伺服驱动技术在GDX2包装机条透明纸驱动装置中的应用

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关键词:伺服驱动 伺服电机 编码器

    1 工艺流程及机械传动存在的问题

      条透明纸输送机构由扇形轮以及对应的输送辊和止退辊组成。透明纸在扇形轮以及对应的钢辊相互挤压作用下向前输送,当扇形轮运动到缺口位置时,无法和对应的钢辊接触,此时透明纸停止输送,止退辊开始压住透明纸,防止透明纸后退。同时透明纸切刀开始切割,切割完成后,扇形轮又和相应的钢辊接触,止退辊抬起,透明纸开始向前输送,此时扇形轮刚好运动一周,由此可见扇形轮的工作外径就是透明纸的长度,扇形轮的运动到缺口位置时,切刀利用透明纸停止输送的间隙,完成透明纸的切割分离。

      GDX2包装机的条透明纸部分,由于传动原理及结构的原因,各传送辊磨损或调整不当透明纸在展开切割、输送过程中容易产生纸偏移和长度变化等现象,直接导致包装后的透明纸搭口及拉线错位等严重质量缺陷。该部位调整复杂,维修时间长,其稳定性是影响设备有效作业率和产品质量的一个主要原因。

    2 伺服控制系统的工作原理

      当机器运转时旋转凸轮带动编码器旋转,增量式编码器转轴旋转时,逻辑电路形成相应的脉冲信号和转向信号输出到伺服控制器,控制器控制伺服电机运转。伺服控制器根据已经下载的透明纸长度参数程序,通过伺服电机编码器传送过来的脉冲信号反馈电机的速度和位移量,控制伺服电机的转速和机器转速保持同步。当编码器输出的脉冲数达到程序设定的脉冲数,控制器发出指令,伺服电机停止运转,等待下一个循环。

    3 交流伺服系统的优点

      交流伺服系统具有以下优点:电动机无电刷和换向器,工作可靠,维护和保养简单;定子绕组散热快;惯量小,易提高系统的快速性;适应于高速大力矩工作状态;相同功率下,体积和重量较小;启动快、灵敏度高等特点。为了提高设备的稳定性,为了保障产品质量,根据伺服控制的特点,并结合现有条透明机的安装特点,条透明纸输送系统选用伺服控制效果会很好。

    4 伺服控制系统的主要硬件配置

      4.1 伺服控制器Twin Line

      Twin Line的优点主要有:简易精智;是一个易于使用,可以编程的智能驱动器;它们对于大多数标准总线都开放,包括:DeviceNet,Interbus和Profibus。

      Twin Line应用于以下几方面:印刷;包装;堆码;贴标;动态切割;紧给包装。

      Twin Line性能非常优越,主要体现在5个方面:1)这一系列伺服电机和驱动器可以用于独立的机器,也可以集成于PC、PLC结构中。2)小空间集成了所有部件:主滤波器,散热槽,制动电阻。3)集成安全技术:速度警戒、安全停车、紧急停车。4)伺服电机的范围完美满足大多数动态精确应用的要求,连续扭矩从0.3 Nm至13.4 Nm。5)集成减速机。

      4.2 交流伺服电机的选择

      直流伺服电机具有良好的调速特性,较大的启动转矩,易于控制及响应速度快等优点,但其结构复杂,成本较高,维护不方便。

      长期以来,在要求调速性能较高的场合,一直占据主导地位的是直流电动机的调速系统。但直流电动机都存在一些固有的缺点,如电刷和换向器易磨损,需经常维护。换向器换向时会产生火花,使电动机的最高速度受到限制,也使应用环境受到限制,而且直流电动机结构复杂,制造困难,所用钢铁材料消耗大,制造成本高。交流电动机则没有上述缺点,且转子惯量较直流电机小,具有精度高,响应速度快,体积小重量轻,可靠性高,稳定性好,负载能力强,使得动态响应更好。在同样体积下,交流电动机输出功率可比直流电动机提高10﹪~70﹪,

      因此选择交流伺服电机会有更好的效果。

      4.3 编码器的选择

      增量型编码器是将位移转换成周期性的电信号,再把这个电信号转变成计数脉冲,用脉冲的个数表示位移的大小。增量型编码器转轴旋转时,有相应的脉冲输出,其计数起点任意设定,可实现多圈无限累加和测量。编码器轴转一圈会输出固定的脉冲,脉冲数由编码器光栅的线数决定。需要提高分辩率时,可利用 90 度相位差的 A、B 两路信号进行倍频或更换高分辨率编码器。为了便于调整透明纸切刀切割位置,系统选用增量型编码器。

      4.4 传感器作用及调整

      1)检测相位传感器SP2(PNP型电感式接近开关)。

      透明纸旋转切刀刚切纸时,让旋转凸轮检测到传感器SP2。这时调整走纸的起始位置。

      2)压纸轮检测传感器SP1(PNP型电感式接近开关)。

      螺旋压轮在压紧位置时,传感器SP1感应到检测片,伺服控制才能正常工作。

    5 操作按钮及指示灯说明

      压轮开启指示灯:如果螺旋压轮抬起时,检测传感器SP1没有检测到检测片,这时压轮开启红色指示灯亮,伺服系统停止工作。系统故障指示灯:如果伺服系统出现故障,红色指示灯亮,输出一个停机信号。复位按钮:如果此装置的电器控制系统出现故障,排除出现的故障,按复位按钮后,系统故障指示灯熄灭,此装置就能正常运转。断电复位按钮:如果驱动器出现故障,按复位按钮故障无法消除时,需要按断电复位按钮,进行强制复位。

    6 结束语

      条透明纸驱动系统的改造充分发挥了伺服控制系统的精确定位、响应快速、运行平稳、启动快、转子惯量小、无自传现象、灵敏度高等优点。采用伺服控制对条透明纸驱动系统进行的改造,减少了质量缺陷,提高了设备的稳定性,减少系统的维护工作量;透明纸长度的改变可以用改变伺服控制器参数来实现,非常方便。

    (审核编辑: 智汇张瑜)

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