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三菱伺服电机利用案例:华南某企业对其纸尿裤生产线升级改革

点击:8444 日期:2014-12-04 选择字号:

1¶••⊿ 环境背景
  随着科学技巧进步和国民生活程度进步,市场对婴儿纸尿裤的需求不断增长,使之涌现求大于供的局面••。正是由于涌现了这样的商机,一些过去采用机械传动式婴儿纸尿裤生产线机的设备制作厂改机械传动为伺服把持系统以进步设备的生产效率;还有一些过去生产餐巾纸,护垫的设备制作商纷纷投资制作婴儿纸尿裤生产线机.华南一家机械设备制作商就属于后者••。
  婴儿纸尿裤产品分为: 大码¶••⊿中码¶••⊿小码,其长度从385mm550mm不等••。设计速度为200m/min,生产节拍为400pcs/min,装机容量为260kw,精度为±1mm••。该机的传动和把持系统采用三菱的变频器¶••⊿伺服放大器Q02HPLC¶••⊿Q173CPUQ172CPU运动把持器••。


2¶••⊿ 系统的硬件组成
2.1
重要工艺过程
  婴儿纸尿裤生产线机重要设备由以下组成: 8套开卷装置¶••⊿ 8台复合辊和压辊¶••⊿6台切刀辊及折叠和叠码装置.其工艺流程如图1所示••。



  按照具体功效划分它们是:
一 开卷装置
① 导流无纺布开卷
② 卫生纸开卷
③ 弹性腰带开卷
④ 底膜开卷
⑤ 前胶贴开卷
⑥ 面料无纺布开卷
⑦ 复合贴开卷
⑧ 挡墙无纺布开卷

二 刀具总成
① 棉芯切刀
② 弹性腰切刀
③ 前胶贴切刀
④ 复合贴切刀
⑤ 成型边切刀
⑥ 成型终切刀

三 复合辊和压辊
① 棉芯压纹辊
② 三星压合辊 1
③ 三星压合辊 2
④ 三星压辊牵引
⑤ 导流无纺布¶••⊿卫生纸¶••⊿棉芯复合辊
⑥ 面料无纺布¶••⊿弹性腰复合辊
⑦ 前胶贴¶••⊿底膜复合辊
⑧ 左右复合贴复合辊
  开卷装置将生产纸尿裤需要的各种材料依序输送至主加工线, 切刀辊则按产品的规格剪切成各种形状尺寸,经复合辊和压辊及最终切断刀完成婴儿纸尿裤产品加工.最后经折叠¶••⊿叠码包装入袋 ••。

2.2
硬件组成
  系统开卷装置的传动设备采用三菱FR-540E变频器; 切刀辊¶••⊿复合辊和压牵辊¶••⊿输送辊等设备采用三菱J2S-B伺服大器.基础主动化采用Q02HPLC¶••⊿Q173Q172CPU运动把持器组成的多CPU系统.人机界面采用三菱GOT985完成参数设置¶••⊿系统监控¶••⊿启动¶••⊿结束等.其硬件配置如图2所示.
  Q02CPU把持17轴变频器,Q173CPU把持生产加工30轴伺服电机,Q172CPU把持包装设备5轴伺服电机.
  按工艺请求35轴伺服电机和17轴变频异步电机必须同步••。16台开卷装置独立传动,两台为一组恒张力主动换接料;6套切刀辊相位要严格一致;8套复合辊和压合/牵辊及输送辊等线速度完整雷同;包装设备地位把持和开卷装置张力把持节拍匹配;才干确保产品的一致性¶••⊿重复性及精度••。该设备集相位把持¶••⊿速度把持¶••⊿地位把持¶••⊿张力把持为一体••。


