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| 配料系統(tǒng)伺服電機(jī)設(shè)計(jì) | 2020-08-18 |
| 目前，國(guó)內(nèi)灌裝存在的主要問(wèn)題是灌裝效率低，自動(dòng)化和集成化程度低，大大降低了工業(yè)生產(chǎn)效率。針對(duì)上述問(wèn)題，采用工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的系統(tǒng)作為主控制器，實(shí)現(xiàn)灌裝機(jī)自動(dòng)送桶、根據(jù)桶口大小自動(dòng)定位、根據(jù)桶體積自動(dòng)灌裝、自動(dòng)出桶等一系列功能，大大提高了工業(yè)灌裝效率。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括步進(jìn)電機(jī)的稱重系統(tǒng)、變頻器的稱重系統(tǒng)、伺服電機(jī)的稱重系統(tǒng)和稱重儀表。根據(jù)不同的控制要求采用不同的電機(jī)，從而將系統(tǒng)成本降至。伺服電機(jī)的設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)全自動(dòng)灌裝。 2.配料系統(tǒng)工作的工藝流程 配料系統(tǒng)的工藝流程是設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)。因此，在設(shè)計(jì)之前必須了解系統(tǒng)的工業(yè)過(guò)程。對(duì)于不同的系統(tǒng)，流程也是不同的。 當(dāng)將灌裝桶的參數(shù)輸入系統(tǒng)時(shí)，夾板步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)設(shè)定夾板的寬度，傳送帶工作并開(kāi)始進(jìn)入桶內(nèi)。在傳送帶的起點(diǎn)，有一個(gè)計(jì)數(shù)和稱重模塊來(lái)計(jì)算氣動(dòng)球閥的數(shù)量。數(shù)到6桶后，傳送帶兩端的卡鎖自動(dòng)跟蹤桶的位置，卡鎖關(guān)閉固定桶。然后信號(hào)被反饋到主控制器，主控制器通過(guò)步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)填充針的位置。當(dāng)達(dá)到理想位置時(shí)，灌裝開(kāi)始。當(dāng)氣動(dòng)球閥完成加注時(shí)，控制氣動(dòng)球閥的夾緊鎖打開(kāi)，傳送帶開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，送出6個(gè)氣動(dòng)球閥，進(jìn)行下一個(gè)加注循環(huán)。 3.伺服電機(jī)硬件的選擇和設(shè)置 3.1伺服驅(qū)動(dòng)器 定量灌裝機(jī)的伺服電機(jī)必須有伺服驅(qū)動(dòng)器才能旋轉(zhuǎn)，伺服驅(qū)動(dòng)器的工作目的主要是根據(jù)伺服控制器發(fā)出的指令(P，V，T)工作。同步電機(jī)與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)不同步，因此驅(qū)動(dòng)器必須進(jìn)行校正，以使電機(jī)穩(wěn)定工作而不失步。因此，伺服驅(qū)動(dòng)器的主要任務(wù)是正確遵循驅(qū)動(dòng)電機(jī)[4]的控制指令。 定量灌裝機(jī)系統(tǒng)中，由于定位模塊FM354輸出-10 ~ 10v的模擬信號(hào)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用VCommand(位置伺服控制模式)。 位置伺服驅(qū)動(dòng)器包括位置控制單元、速度控制單元和驅(qū)動(dòng)單元。在該系統(tǒng)中，位置控制單元是定位模塊FM354。編碼器將位置伺服電機(jī)傳遞的位置信號(hào)發(fā)送至FM354，以閉環(huán)方式調(diào)整充氣箱中氣動(dòng)軸的位置。3.2西門(mén)子智能定位模塊FM354介紹 FM354是一個(gè)智能模塊，通過(guò)伺服電機(jī)在高速鋼桶秤中實(shí)現(xiàn)各種定位任務(wù)(位置閉環(huán))。它可用于簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)定位或?qū)憫?yīng)、精度和速度要求的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)模式。是高速稱重灌裝機(jī)定位任務(wù)的理想解決方案。控制伺服電機(jī)的FM354定位模塊可用于定位例如進(jìn)給軸、調(diào)節(jié)軸、設(shè)定軸和輸送軸(線性軸、旋轉(zhuǎn)軸)。 FM354處理軸的時(shí)基定位，并通過(guò)模擬驅(qū)動(dòng)接口(-10V ~ 10V)控制驅(qū)動(dòng)器。