貝加萊控制系統(tǒng)在碼垛機上的應(yīng)用
1 引言
全自動碼垛機是將紙包機或者膜包機輸送來的包裝產(chǎn)品(以下簡稱產(chǎn)品)按照用戶要求的工作速度和工作方式(如每層10包,每垛5層)自動堆疊成垛(圖十二),并將成垛的包裝產(chǎn)品輸送到后段的設(shè)備去,這就要求碼垛機的相關(guān)運動部分層成型區(qū)(圖一中的B區(qū))和提升機(圖二)以及空托盤輸送機(圖三)協(xié)調(diào)配合好相互的動作要求。
圖一 碼垛機俯視簡圖
圖二 碼垛機提升部分簡圖
圖十二 整垛效果圖
圖三 碼垛機三維立體簡圖
碼垛機——不僅僅是將產(chǎn)品放置在貨盤上 工藝要求層成型區(qū)必須根據(jù)進入該區(qū)的產(chǎn)品按照既定的方式進行排列組成新的垛層,升降機必須多段速度進行工作以保證碼垛機碼出的垛型美觀、同時提高工作效率;垛盤輸送位于升降機下方,工作過程中升降機將碼成一垛的物料放置在垛盤輸送上,垛盤輸送負責將物料送出碼垛機,同時將空托盤運送到升降機上,要求垛盤輸送必須軟啟動,保證在啟動過程中不會對垛盤沖擊過大,造成散垛現(xiàn)象。
2 系統(tǒng)概述
圖四 皮帶成型區(qū)
圖五貝加萊伺服控制系統(tǒng)
每一種控制方案的選擇都是根據(jù)當時的控制需要和客戶可接受的程度來開發(fā)利用的,Perseus系列的碼垛機最初也不是完全使用貝加萊的伺服控制系統(tǒng),當初的選擇是根據(jù)成型的包裝可以處理不穩(wěn)定的包裝物特點,所以就選擇了小節(jié)距滾筒 隔板組合,這樣由于位置充足,可以根據(jù)碼垛排列的需要將限位隔板安裝在最佳位置,入口區(qū)選用帶有變頻器電機根據(jù)需要調(diào)整速度。但是這種控制方式同樣存在一些弱點,如成型產(chǎn)品更換不方便,隔板在快速撞擊的時候容易變形,從而影響了系統(tǒng)地整體速度。在結(jié)合了這些弱點和不足,Perseus使用了更高控制要求,更精確的排列產(chǎn)品,更經(jīng)濟的控制方案貝加萊全伺服控制方式,通過驅(qū)動帶摩擦的板鏈定位每一個產(chǎn)品排列位置,從而省時高效快速的完成任務(wù)。
2.1 現(xiàn)場總線(Profibus-DP)
西門子可編程控制器(S7-300)系統(tǒng)和貝加萊伺服控制(ACOPOS)系統(tǒng)在其中為電氣控制部分的應(yīng)用。圖六的網(wǎng)絡(luò)是profibus結(jié)構(gòu),B&R伺服器是其中的一個站點,通過使用8AC140.60-2卡實現(xiàn)相互之間的連接通訊,達到控制的目的,這是基本的框架結(jié)構(gòu)。圖八是雙方數(shù)據(jù)交換表格,已經(jīng)定義了各個數(shù)據(jù)塊的意義和功能。
圖六 控制系統(tǒng)方案簡圖 2.2 現(xiàn)場總線(CAN BUS) CAN總線具有強有力的錯誤檢測能力及差分驅(qū)動功能,在強噪聲十分苛刻的環(huán)境中仍運行良好,因此CAN總線可以很容易的適合大多數(shù)應(yīng)用場合。 通過現(xiàn)場總線(CAN BUS)的連接,人機界面(MP277)和各個伺服控制器之間的通信變得十分可靠,尤其為伺服運動控制系統(tǒng)中的在線修改跟隨特征參數(shù)提供了保證(圖七)。 圖七現(xiàn)場總線(CAN BUS) 圖八PLC<-->B&R 雙方數(shù)據(jù)交換表格 2.3 基本運動控制 貝加萊的伺服運動控制系統(tǒng)(ACOPOSSERVO)采用了面向?qū)ο笮偷目刂品绞?。在貝加萊開發(fā)平臺Automation Studio中使用高級語言(Basic或者C),只要針對一個伺服控制器創(chuàng)建一個運動對象(AxisObject)后,就可以利用創(chuàng)建的指針完成對電機不同的運動控制。 2.4 定義解釋 碼垛機的提升電機-由于需要在4米軌道上來回不斷地上下運動,在現(xiàn)有的控制方式在中,我們選用ACOPOS SERVO驅(qū)動SEW異步電機的做法,同時配備了編碼器做成一個簡單的閉環(huán)控制系統(tǒng),來有效的定位產(chǎn)品的高度,利用產(chǎn)品的高度來確定滿垛盤后的總高度??