中達電子吳江應用技術中心  王江濤

    摘要：本文介紹了台達自動化產品在高速枕式包裝機中的係統解決方案
，尤其是台達ASD-A2智能型伺服驅動器內建的電子凸輪
，高速脈衝抓取、比較
，以及參數自行寫入功能的在係統方案中的應用，以及電子凸輪曲線的設計規劃。台達A2智能型伺服在枕式包裝機的應用，使得國內糖果包裝機的速度得到了很大的提升，經實際生產測試
，可實現每分鍾1200包的速度
，這一成功應用證明台達在包裝業已有了成熟的解決方案
，同時也說明國內糖果包裝技術跨入了一個更高的水平。

　　關鍵詞：電子凸輪   飛剪     同步抓取修正軸     高速抓取       ASD-A2  

　　枕式包裝機是一種臥式三麵封口，自動完成製袋、填充、封口
、切斷、成品排除等工序的包裝設備，實際應用中
，與相應衍生機種
、輔助機種相配合，能實現食品、日用化工、醫藥等行業自動化生產線的流水包裝。枕式糖果包裝機主要用於圓形或方形奶糖的包裝。

　　傳統的枕式包裝機橫封刀的運動曲線是由機械的凸輪來實現的，機械加工、安裝複雜
，運行噪音大，效率低
；由於機械的局限性，其包裝速度僅能達到600顆/分fen鍾zhong，隨sui著zhe行xing業ye競jing爭zheng的de日ri益yi激ji烈lie，以yi及ji人ren力li成cheng本ben的de增zeng加jia
，包bao裝zhuang設she備bei自zi動dong化hua程cheng度du以yi及ji包bao裝zhuang速su度du要yao求qiu越yue來lai越yue高gao。要yao實shi現xian高gao速su包bao裝zhuang，整zheng個ge控kong製zhi係xi統tong的de響xiang應ying和he處chu理li速su度du要yao求qiu更geng加jia苛ke刻ke，傳chuan統tong的de控kong製zhi器qi已yi經jing難nan以yi滿man足zu要yao求qiu，以yi往wang包bao裝zhuang裁cai切qie所suo使shi用yong繼ji續xu誒ea凸tu輪lun必bi須xu采cai用yong伺si服fu的de電dian子zi凸tu輪lun來lai替ti換huan。台tai達daA2高性能智能伺服控製器除內建電子凸輪功能外，32為高速DSP處理核心，內建高速脈衝抓取、比較，高速運動控製功能，完全可以實現包裝設備高速的工藝要求。

　　針對包裝行業所專門開發的飛剪電子凸輪模型，同步抓取修正軸功能內嵌於A2伺服控製器內。功能齊全，編輯簡單的伺服編輯軟件ASD-A2 SOFT,人性化的接口設計
，得心應手的快捷菜單
，使得整個係統的設計規劃輕而易舉
，隨手可得

，大大減少了調機時間。

　　設備原理

　　糖果經圓形盤整理後，進入直線鏈鉤機構，被鏈鉤送進包裝膜內，然後進行縱封和橫封包裝，以完成成品裁切。具體結構如圖1所示

圖 1 三伺服枕式糖果包裝機

　　工藝流程

　　枕(zhen)式(shi)包(bao)裝(zhuang)機(ji)的(de)送(song)膜(mo)作(zuo)為(wei)係(xi)統(tong)主(zhu)軸(zhou)。切(qie)刀(dao)和(he)送(song)料(liao)跟(gen)隨(sui)主(zhu)軸(zhou)運(yun)作(zuo)
，送(song)料(liao)和(he)橫(heng)切(qie)伺(si)服(fu)控(kong)製(zhi)器(qi)直(zhi)接(jie)抓(zhua)取(qu)膜(mo)位(wei)色(se)標(biao)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)位(wei)置(zhi)檢(jian)測(ce)


，以(yi)確(que)定(ding)送(song)料(liao)和(he)的(de)位(wei)置(zhi)，薄(bo)膜(mo)經(jing)成(cheng)型(xing)器(qi)成(cheng)型(xing)後(hou)變(bian)為(wei)筒(tong)膜(mo)，並(bing)進(jin)行(xing)縱(zong)向(xiang)熱(re)封(feng)，同(tong)時(shi)物(wu)料(liao)被(bei)送(song)進(jin)筒(tong)膜(mo)內(nei)，一(yi)起(qi)向(xiang)前(qian)經(jing)過(guo)橫(heng)封(feng)橫(heng)切(qie)部(bu)位(wei)，由(you)回(hui)轉(zhuan)式(shi)的(de)橫(heng)封(feng)橫(heng)切(qie)刀(dao)對(dui)筒(tong)膜(mo)進(jin)行(xing)橫(heng)向(xiang)封(feng)切(qie)
，輸(shu)出(chu)包(bao)裝(zhuang)成(cheng)品(pin)，具(ju)體(ti)工(gong)藝(yi)流(liu)程(cheng)圖(tu)和(he)工(gong)藝(yi)結(jie)構(gou)圖(tu)分(fen)別(bie)參(can)照(zhao)圖(tu)2
、圖3