編碼器(SSI或增量)報(bào)告當(dāng)前軸位置，F(xiàn)M354使用該位置來(lái)校正輸出電壓。 定位功能包括:手動(dòng)調(diào)節(jié)(用點(diǎn)動(dòng)鍵移動(dòng)伺服軸)、增量模式(伺服控制軸沿預(yù)定義路徑)、MDI(手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入)、運(yùn)行MDI(在任何時(shí)間任何期望和位置的伺服定位)、自動(dòng)/單端料斗秤控制(復(fù)雜路徑的伺服定位、連續(xù)/周期性進(jìn)給、向前/向后)。系統(tǒng)采用增量模式。 通過(guò)模塊FM354集成的數(shù)字輸入，仍然有一些特殊的功能可供選擇:長(zhǎng)度測(cè)量、從FM354的快速輸入開(kāi)始、停止定位運(yùn)動(dòng)、尋找參考點(diǎn)、在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中設(shè)置實(shí)際值等。 3.3氣動(dòng)軸定位模塊的工作原理 通常，當(dāng)定位命令要求軸上的零件移動(dòng)到另一位置時(shí)，定位模塊FM354首先計(jì)算理論實(shí)際速度圖。然后，用該時(shí)間速度圖控制驅(qū)動(dòng)軸最終到達(dá)位置。典型的時(shí)間速度圖為梯形，即軸定位模塊以用戶首先設(shè)定的加速度α均勻加速。如果它處于JOG操作模式，在達(dá)到設(shè)定的JOG操作速度后，它開(kāi)始以均勻的速度移動(dòng)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，它以用戶設(shè)定的加速度α均勻減速，直到速度變?yōu)?。當(dāng)速度達(dá)到0時(shí)，軸移動(dòng)的距離正好是命令的設(shè)定值。 4.稱重模塊 稱重模塊安裝在傳送帶的下端，用于檢測(cè)和控制整個(gè)系統(tǒng)?？梢哉f(shuō)是整個(gè)系統(tǒng)的眼睛，用來(lái)控制和監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)。 4.1稱重模塊簡(jiǎn)介 稱重模塊是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的檢測(cè)工具。系統(tǒng)中安裝了測(cè)量范圍為50g、全偏置電壓為12V的稱重模塊。稱重模塊輸出的電壓與電壓比較器設(shè)定的柵極電壓進(jìn)行比較，輸出有效的檢測(cè)信號(hào)。空桶檢測(cè)閾值電壓設(shè)置為10g，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的2.4V電壓信號(hào)，即當(dāng)檢測(cè)到稱重模塊輸出的電壓大于空桶閾值電壓時(shí)，輸出有效信號(hào)，當(dāng)稱重模塊輸出信號(hào)小于空桶閾值電壓時(shí)，沒(méi)有桶通過(guò)。4.2連接稱重模塊和電壓比較器的接線圖 可以通過(guò)調(diào)整R1和R2的值來(lái)調(diào)整不同的參考電壓。 5.控制精度的確定 根據(jù)輸入桶的體積參數(shù)V，每個(gè)桶的直徑為D1，然后步進(jìn)電機(jī)需要移動(dòng)的距離來(lái)填充每批桶: 系統(tǒng)中連接伺服電機(jī)的滾珠絲杠的螺距為2mm。也就是說(shuō)，對(duì)于編碼器的每轉(zhuǎn)，移動(dòng)的線性距離為2mm。FM354各種參數(shù)的設(shè)置如表1所示。 位置環(huán)路增益的設(shè)定值需要在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試多次才能獲得理想的參數(shù)。 6.伺服電機(jī)模塊的初步調(diào)試 在處理器“停止”模式下，調(diào)試可以在沒(méi)有程序的情況下進(jìn)行:在參數(shù)“參數(shù)化FM354”工具的“概覽”界面下，F(xiàn)M354已經(jīng)被參數(shù)化，并且可以直接由菜單命令TEST來(lái)命令 啟動(dòng)，或通過(guò)快捷按鈕“啟動(dòng)”。 選擇“可控制”、“可駕駛”和“慢跑”工作模式，給出99%的“超速”，并選擇水平1主動(dòng)20毫米/分鐘。單擊R_-或R_，然后單擊計(jì)算機(jī)的空格鍵，查看伺服電機(jī)在選定的方向上旋轉(zhuǎn)。 7.摘要 在灌裝量精確定位的問(wèn)題上，步進(jìn)電機(jī)的定位已經(jīng)不能滿足要求，所以采用伺服電機(jī)進(jìn)行精確定位。西門(mén)子智能控制模塊FM354具有高度集成的控制參數(shù)。如果參數(shù)設(shè)置合理，加上PLC程序控制，就可以實(shí)現(xiàn)精確定位。參數(shù)的合理設(shè)置需要多次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試才能達(dá)到的效果。 | |
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