摘要：本文介绍了雷赛ACS交流伺服驱动系统在立式包装机上的应用。现场调试数据表明，配置伺服系统的包装机，其加工效率比原步进系统高出50%，且运行平稳，精度高。此次应用，为ACS交流伺服系统在立式包装机上的应用提供了宝贵经验，值得推广。
关键词：雷赛ACS交流伺服 立式包装机
leadshine AC Servo’s Application
in the Automatic Packer Machine
(ShenZhen Leadshine Company Ltd. ShenZhen 518052, GuangDong, China)
Abstract:Introduction an appliction of Leadshine’s AC servo based on automatic packer machine.The datasheet indicates that the servo system has at least 50% efficiency above compare with the step system.This application gives a good example in the packer field.
Key Words: Leadshine’s AC servo Packer machine
1 前言
立式包装机设备主要用于加工塑料包装袋及各种规格的生活塑料袋，早期的设备采取的是刹车离合器等控制机构，后来改进为步进系统控制装置，现在又发展成为PLC及伺服电机加变频调速为主的控制机构，目前，伺服控制已成为行业的应用趋势。
深圳市雷赛机电技术开发有限公司针对国内立式包装机现状推出了专用伺服控制解决方案，在国内某包装机设备公司得到成功应用并广泛推广。该方案采用了雷赛ACS806全数字化交流同步伺服驱动器、ACM交流永磁同步伺服电机，配合客户端的触摸屏、PLC、变频器、变频电机等元器件，构成一整套完整的伺服解决方案。
图1 立式包装机设备图及包装袋样品图
根据设备工艺要求选择了低惯量高转速的雷赛ACM602V36伺服电机作为主要运动机构，保证了包装制袋机在频繁启停时运动的平稳性与快速响应性，使伺服电机的一次送料转速能够满足切刀上下运行的时间要求，同时简化了机械机构，解决了原机械设备效率低、定位精度低、能耗大、自动化水平低、浪费材料等缺点。
2 控制原理
图2 设备电气原理图
图2为包装机设备电气原理图，整个设备工艺过程主要分为抬刀、定位、封切三个部分，整个工艺过程由热封切刀、伺服装置、变频装置、牵引皮辊、承切皮辊联动完成。
热封切刀安装在传动轴上，该轴由变频装置驱动，做上下往复运动；伺服装置驱动牵引皮辊，按照一定的速度，保证热封切刀在离开承切皮辊并再次到达承切皮辊之前，将所设定长度的塑料袋送过切刀；随后，热封切刀到达承切皮辊，将塑料袋封口，并切开。
*人机界面：触摸屏，界面上可设置定长封切或色标封切、切袋长度、送袋速度等，当选择为定长封切时，色标封切无效。
*PLC：核心程序的载体，控制各执行机构的运转与协调。根据伺服机构的机械传动比、伺服驱动器的电子齿轮比、伺服电机编码器的线数以及出料辊的周长，PLC程序计算出伺服驱动器接收一定数量的脉冲，伺服电机驱动出料辊转动，带出一定长度的胶袋，实现定长控制。
*色标传感器：到位信号，负责时间的判断与控制信号的发出。
*主变频装置：负责热封刀的连续上下运动，同时控制出袋速度与效率。
*伺服驱动装置：由驱动器、伺服电机构成，作为主要运动机构，主要任务是完成定位精度的控制，严格执行来自PLC的脉冲指令控制，同时，保证在频繁启动负载下自身运动的平稳性与快速响应性，使伺服电机的一次送料转速满足切刀上下运行的时间要求。伺服性能直接反映了这台设备的整机性能与质量。
3 工作流程
包装机设备的工作流程如下：
1）设备上电，温控器控制封刀处加热器进行加热；
2）送料变频器驱动送料电机以设定的速度输送塑料薄膜，送料感应器检测到送料端放卷的塑料薄膜足够时，送料电机停止送料；
3）温度达到预设值，温控信号导通，主变频器驱动主电机通过机械传动装置控制切刀和封刀的上下往复运动；
4）切刀每向上运动一次，伺服信号导通一次，伺服电机驱动出料辊夹着塑料薄膜带转动一次，切刀和封刀下切，胶袋形成 ；
5）设定个数到达或按停止键时，当前胶袋形成后停机，切刀和封刀停在高位停车处。
4 伺服系统应用与实际调试数据
本机采用雷赛ACS806伺服驱动器，驱动单元采用美国TI公司最新DSP芯片、大规模可编程门阵列(CPLD)和智能化功率模块(IPM)，集成度高、可靠性好。驱动单元具备标准位置控制，可接收脉冲信号，同时具备了主电源过压欠压、过流、过载、编码器异常、位置超差等多项在线检测与诊断，使控制过程一目了然。
伺服电机为雷赛ACM602V36三相永磁同步伺服电机，宽调速比，恒转矩输出，三倍过载能力，额定转速3000rpm，配置2500线编码器。
本机只需使用一套伺服系统就能完成其主要功能，图3为该包装机伺服配置。
图3 雷赛伺服驱动器配置图
4.1 包装机系统预估值
该包装机设备基本参数如下：
辊轴直径：36mm ；袋长精度：小于0.5mm；机械减速比：1：4
根据以上信息，计算电机转速和系统分辨率：
（1）电机转速预估：
此机送料辊直径r=36mm，圆周长为
，
， 若以500mm长的袋子为例，则一次制袋成型送料辊需转动的圈数为：