紤]到產(chǎn)品垂直疊放過程會產(chǎn)生累積誤差,以2.0L可樂的高度為335mm,理論上疊放5層的高度為335*5=1675mm,實際上產(chǎn)品與產(chǎn)品之間有間隙或者film層,實際高度大于1675mm考慮到這一誤差垂直定位外加紅外距離傳感器,實時檢測提升是否到位,能夠保證系統(tǒng)定位精度。 碼垛機的成型電機-關(guān)鍵是合理的配合每次提升需要的產(chǎn)品數(shù),有效地減少在成型過程中浪費的時間。這就需要很高的動態(tài)響應(yīng),考慮到系統(tǒng)的動態(tài)可大概體現(xiàn)在兩個值上:電機扭矩值和電力傳輸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量。后者包含電機和負載的慣量時間,是系統(tǒng)動態(tài)的重要測量部分。低慣量時間表示系統(tǒng)具有高動態(tài)性能。8LSA系列伺服電機可提供高動態(tài)的、精確的性能和可靠性,因此8LSA系列伺服電機便與ACOPOS驅(qū)動系統(tǒng)相結(jié)合,完美的實現(xiàn)了碼垛機需要的精度,另外8LSA系列伺服電機所有與機械和電氣相關(guān)的信息和數(shù)據(jù)都被存儲在了用于8LSA伺服電機的編碼器中。這就意味著用戶不必在現(xiàn)場對伺服電機做任何設(shè)置。在編碼器與伺服電機相連接時,電力由電氣設(shè)備提供,電機可以自動識別。電機傳送與其相關(guān)的參數(shù)同時限制傳入伺服驅(qū)動器的參數(shù)。驅(qū)動器隨后自動決定電流限制和電機優(yōu)化控制所要求的電流控制參數(shù)。在電機試運轉(zhuǎn)時此功能會被大量保存。這就大大節(jié)省了我們編程和調(diào)試的時間,只需要做個普通的測試按鈕就可以了.同時ACOPOS伺服驅(qū)動器結(jié)構(gòu)非常緊湊,由于貝加萊驅(qū)動器中集成了進線,再生扼流線圈,制動電阻,電源模塊等,因此不需要起他附件配件占據(jù)電柜空間。 3 B&R全自動碼垛機的控制特點//控制程序的設(shè)計 3.1主要配置 3.1.1.ACOPOS CPU模塊 8AC140.60-2插入模塊,CPU,兼容x86100MHzIntel,16MBDRAM,32kBSRAM,Compact-Flash,1個CAN接口,1個Profibus-DP從站接口,1個RS232接口. 3.1.2.ACOPOS編碼器模塊 8AC120.60-1插入模塊,EnDat編碼器和正弦增量編碼器接口 8AC123.60-1插入模塊,增量編碼器和SSI絕對值編碼器接口 3.1.3.ACOPOS網(wǎng)絡(luò)模塊 8AC110.60-2插入模塊,CAN總線接口 3.1.4.ACOPOS伺服驅(qū)動 8V1045.00-2伺服驅(qū)動3x400-480V 4.4A 2kW,集成線路濾波器,制動電阻和安全重啟抑制 8V1090.00-2伺服驅(qū)動3x400-480V 8.8A 4kW,集成線路濾波器,制動電阻和安全重啟抑制 3.2ACOPOS伺服控制方式 ACOPOS的伺服控制如圖九所示,大致可以分為四個部分:初始值處理、位置控制、速度控制、實際值檢測。在初始處理時,根據(jù)給定的位置及最大允許速度和最大允許加速度,給出一個理想的定位過程,即得出加速、恒速、減速段,不同位置時的速度也相應(yīng)得到。位置控制主要有比例調(diào)節(jié)、比例調(diào)節(jié)限制p_max、積分限制i_max和積分調(diào)節(jié)。比例調(diào)節(jié)后的值為k* ,若k* ,則v_p﹦P_max;若k* ﹤﹣p_max,則v_P=﹣p_max。同理i_max用干限制積分調(diào)節(jié)值v_i。
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