一.前言

        南京埃斯頓公司針對國內熱封切制袋機現狀推出了專用伺服控制解決方案，在國內某家制袋機設備公司成功應用并得到了廣泛推廣，該方案采用了 ESTUN伺服電機、觸摸屏、PLC、變頻電機等主要元器件；根據機械工藝要求選擇了低慣量高轉速伺服電機作為主要運動機構， 保證了在頻繁啟動負載下自身運動的平穩性與快速響應性，使伺服電機的一次送料轉速滿足切刀上下運行的時間要求。同時簡化了機械機構，解決了老式機械效率低、定位精度不高、能耗大、控制水平低、浪費材料等缺點。

二.控制原理

        圖１為熱封切機設備圖，整個制袋過程主要分為抬刀，定位，封切三個部分。熱封刀與切刀的上下往復運動由主變頻電機控制， 袋長定位由伺服電機帶動送料輥控制，另外光電傳感器（又稱光電眼） 、溫控器、接近開關，做為傳感元氣件，負責時間的判斷與控制信號的發出，使執行器件之間確立邏輯關系。PLC 做為核心程序的載體，負責脈沖信號的發送及各種控制信號的轉化與流通，最終控制各執行機構的運轉與協調。觸摸屏作為人機界面負責人機對話，用于設置參數及監控整臺機器運行狀況，通過觸摸屏可以進行調整袋長、清零、復位、點動等操作；還可以顯示袋長數值和被加工袋的數量等。 下圖為熱封切機的控制原理框圖：

三.工藝說明

１.系統上電         程序初始化，輸入袋長數值，調整溫度儀，使封刀的溫度達到熱封的需要（封刀的溫度，應根據主電機的轉速高低進行設定，以膠袋封口處結實耐拉為準。封刀溫度偏低，會導致膠袋封口處不牢。若封刀溫度偏高，會導致膠袋封口處燙穿，因此，應根據主電機轉速及封口時間長短進行調節） ；進入手動調節模式，檢查機械部分，伺服系統，變頻器等是否可以正常工作，調節色標光電眼，使其能夠感應色標變化。

２.制作袋子         點擊觸摸屏自動運行按鈕，主變頻電機工作，通過機械連桿帶動封刀和切刀上下往復運動，切刀每向上運動一次，伺服信號就導通一次，由 PLC 發送脈沖控制伺服電機運轉，脈沖的個數決定了伺服電機轉動的圈數，脈沖的頻率決定了伺服電機的轉速，伺服電機通過同步帶帶動送料輥送料，伺服電機必須在切刀下降到       承切皮輥之前完成定位，當切刀和封刀下切后，膠袋形成，當切袋個數到達預設個數或按下急停按鈕時， 在生產完當前膠袋后停機， 切刀和封刀停在高位停車處。

        制袋機一般具有兩種封切方式：空白袋定長封切和尋標封切，當選擇空白袋定長封切時色標光電眼不起作用，PLC 程序根據切袋長度、機械傳動比、伺服驅動器的電子齒輪比、伺服電機編碼器的線數以及送料輥的周長，計算出伺服系統定位所需要的脈沖數， 然后由驅動器驅動伺服電機帶動送料輥轉動送出一定長度的膠袋，從而實現白袋定長封切；當選擇尋標封切時，其過程如下，伺服啟動信號導通，伺服電機按照PLC程序預先設定的運動曲線進行加速運動、恒速運動、減速運動、低速追色，如圖3所示，PLC接收到追色信號時，通過中斷方式立即停止伺服電機。一般追色長度為10mm，并且要求追色信號只能在追色范圍內起作用，其它范圍內需屏蔽掉其干擾信號。追色封切調試時，在人機界面上設定好伺服電機的恒速速度，先將加速時間、減速時間設長，再調低速追色速度，盡可能提高低速追色速度，以追色平穩、準確為準。調整好追色速度后，再調加速時間、減速時間，盡可能調短加減速時間，以膠袋與出料輥不發生相對滑動及追色平穩為準。 PLC 程序在追色封切時， 對追色信號記數， 連續三次檢測不到時， PLC停止各電機運轉，并驅動報警器報警。同時 PLC 程序對批量記數，當批量達到預警值時，PLC 驅動報警器報警提示。

四.伺服系統簡介         本機采用的伺服系統為南京埃斯頓公司生產的 EDB 系列伺服， 驅動單元采用美國TI 公司最新數字信號處理器 DSP 為核心，選用三菱公司工業級智能功率模塊（IPM），而且所選 IPM 的容量比通常標定相同功率的同類伺服產品要大一個等級，因而具有過載能力強、抗負載擾動能力強、起動力矩大等特點；采用自抗擾控制和速度觀測控制，比傳統的 PI 控制技術具有更好的動態和穩態性能；支持多種通訊方式，RS232,RS422/RS485,CAN 或 Profibus；驅動器將位置控制、速度控制、 轉矩控制這三種控制方式合為一體， 并且可以進行各控制模式的動態切換，使用更加靈活柔性；具備控制超速、過流、過載、主電源過壓欠壓、編碼器異常、制動異常、位置偏差等多項在線檢測與診斷，使控制過程一目了然。電機為三相永磁同步伺服電機，具有三倍過載能力，3000RPM 的額定轉速，2500p/r 的碼盤反饋脈沖精度。 機械參數： 機械傳動減速比 1：3 膠輥直徑 66mm 精度要求：袋長精度小于 0.5mm，伺服電機編碼器脈沖數為 2500P/R，通過四倍 頻轉換后，分辨精度達到 10000p/r,即 v 伺=360?/10000=0.036?，電機輸出到 送料輥有 3:1 的減速比，實際檢測精度達到： v 輥=360?/(10000?3)=0.012? 對應的袋子長度分辯精度為： vl 輥=πD?(0.012?/360?)=207.24?0.000033=0.006839mm         故其本身誤差遠遠小于 0.5mm，引起定位誤差較大的真正原因是由于伺服電機起停不夠平滑， 停車時抖動， 故要根據伺服電機的起停速度調整合適的速度環、位置環增益與加減速時間，調試過程如下： a）將位置環增益即先設在較低值，然后在不產生異常響聲和振動的前提下，逐 漸增加速度環的增益至最大值。 b）逐漸降低速度環增益值，同時加大位置環增益。在整個響應無超調、無振動 的前提下，將位置環增益設至最大。 c）速度環積分時間常數取決于定位時間的長短，在機械系統不振動的前提下， 盡量減小此值。 d）隨后對位置環增益、速度環增益及積分時間常數進行微調，找到最佳值。 e）適當調整位置指令一次濾波時間常數。

五. 總結        該機械是在傳統老式機械的基礎上運用 ESTUN 伺服控制系統改造而成， 具有效率提高；良品率提高；封切精度提高；調試方便快捷；運行過程平穩；機械結構簡單等特點。具有更高的技術和更合理的性能價格比。