2.3 Q—Motion
  Q173Q172是继A系列运动把持器的更新换代产品••。Q173可把持32;Q172可把持8,程序履行周期(SV22 4轴)仅为0.88ms,是以往的1/4••。 Q173Q172CPU单元具有运动把持和事件处理的64RISC处理器,能高速度完成高精度盘算和大批数据通信••。具有多轴插补¶••⊿速度把持¶••⊿凸轮定形¶••⊿轨迹把持等多样运动把持功效••。SSCNT伺服总线传输速度为5••。6Mbps,发送周期0••。88ms,确保同步精度和速度/地位的把持精度••。Q173Q172兼容MELSEC-Q系列PLC-CPU,进行高速次序程序的处理 ••。Q02HCPU是多CPU系统的主控CPU••。
  系统软件:
  传输装配软件SV13:供给:线性插补(1-4轴)¶••⊿圆弧插补¶••⊿螺旋插补¶••⊿等速度把持¶••⊿固定距离进给¶••⊿速度把持¶••⊿速度切换把持¶••⊿速度-地位切换等功效,适于电子元件装配¶••⊿装料机/卸料机¶••⊿食品包装¶••⊿X-Y工作台¶••⊿传送机器¶••⊿喷涂机¶••⊿焊接机¶••⊿注塑机¶••⊿贴片机等••。
  主动机器软件SV22:SV13功效的基础上增长了:多轴同步把持¶••⊿凸轮把持¶••⊿绘图把持¶••⊿电子轴¶••⊿电子离合器等功效.合适于印刷机¶••⊿制纸机¶••⊿食品加工机¶••⊿精纺机¶••⊿纺织机械等••。
  凸轮软件CAMP:制作凸轮运行曲线或自由曲线,实行轨迹把持及相位把持.
  同步编码器功效,实现多轴同步把持和相位主动把持••。
  数字示波器功效,实现力矩¶••⊿速度¶••⊿地位等电机信息的实时监控••。

3
¶••⊿ 利用软件设计
  QMotion供给实模式和虚模式两种把持模式••。程序设计应用Motion SFCSequential Function Chart)语言和支撑机械的语言进行可视化编程••。 Motion SFC是以流程图的情势进行描写,按照机械动作步骤编写,容易制作工序把持的程序••。支撑机械的语言是通过软件模块实现主轴¶••⊿齿轮¶••⊿离合器¶••⊿凸轮等硬件动作,自由地把这些模块组合起来,即完成虚模式下的机械语言的程序设计••。实现复杂的同步把持¶••⊿轨迹把持及和谐把持 ••。
  纸尿裤生产线机的系统连锁功效,调节功效,设备启动结束把持等应用Motion SFC编程; 同步把持, 系统较正,复合辊压合/牵辊线速度把持¶••⊿切刀辊相位把持等应用支撑机械的语言编程; 开卷装置张力把持由Q02HCPU用梯形图编程••。

3.1
同步把持
  纸尿裤加工生产线同步通过把持程序如图3所示.

图三同步把持虚模式程序

  由一台虚拟伺服电机经一虚拟主轴通过齿轮¶••⊿离合器¶••⊿变速机差速齿轮/变速机,驱动滚筒或凸轮 ••。滚筒代表复合辊或压合/牵辊或输送辊, 凸轮代表切刀辊••。30个离合器由一个位软元件把持,所以当这台虚拟伺服电机以某一转速启动,即通过虚拟主轴将脉冲数和脉冲频率传递给切刀辊¶••⊿复合辊¶••⊿压合/牵辊¶••⊿输送辊使它们按设计好的速度同步运行••。(由于版面限制只复制了14轴伺服)

3.2
系统较正
3.2.1
原点回归
  为满足机械设计需要QMotion设计了多种方法:
① 近点DOG方法原点回归
② 计数方法原点回归
③ 数据设置方法原点回归
④ 结束器方法原点回归
⑤ 限位开关混杂型原点回归
  原点回归,即机械系统和电气系统较正••。是相位把持¶••⊿地位把持要害,选择适当的原点回归方法才干保证系统把持精度 ••。
  该套系统采用数据设置方法原点回归 ••。应用JOG功效手动将把持对象移至期望点,然后启动原点回归 ••。包装设备的地位系统应用绝对地位编码器,所以虽操作繁琐但机器一次性调好即可 ••。

3.2.2
系统调剂
  当纸尿裤加工生产线所有轴从静止状态启动到额定转速状态或从一个稳态(速度)到另一个稳态(速度)的过度过程,即动态速度曲线不一致, 切刀辊之间会涌现错位; 复合辊¶••⊿压合/牵辊之间涌现堆料或打滑现象••。所以调剂各伺服轴的增益和积分参数不仅响应快而且要过度过程曲线完整一致 ••。

