TRIO運動控制器紙袋追蹤切應用

陳中文

【摘 要】隨著社會不斷的發展，一些自動化設備對控制的高精度、高響應性的需求在快速增加，現階段自動化控制技術在不斷的提高，一些精確的高速定位控制得到保證并被人們廣泛應用。紙袋機是將多層紙開卷涂膠水成型，然后進行動態定長剪切的設備，即要求生產線根據送紙速度隨意變化時對紙袋進行動態定長剪切，也稱“飛剪”。剪切時切刀速度要與紙速度保持同步或略快于送紙速度。因此紙袋機剪切控制是一個要求很高的運動控制問題。

【關鍵詞】旋切 運功控制 飛剪

本文主要針對紙袋機剪切控制系統開展研究和設計工作，在分析紙袋機剪切生產工藝和控制要求的基礎上，按照“運動控制器+伺服系統+觸摸屏”的型式，設計了紙袋機伺服跟蹤切系統。該系統解決了不同袋長必須換輪問題，同時增加色標追蹤功能實現了偏差的自動補償。

1 運動控制器+伺服驅動+觸摸屏方式+編碼器測速+色標補償

（1）運動控制器：用戶可以根據自身需要用Trio Basic語言進行程序開發，整個系統可以脫離任何外界PC系統進行獨立的運行。MC408本體可以驅動8個伺服或步進軸，自帶16輸入，8輸出，還有1個Can擴展口通訊口。（2）切斷伺服驅動器：伺服選7.5KW安川伺服1套，配減速比10/1的行星減速機。伺服電機額定轉速1500轉，額定扭矩50Nm，減速機額定輸出最高扭矩500Nm，最高速度1000Nm（2倍過載）。（3）點膠伺服驅動：伺服選1.5KW安川伺服3套，各配減速比10/1的行星減速機驅動3根點膠軸。（4）測速編碼：5000P/R 長線驅動。（5）色標傳感器：選用基恩士顏色傳感，最高響應時間0.2us。

2 控制實現

2.1 運動控制指令

（1）MOVELINK指令在基本軸產生直線運動，通過軟件電子齒輪與連結軸的測量位置建立連接。連結軸可以向任意方向運動驅動輸出運動。參數表明基本軸的距離會使連結軸移動相應的距離（link_distance）。連結軸的距離分成3個階段應用于基本軸的運動。這些部分是加速部分，常速部分和加速部分。連結加速度和加速度由link_acceleration和link_deceleration參數設置。常速連結距離源于總的連接距離和這兩個參數。三個階段可以分為獨立的MOVELINK指令或疊加在一起。

（2）ADDAX指令將疊加軸的目標位置加到運動軸的軌跡上。ADDAX允許執行兩軸疊加運動。連接兩軸以上，同樣可以使用ADDAX。

（3）FLEXLINK 指令實現跟隨主軸按定義的軌跡做運動。軌跡分2部分，基本部分（恒速段）和調整部分（變速段）。調整部分按正弦曲線疊加在恒速部分。

2.2 曲線定義

通過3段曲線實現旋切功能，即每一設定袋長，切刀旋轉一圈，切一次。三段曲線如下：

（1）加速階段曲線：distance1 = 0.5；link_acc1 = （0.5-VR（startsynpos）/10/360） * （VR（fsydistance）/10） *2；link_dec1 = 0；link_dist1 =（VR（startsynpos）/10/360）*（VR（fsydistance）/10） + link_acc1

MOVELINK （0.5，link_dist1，link_acc1，link_dec1，VR（move_axis））AXIS（VR（cut_axis））

（2）恒速階段：base_dist= INT（（VR（cutlength）/VR（fsydistance））*1000+0.5）/1000；

excite_dist=1 - base_dist；link_dist2= VR（cutlength）/10；

base_out=100*（VR（startsynpos）/10/360）*（VR（fsydistance）/10） / （VR（cutlength）/10）；base_in=100*（VR（endsynpos）/10/360）*（VR（fsydistance）/10） / （VR（cutlength）/10）；stop_length =（（360-（VR（startsynpos）+VR（endsynpos））/10）*2+（VR（startsynpos）+VR（endsynpos））/10）*VR（fsydistance）/360/10；

IF VR（cutlength）/10<=stop_length THEN

excite_acc=50

excite_dec=50

ELSE

excite_acc= 100*（ 1-（VR（cutlength）/10 - stop_length）*10 /VR（cutlength） ）/2

excite_dec= 100*（ 1-（VR（cutlength）/10 - stop_length）*10 /VR（cutlength） ）/2

ENDIFFLEXLINK（base_dist，excite_dist，link_dist2，base_in，base_out，excite_acc，excite_dec，VR（modify_axis））AXIS（VR（cut_axis））

（3）減速階段distance3 =0.5；link_acc3 =0；link_dec3 =（0.5-VR（endsynpos）/10/360） * （VR（fsydistance）/10） *2；link_dist3 =VR（endsynpos）/10/360）*（VR（fsydistance）/10） + link_dec3；MOVELINK （distance3，link_dist3，0，link_dec3，VR（modify_axis））AXIS（VR（cut_axis））

注明：VR（startsynpos）：開始同步角；VR（fsydistance）：切刀周長；VR（endsynpos）：結束同步角；VR（cutlength）：袋長。

2.3 偏差補償

切刀每次切斷時當前長度清零，從頭開始計長，當檢測到色標時，當前值與理論值做比較生成偏差量，該偏差量通過Addax在補償段疊加到切斷軸上實現偏差補償。

3 安裝調試

裝配必須嚴格按照使用說明書、原理圖及技術規范執行。減少干擾和被干擾，電機線選用95%屏蔽線并將屏蔽層牢固接地，編碼器線選用多芯屏蔽雙絞線，驅動器妥善接地。

本次控制是采取模擬輸出作為定伺服速度，驅動器分頻反饋做閉環控制。因此在調試控制前，先將驅動器和電機整定，動態優化，把伺服系統的動態響應盡量調高，直到不產生振蕩為止；然后調整運動控制的P增益，直到該軸跟隨誤差盡量小，而系統又不產生振蕩為止。

4 運行效果

連續工作了一段時間，實切袋長與設定袋長最大誤差1mm以內。不同袋長切換簡單，只需要從屏上設定袋長即可。當需要色標補償時，只需要選通色標追蹤就能實現自動補償，非常方便，完全達到預期效果。

5 結語

該控制系統具有較高的位置控制精度和良好的速度跟隨特性，滿足紙袋機高性能要求， 使用的靈活、高速、精確等主要特點，從而提高人們的工作效率與質量，對其它高性能剪切整套設備的研發具有借鑒意義。

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