圈 ，若每分钟制袋120个，则每分钟送料辊需转动：
，同时，送料辊与伺服电机存在1:4的减速比，故最终伺服电机的转速为：
圈 ，若每分钟制袋120个，则每分钟送料辊需转动：，同时，送料辊与伺服电机存在1:4的减速比，故最终伺服电机的转速为：
（1） （2）系统分辨率预估：
伺服编码器为2500 ppr，经驱动器四倍频后，精度为10000ppr,则伺服电机的精度可等效为
；又电机输出到出料辊有4:1的减速比，则出料辊实际检测精度为：
，对应的长度分辨精度为：
；又电机输出到出料辊有4:1的减速比，则出料辊实际检测精度为： ，对应的长度分辨精度为：
（2） 故其预估偏差远远小于系统精度设置值0.5mm。
4.2 包装机实际调试数据
现场调试，客户端参数如表1所示：
表1 某客户端实际调试参数表
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控制方式
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双脉冲（CCW方式）
|
|
上位机
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PLC控制（脉冲电压为5V）
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电子齿轮比
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25：1
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电流环Kp
|
4500
|
|
电流环Ki
|
250
|
|
位置环Kp
|
12500
|
|
位置环Ki
|
200
|
|
位置环Kd
|
2500
|
雷赛伺服驱动器基本设置如图4所示：
图4 雷赛伺服驱动器参数配置图
监测实际制袋过程（见图5），数据表明，工作时电机电流4.2A，速度1800rpm，精度控制在0.05mm以内，达到客户要求。
图5 雷赛伺服驱动器在线监测图
以200mm长胶袋为例，雷赛伺服与某品牌步进电机的性能比较如下：
表2 雷赛伺服与某品牌步进的对比测试数据表
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类别
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雷赛伺服
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某品牌步进
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速度
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120袋/分钟
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60-80袋/分钟
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精度
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高
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一般
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稳定性
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运行平滑
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在启停时容易产生震动
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噪声
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小
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较大
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价格
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稍高
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较低
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表2数据表明，伺服从效率上比步进高出约50%，且运行平稳、精度高。
5 结语
该立式包装机是在传统老式设备的基础上运用雷赛全数字化ACS系列交流伺服控制系统改造而成，具有提高效率、降低能耗、提高成品率、改善封切精度、调试方便快捷、运行过程平稳、简化机械结构等特点，具有更高的技术含量和更优良的性价比，能为企业创造更多的效益。
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