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自动包装机控制系统的设计

时间:2018-12-13来源:广州乐行机器视觉设备技术有限公司浏览次数:

随着计算机电力电子技术的发展,各种国家电子集成产品层出不穷,机床、汽车、家电、包装机械、纺织机械、印刷机械等众多产品种类逐年取得新进展。越来越受到社会各界的关注。它在提高工作效率、改善民生、节约能源、增强企业竞争力等方面发挥着重要作用。
    
     在包装工业中,大多数包装机使用PLC控制横向密封电机。程序采用模拟量跟踪主轴转速。用这种控制系统包装的产品的一致性并不特别理想。更重要的是,包装速度难以提高到200袋/分钟以上,这不能满足企业提高工作效率的迫切要求,因此我们设计了一套基于MPC05运动控制器的系统。该系统具有包装产品质量高、包装效率高等两个重要特点,还具有色标跟踪功能。
    
     包装机的原理图如图1.8所示。纵向密封辊采用异步电机,即主轴电机驱动。9热封辊、10冷封辊和12刀由伺服电机即从轴电机驱动,从电机应跟随主轴,其工作原理是MPC05运动控制器接收主轴编码器信号,根据主轴编码器acc的脉冲数驱动伺服电机跟随主轴。根据某些运动规则。伺服电机通过链传动同时驱动热封辊、冷封辊和刀具的运动。
    
     图1包装机的示意图
    
     在热封辊轴上以1:4的减速比安装编码器,作为闭环控制,将编码器的值与伺服电机理论上应该走的距离进行比较,并进行PID调节,使从轴伺服电机跟随主轴电机处于完全闭环位置。
    
     控制系统的控制器采用FPGA+DSP的方案。图2是控制器的结构图。FLASH用于存储DSP程序。额外的空间可以用来存储配置程序或工程程序,以及系统工艺参数和现场数据。NAND FLASH大型板式存储器,用于存储配置数据、处理数据等。控制器的核心是DSP和FPGA。DSP实现CPU功能,FPGA实现控制功能和IO功能。
    
     图2.控制器的结构
    
     控制器的处理文件可以通过RS232下载或U盘复制。可接收主轴编码器和从编码器的反馈信号。输出脉冲方向信号与伺服电机驱动器连接,I/O端口与停止信号或启动信号连接,两个串行端口,其中串行端口A为PC接口,使用松下伺服数据传输协议进行通信,串行端口B是人机接口,使用标准Modbus。通信协议。
    
     由于立式密封辊与卧式密封辊的周长相等300mm,卧式密封辊有四根肋,所以卧式密封辊每圈可装四袋产品,如果袋子的长度为300/4=75mm,则属于同步跟随,即用卧式、卧式、卧式、卧式包装袋子的距离。d垂直密封辊相等。如果包装袋长于75mm,则交叉密封辊应在非啮合区域减速,然后加速,以便与主轴同步,为下一次接合做准备。如果袋长小于75mm,则交叉密封辊应在非啮合区加速运动,然后减速与主轴同步,为下一次啮合做准备。在啮合区,水平密封辊和垂直密封辊需要同步运动。另外,当水平密封辊的转速高于垂直密封辊的转速时,会出现拉膜现象,当水平密封辊的转速低于垂直密封辊的转速时,会出现成膜现象,影响加工产品的质量,在严重的情况下,包装膜可能破裂。
    
     图3从电机的运动模型
    
     设A表示主轴,B表示从轴。首先,计算A和B的周期长度(周期长度指的是包装袋所需的脉冲数)和同步系数。然后,将A周期分成五个段,如图3的横坐标所示。然后,根据五段A的长度和同步系数,计算出异步系数。最后,计算了B中五段的相应长度,即同步段、上升(下降)段、异步段、下降(上升)段。在第一同步段,十字密封辊的两个齿在上升和下降速度段的中间与ba啮合。改变g长度以满足不同袋长的要求,在最后一个非常短的同步部分中,同步部分更稳定地进入下一个啮合(其中长度单位是脉冲数)。
    
     从动轴的位置控制采用经典的PID控制,PID控制原理简单,使用方便,适应性强。
    
     (2)公式中不需要累加。控制增量的确定仅与最近K次采样值有关,因此通过加权处理更容易获得较好的控制效果。
    
     PID控制器是线性调节器,它从实际输出值(编码器从轴的值)中减去设定值(应该从轴的每个段发出的脉冲数),并获得控制偏差。比例系数(P)、积分系数(I)和微分系数(D)通过线性组合构成控制变量(伺服电机的脉冲频率)。
    
     在公式中,T是采样周期,K是比例系数。增大比例系数K可以减小系统的稳态误差,但当K过大时,会使系统的动态品质变差,导致系统不稳定,TI是积分常数。TI越大,积分效应越弱。通过增加积分环节,可以消除静态误差,使系统趋于稳定。差动控制可以提高系统的动态特性和控制精度。然而,如果TD太大或太小,则超调将增加,调整时间将增加。
    
     由于系统采用恒定采样周期T,一旦确定了三个控制参数K、TI和TD,就可以确定控制变量。我们在现场调试并导出了这三个参数的值。
    
     该自动包装系统采用EasyView作为人机界面,界面友好、丰富,适用于包装机械的现场作业,工业产品用于包装机械的外围设备和控制系统的核心部件,保证了包装机械在使用中的安全性、稳定性和可靠性。简单的基本参数设定可以设定包装速度、袋长、袋长参数、PID系数等参数。对于固定辊,袋长常数是确定的。如果辊的圆周为300mm,辊具有四个肋,袋长常数是75mm。
    
     该包装机系统可以在线修改袋子的长度和速度。系统从轴电机采用松下中惯量750W交流伺服电机,采用精密伺服位置控制方式,连续驱动,定位准确,具有优良的低速特性,保证了系统的精度。在硬件上进行控制,使系统封装的产品长度一致,误差很小。误差范围在1mm以内,高速度、高精度是系统的重要特点。
    
     一键设置色标跟踪模式,可自动监测设定误差,光标定位精度高,光电眼要求低,降低了厂家的匹配和维护成本,无论是在色标跟踪状态还是在数控状态,均可实现自动化。系统采用模糊容错技术跟踪包装颜色,允许单个色标缺失进行自动跟踪和补偿,并具有自动计数和所有工作参数自动存储的功能。
    
     实践表明,所开发的自动包装系统可以广泛应用于各种液体、粘性、粉末、颗粒物等相关行业的包装、灌装和包装,目前已成功应用于方便面、袋装洗发水的包装等行业。它运行稳定,包装产品的一致性好,特别是方便面包装,对包装袋误差的要求并不特别严格,尤其是包装速度超过200袋%。采用这种自动包装机系统,不仅减少了人力和物力,而且大大提高了生产效率。
    
    

广州乐行机器视觉设备技术有限公司专业从事自动化检测设备,视觉传感器研究与开发,提供各种行业的解决方案,作为专注于机器视觉应用的公司,我们在视觉、机械、电气方面的整合能力达到了较高水平。能在短期内根据客户的需求研发、设计、生产出较高水平的非标设备、检测系统。

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