变频器、伺服放大器和 Q02HPLC、Q173CPU 及 Q172CPU 运动 控制器。 2 系统的硬件组成 2.1 主要工艺过程 婴儿纸尿裤生产线机主要设备由以下组成: 8 套开卷装置、 8 台复合辊和压辊、6 台 切刀辊及折叠和叠码装置.其工艺流程如图 1 所示。
按照具体功能划分它们是: 一 开卷装置 ① 导流无纺布开卷 ② 卫生纸开卷

③ 弹性腰带开卷 ④ 底膜开卷 ⑤ 前胶贴开卷 ⑥ 面料无纺布开卷 ⑦ 复合贴开卷 ⑧ 挡墙无纺布开卷 二 刀具总成 ① 棉芯切刀 ② 弹性腰切刀 ③ 前胶贴切刀 ④ 复合贴切刀 ⑤ 成型边切刀 ⑥ 成型终切刀 三 复合辊和压辊 ① 棉芯压纹辊 ② 三星压合辊 1 ③ 三星压合辊 2 ④ 三星压辊牵引 ⑤ 导流无纺布、卫生纸、棉芯复合辊 ⑥ 面料无纺布、弹性腰复合辊 ⑦ 前胶贴、底膜复合辊

⑧ 左右复合贴复合辊 开卷装置将生产纸尿裤需要的各种材料依序输送至主加工线, 切刀辊则按产品的规 格剪切成各种形状尺寸,经复合辊和压辊及最终切断刀完成婴儿纸尿裤产品加工.最后 经折叠、叠码包装入袋 。 2.2 硬件组成 系统开卷装置的传动设备采用三菱 FR-540E 变频器; 切刀辊、复合辊和压牵辊、输送 辊等设备采用三菱 J2S-B 伺服大器.基础自动化采用 Q02HPLC、Q173 和 Q172CPU 运 动控制器组成的多 CPU 系统.人机界面采用三菱 GOT985 完成参数设置、系统监控、 启动、停止等.其硬件配置如图 2 所示. Q02CPU 控制 17 轴变频器,Q173CPU 控制生产加工 30 轴伺服电机,Q172CPU 控制包 装设备 5 轴伺服电机. 按工艺要求 35 轴伺服电机和 17 轴变频异步电机必须同步。16 台开卷装置独立传动, 两台为一组恒张力自动换接料;6 套切刀辊相位要严格一致;8 套复合辊和压合/牵辊及 输送辊等线速度完全相同;包装设备位置控制和开卷装置张力控制节拍匹配;才能确保 产品的一致性、重复性及精度。该设备集相位控制、速度控制、位置控制、张力控制 为一体。
2.3 Q—Motion Q173 和 Q172 是继 A 系列运动控制器的更新换代产品。 Q173 可控制 32 轴;Q172 可控 制 8 轴,程序执行周期（SV22 4 轴）仅为 0.88ms,是以往的 1/4。 Q173 和 Q172CPU 单 元具有运动控制和事件处理的 64 位 RISC 处理器,能高速度完成高精度计算和大量数 据通讯。 具有多轴插补、 速度控制、 凸轮定形、 轨迹控制等多样运动控制功能。 SSCNT 伺服总线传输速度为 5.6Mbps,发送周期 0.88ms,确保同步精度和速度/位置的控制精 度。Q173 和 Q172 兼容 MELSEC-Q 系列 PLC-CPU,进行高速顺序程序的处理 。 Q02HCPU 是多 CPU 系统的主控 CPU。

系统软件: 传输装配软件 SV13:提供:线性插补（1-4 轴）、圆弧插补、螺旋插补、等速度控制、 固定距离进给、速度控制、速度切换控制、速度-位置切换等功能,适于电子元件装配、 装料机/卸料机、食品包装、X-Y 工作台、传送机器、喷涂机、焊接机、注塑机、贴 片机等。 自动机器软件 SV22:在 SV13 功能的基础上增加了:多轴同步控制、凸轮控制、绘图控 制、电子轴、电子离合器等功能.适合于印刷机、制纸机、食品加工机、精纺机、纺 织机械等。 凸轮软件 CAMP:制作凸轮运行曲线或自由曲线,实施轨迹控制及相位控制. 同步编码器功能,实现多轴同步控制和相位自动控制。 数字示波器功能,实现力矩、速度、位置等电机信息的实时监控。 3 应用软件设计 Q—Motion 提供实模式和虚模式两种控制模式.程序设计使用 Motion SFC（Sequential Function Chart）语言和支持机械的语言进行可视化编程。 Motion SFC 是以流程图的 形式进行描述,按照机械动作步骤编写,容易制作工序控制的程序。支持机械的语言是 通过软件模块实现主轴、齿轮、离合器、凸轮等硬件动作,自由地把这些模块组合起 来,即完成虚模式下的机械语言的程序设计。实现复杂的同步控制、轨迹控制及协调 控制 。 纸尿裤生产线机的系统连锁功能,调节功能,设备启动停止控制等使用 Motion SFC 编 程; 同步控制, 系统较正,复合辊压合/牵辊线速度控制、 切刀辊相位控制等使用支持机 械的语言编程; 开卷装置张力控制由 Q02HCPU 用梯形图编程。 3.1 同步控制 纸尿裤加工生产线同步通过控制程序如图 3 所示.
图三同步控制虚模式程序

由一台虚拟伺服电机经一虚拟主轴通过齿轮、离合器、变速机差速齿轮/变速机,驱动 滚筒或凸轮 。滚筒代表复合辊或压合/牵辊或输送辊, 凸轮代表切刀辊。30 个离合器 由一个位软元件控制,所以当这台虚拟伺服电机以某一转速启动,即通过虚拟主轴将脉 冲数和脉冲频率传递给切刀辊、复合辊、压合/牵辊、输送辊使它们按设计好的速度 同步运行。（由于版面限制只复制了 14 轴伺服） 3.2 系统较正 3.2.1 原点回归 为满足机械设计需要 Q—Motion 设计了多种方式: ① 近点 DOG 方式原点回归 ② 计数方式原点回归 ③ 数据设置方式原点回归 ④ 停止器方式原点回归 ⑤ 限位开关混合型原点回归,我们的机器采用此种方式。 原点回归,即机械系统和电气系统较正.是相位控制、位置控制关键,选择恰当的原点回 归方式才能保证系统控制精度 。 该套系统采用数据设置方式原点回归 。使用 JOG 功能手动将控制对象移至期望点, 然后启动原点回归 。包装设备的位置系统使用绝对位置编码器,所以虽操作繁琐但机 器一次性调好即可 。 3.2.2 系统调整 当纸尿裤加工生产线所有轴从静止状态启动到额定转速状态或从一个稳态（速度）到 另一个稳态（速度）的过渡过程,即动态速度曲线不一致, 切刀辊之间会出现错位; 复 合辊、压合/牵辊之间出现堆料或打滑现象。所以调整各伺服轴的增益和积分参数不 仅响应快而且要过渡过程曲线完全一致 。如何计算的？ 3.3 复合辊、压合/牵辊线速度控制 3.3.1 辊径偏差补偿 复合辊、压合/牵辊、输送辊共 24 根 。 由于辊径的机械加工存在正负公差,尽管使用