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三菱伺服电机应用案例：华南某企业对其纸尿裤生产线升级改造

点击：4707 日期：2014-12-04 选择字号：小 中 大

1、 环境背景
　　随着科学技术进步和人民生活水平提高,市场对婴儿纸尿裤的需求不断增加,使之出现求大于供的局面。正是由于出现了这样的商机,一些过去采用机械传动式婴儿纸尿裤生产线机的设备制造厂改机械传动为伺服控制系统以提高设备的生产效率;还有一些过去生产餐巾纸,护垫的设备制造商纷纷投资制造婴儿纸尿裤生产线机.华南一家机械设备制造商就属于后者。
　　婴儿纸尿裤产品分为: 大码、中码、小码,其长度从385mm到550mm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。该机的传动和控制系统采用三菱的变频器、伺服放大器和Q02HPLC、Q173CPU及Q172CPU运动控制器。

2、 系统的硬件组成
2.1主要工艺过程
　　婴儿纸尿裤生产线机主要设备由以下组成: 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。

　　按照具体功能划分它们是:
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,经复合辊和压辊及终切断刀完成婴儿纸尿裤产品加工.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.基础自动化采用Q02HPLC、Q173和Q172CPU运动控制器组成的多CPU系统.人机界面采用三菱GOT985完成参数设置、系统监控、启动、停止等.其硬件配置如图2所示.
　　Q02CPU控制17轴变频器,Q173CPU控制生产加工30轴伺服电机,Q172CPU控制包装设备5轴伺服电机.
　　按工艺要求35轴伺服电机和17轴变频异步电机同步。16台开卷装置独立传动,两台为一组恒张力自动换接料;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全相同;包装设备位置控制和开卷装置张力控制节拍匹配;才能确保产品的一致性、重复性及精度。该设备集相位控制、速度控制、位置控制、张力控制为一体。

2.3 Q—Motion
　　Q173和Q172是继A系列运动控制器的更新换代产品。Q173可控制32轴;Q172可控制8轴,程序执行周期（SV22 4轴）仅为0.88ms,是以往的1/4。 Q173和Q172CPU单元具有运动控制和事件处理的64位RISC处理器,能高速度完成计算和大量数据通讯。具有多轴插补、速度控制、凸轮定形、轨迹控制等多样运动控制功能。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/位置的控制精度。Q173和Q172兼容MELSEC-Q系列PLC-CPU,进行高速顺序程序的处理 。Q02HCPU是多CPU系统的主控CPU。
　　系统软件:
　　传输装配软件SV13:提供:线性插补（1-4轴）、圆弧插补、螺旋插补、等速度控制、固定距离进给、速度控制、速度切换控制、速度-位置切换等功能,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。
　　自动机器软件SV22:在SV13功能的基础上增加了:多轴同步控制、凸轮控制、绘图控制、电子轴、电子离合器等功能.适合于印刷机、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,实施轨迹控制及相位控制.
　　同步编码器功能,实现多轴同步控制和相位自动控制。
　　数字示波器功能,实现力矩、速度、位置等电机信息的实时监控。

3、 应用软件设计
　　Q—Motion提供实模式和虚模式两种控制模式.程序设计使用Motion SFC（Sequential Function Chart）语言和支持机械的语言进行可视化编程。 Motion SFC是以流程图的形式进行描述,按照机械动作步骤编写,容易制作工序控制的程序。支持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。实现复杂的同步控制、轨迹控制及协调控制 。
　　纸尿裤生产线机的系统连锁功能,调节功能,设备启动停止控制等使用Motion SFC编程; 同步控制, 系统较正,复合辊压合/牵辊线速度控制、切刀辊相位控制等使用支持机械的语言编程; 开卷装置张力控制由Q02HCPU用梯形图编程。

3.1 同步控制
　　纸尿裤加工生产线同步通过控制程序如图3所示.

图三同步控制虚模式程序