圖 2.工藝流程圖

圖 3.工藝結構圖

　　係統配置

　　此係統包括PLC,HMI，伺服以及溫度控製模塊，由於台達ASDA-A2伺服控製器內含電子凸輪功能，三台伺服即可完成送膜，送料以及裁切工藝
，PLC隻需做I/O控製，大大節省了上位機的昂貴成本，程序的規劃也更加簡單
，台達解決方案之係統電氣控製如圖4所示，詳細配置如表1所示；

　　圖 4.台達係統電氣控製圖

　　表1 高速枕式糖果包裝機電控配置

　　台達係統解決方案
，為了滿足高速的要求，送膜、送料鏈鉤、切刀三個軸均使用伺服控製
，三軸之間的運動控製依據凸輪主從關係完成，整個係統控製方案如圖5所示

　　1.送膜軸(軸3)

　　此軸采用速度控製，作為整個係統的主軸。下達脈衝命令給切刀軸和送料軸
，指揮凸輪軸運轉。

　　2.切刀軸(軸2)

　　以PR模式(內部位置控製模式)內建的電子凸輪跟隨主軸運行，切刀軸接收送膜主軸的脈衝OA,/OA;OB,/OB，以凸輪飛剪曲線跟隨主軸運動

，當切刀軸伺服控製器檢測到色標光電S1信號
，凸輪啟動運轉，在運轉過程中
，伺服控製器會抓取S1的信號，利用內建的同步抓取修正軸(色標補償功能)
，調節凸輪速度
，保證精準的裁切位置。

　　3.送料軸(軸1)

　　以PR模式(內部位置控製模式)內建的電子凸輪跟隨主軸運行，脈衝來源為送膜主軸的OA,/OA;OB,/OB
，當檢測到色標光電S1,則依據規劃好的凸輪曲線跟隨主軸運轉，並實時抓取S1信號，利用內建同步抓取修正軸進行糖位的自動調節。 

圖 5.台達係統控製方案

    係統電子凸輪規劃設計

　　Delta ASD-A2伺服內建PR(內部位置控製模式)模式，PR模式下，內建64duandingweichengxu，bujinkeyishixianyuandianfugui
，weizhikongzhi，dingsukongzhi，haijuyouweizhihesuduchaduan，zhongdiegongneng
，canshuxieru，dingweichengxuduanzhijiandetiaoyuehetiaoyong
，tongshijuyoudianzitulungongneng，gaosuzhuaqu(capture)和比較(compare)功能，所以切刀軸和鏈鉤軸的原點複歸

    無需上位機的參與
，即可完成，其主要pr規劃如下

    參數說明：

　　P5-39=0X0020:CAP軸命令來源：pulse cmd

　　P5-88=0X0251:凸輪軸主軸來源：同步抓取修正軸

　　             齧合時機：CAP軸任意一點動作

　　             脫離時機：不脫離

　　P5-97=1：開啟宏指令
，即同步軸啟用

　　橫封切斷軸飛剪曲線設計

　　Delta ASDA-A2伺服控製器內建飛剪凸輪模型，如圖6所示；所以使得飛剪電子凸輪曲線的設計簡單易行
，利用ASD-A2 PC soft所提供的E-CAM EDITOR功能
，調試著隻需將機械參數輸入下圖紅色方框內的對應位置， ASDA-A2 PC soft將會自動生成飛剪曲線。考慮到不同包裝膜的熱封難易程度

，在裁切區設立同步區。同步區為50°，如圖7所示

圖 6飛剪電子凸輪模型

　　                                圖7 台達ASD-A2飛剪凸輪編輯界麵

　　圖8 ASD-A2軟體產生的飛剪裁切電子凸輪速度曲線

　　鏈鉤軸電子凸輪曲線設計

　　鏈lian鉤gou軸zhou用yong途tu在zai於yu將jiang糖tang果guo送song入ru包bao裝zhuang膜mo內nei，隻zhi要yao與yu送song膜mo主zhu軸zhou保bao持chi位wei置zhi同tong步bu即ji可ke

，所suo以yi其qi以yi送song膜mo軸zhou作zuo為wei主zhu動dong軸zhou，跟gen隨sui送song膜mo軸zhou進jin行xing同tong步bu運yun轉zhuan。即ji送song膜mo軸zhou每mei送song出chu一yi個ge包bao裝zhuang長chang度du的de脈mai衝chong，鏈lian鉤gou運yun行xing一yi個ge鏈lian鉤gou的de鉤gou距ju，根gen據ju機ji械xie結jie構gou
，鏈lian鉤gou軸zhou馬ma達da轉zhuan一yi圈quan，鏈lian鉤gou走zou一yi個ge鏈lian距ju
，而er伺si服fu一yi轉zhuan對dui應ying脈mai衝chong為wei100000puu,所以360°的位置脈衝為100000puu。在規劃曲線時，利用Delta ASDA-A2 PC soft所提供的manual create 功能，建立位置的函數表格
，如圖9所示