3.3
复合辊¶••⊿压合/牵辊线速度把持
3.3.1
辊径偏差补偿
  复合辊¶••⊿压合/牵辊¶••⊿输送辊共24根 ••。 由于辊径的机械加工存在正负公差,尽管应用的辊都在容许的公差领域内,但盘算各轴圆周,其各轴周长的差使得各轴以同一转速旋转时线速度不一致,不能满足把持精度的请求,必须对其纠偏••。
  QMotion供给三种偏差纠正方法:
① 固定参数设置
② 变速机把持
③ 差速齿轮
  固定参数设置法是用游标卡尺或其它测量器具直接测量辊径,并盘算出周长,修正后设定电子齿轮,使各辊线速度相等••。
  变速机把持和差速齿轮法既可离线设置也可在线调节 ••。连接变速机到滚筒支路,把变速机的变速比设为变量,通过调节各辊的变速比值,使其达到线速度相等••。 连接差速齿轮到滚筒支路,在差速齿轮侧参加赞助虚拟伺服电机使辊筒的速度得到修正 ••。
  本系统采用变速机把持法.
  设请求线速度雷同的24轴辊径由小到大依次为:
    Φ1,Φ2,Φ3 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• Φ24
  在虚模式分辨参加变速机,其对应的变速比依次为:
    Κ1,Κ2,Κ3•••••••••••••••••••••••••••••••••Κ24
  其中: Κ1=10000; Κn=(Φ1/Φn)*10000 n = 224

3.3.2
微张力把持
  复合辊¶••⊿压合/牵辊传动对象是生产纸尿裤的各种材料,只有使其在加工过程不打滑和堆料才干让材料匀速传送,从而保证产品精度.••。为此采用微张力把持,即在连辊之间参加渺小速度差ΔⅤ,以使加工材料绷直既不堆料也不打滑 ••。
  设: 沿材料加工前进方向复合辊¶••⊿压合/牵辊依次为:
    φ1,φ2,φ3••••••••••••••••••••••••••••••••• φ24
  对应各辊线速度依次为:
    V1,V2,V3••••••••••••••••••••••••••••••••• V24
  其中: Vn - Vn+1 = ΔV (ΔV< Vn1‰ ~2.5‰)

3.4
切刀辊相位把持
  6个切刀辊设计为往复式自由凸轮模式.一个周期为此360°与切刀辊一转相对应.其凸轮曲线如图4所示 ••。


3.4.1阶跃负载速度补偿
  切刀辊属阶跃负载.当切刀辊转至切刀位时负载突然跃变,电机速度也会被瞬间跌落如图5所示 ••。

  由于每个切刀辊的负荷率不同,所以每个切刀辊转至切刀位时速度跌落的幅值和回调的时间也都不同 ••。由此会引起切刀辊间相位错位,所以必须进行补偿••。其补偿的方法如图6所示,按图6给定速度曲线,设置凸轮曲线,将抵消由于负载跃变产生的速度波动 ••。当然电机功率选得过大使负荷率较小或系统转动慣量设计大些, 阶跃负载产生的速度波动也会减小或减少到精度容许的领域内 ••。

3.4.2
随机扰动调节功效
  电网的电压波动电磁场干扰以及加工材料不均匀都会使运动过程的切刀辊产生随机扰动,使个别机架的切刀辊相位产生错位••。系统设计了如图7所示调节功效,可手动或主动纠正错位••。V3230个轴的同步驱动虚拟伺服电机,V11轴的赞助驱动虚拟伺服电机作用是纠偏 ••。

图七 赞助轴纠偏系统


4¶••⊿ 结论
  三菱运动把持器是集通信¶••⊿地位¶••⊿速度¶••⊿张力把持为一体的主动把持平台.简略¶••⊿易懂¶••⊿直观¶••⊿可视性强的编程方法,合适于各种层次的主动化专业人员在短时间内控制并利用;丰富的把持功效¶••⊿高分辨率系统¶••⊿快速响应满足各类机械设备生产工艺请求••。

     深圳市海蓝机电设备有限公司(tecxe.com)销售和批发:三菱变频器¶••⊿三菱plc¶••⊿三菱触摸屏¶••⊿三菱伺服电机等工控主动化产品.电话:400-8819130  0755-88356296(10线) 大客户:13823726967 吴经理
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