；ASDA-A2 PC soft便會依據三次曲線自動規劃出速度和加速曲線
，如圖10所示，

圖9 送料軸凸輪曲線位置表格

　　圖10 ASD-A2軟體自動建立的鏈鉤電子凸輪曲線

　　高速枕式糖果包裝機伺服色標補償功能

　　A2伺服控製器內建同步抓取修正軸功能（即傳統的色標自動補償功能），伺si服fu控kong製zhi器qi利li用yong內nei建jian的de高gao速su脈mai衝chong抓zhua取qu功gong能neng
，通tong過guo色se標biao光guang電dian抓zhua取qu主zhu動dong軸zhou兩liang次ci色se標biao間jian的de脈mai衝chong數shu目mu

，與yu伺si服fu控kong製zhi器qi內nei部bu用yong戶hu所suo設she定ding的de理li論lun裁cai切qie量liang（P5-78的設定值）通過compare功能做比較，根據同步修正的修正率（P5-80）對兩者之間的誤差值（P5-79）做修正
，伺服控製器最終依據修正後的脈衝命令（P5-77）運行。其修正原理如圖11所示
，生產規格(膜長)更換調機時

，隻需將裁切偏差量通過HMI給伺服控製器
，2~3刀之後，便可獲得精準的裁切精度
，大大減少了試車過程中的包裝膜浪費。ASD-A2的同步抓取修正軸參數設定流程如圖12所示

圖11 A2伺服控製器同步抓取修正軸原理框圖

圖 12 同步抓取修正軸參數設定流程

　　HMI建立飛剪曲線功能

　　ASD-A2伺服控製器飛剪曲線的建立，除了利用PC軟體所提供的ECAM EDITER建立外
，還提供更加便捷的曲線建立方式，即HMI飛剪曲線建立功能。其HMI規劃如圖，用戶隻需在裝機時將設備機械結構參數輸入HMI
，通過HMI宏指令便可控製伺服控製器實現飛剪曲線的建立，如需生產規格變更，用戶隻需輸入裁切長度，飛剪曲線便可自動變更。

　　 遮沒功能

　　A2伺服控製器內建色標遮沒功能，可有效避免包裝膜汙染，色標錯印所引起的光電誤動作，增加了整個係統的穩定性。如圖13所示；P5-78為裁切長度的脈衝設定值，P5-96為遮沒區脈衝長度，此功能設定後
，在遮沒區域內，即使色標誤動作

，也不會影響到整個係統的性能。

　　圖13 A2伺服控製器遮沒功能原理

　　台達A2高性能伺服控製器解決方案的效果

　　該gai套tao高gao速su枕zhen式shi包bao裝zhuang機ji係xi統tong為wei全quan電dian氣qi設she計ji，徹che底di解jie決jue了le原yuan有you設she備bei機ji械xie凸tu輪lun長chang期qi磨mo損sun造zao成cheng的de裁cai切qie效xiao果guo變bian差cha，調tiao整zheng複fu雜za的de弊bi病bing，不bu僅jin簡jian化hua了le設she備bei的de機ji械xie結jie構gou
，節jie省sheng了le機ji械xie的de保bao養yang成cheng本ben，使shi得de調tiao機ji變bian得de更geng簡jian單dan。同tong時shi改gai進jin後hou的de全quan電dian氣qi係xi統tong

，設she備bei穩wen定ding性xing也ye大da大da提ti高gao。其qi主zhu要yao有you點dian如ru下xia：

　　①     包裝精度大大提高，裁切精度可達到0.5mm

　　②     在係統為4把刀時，達到1200包/分；

　　③ 糖位和切斷的機械結構不再需要，使機械結構簡單

　　④ 電子凸輪替代機械凸輪，易於調機和維修，同時減少工作噪音；

　　⑤ 運動控製具有伺服內部程序完成
，大大簡化了上位機的控製難度和成本

　　⑥ 橫封飛剪凸輪曲線的建立
，無需PC軟件
，通過HMI即可完成曲線的建立

　　圖14  實際生產中的飛剪軸速度曲線

    結語

　　基於台達ASD-A2高性能伺服控製器的係統設計，伺服控製器內建電子凸輪，同步飛剪，高速同步色標抓取修正軸，以及伺服pr參數寫入功能。此係統PLC僅起到I/O控製功能，其它的複雜運動控製運算功能均由伺服完成
，大大節省了與上位機的溝通時間，為實現高速包裝要求起到了關鍵的作用。

    飛剪、電子凸輪、高速、實時糾偏等功能，是目前很多OEM機械尤其是包裝機械行業的高端機型提出的需求，在實現這些功能的同時，能夠將原先的生產效率提高2～3倍甚至更多，在不久的將來會成為主流趨勢。

　　    台達A2高性能伺服控製器在三伺服高速枕式糖果包機中的成功應用
，說明台達在高速包裝機行業已經有了很好的應對產品以及係統解決方案。