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欧姆龙SMARTSTEP交流伺服系统在食品包装机中的应用
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马达的控制领域有着越来越走向复杂化的倾向, 而对伺服系统的功能要求则是高度化、多功能化, 以及更加强大的应用适应性。
欧姆龙公司的SMARTSTEP交流伺服系统就是基于传统的步进马达的简单定位系统用途,而开发出来的脉冲串输入型位置控制产品。 它结合了步进马达的简单易用特点, 同时具备步进马达难以达到的一些特征, 如: 在高速·高转矩的情况下短时间内完成定位, 在负荷急剧变化的情况下仍能保持状态稳定等, 是具有可靠性高的马达/驱动器。
快速发展的食品加工业给包装机械制造行业带来了商机。 据有关方面预计, 到2005年,我国食品机械及包装工业产值将达到440亿元,年均增长率可达10％。包装机械的最终作用在于提高生产效率和产品多样化。 包装机械技术含量日趋增加, 已将伺服电机控制技术、自动柔性补偿技术等很多先进技术应用在包装机械上。
SMARTSTEP交流伺服系统简介
高速反映·高速运转化
由于搭载了与OMRON其他标准系列伺服同样的性能, 因此具有步进马达所无法达到的高速·高转矩性能。马达的最大转速为4500r/min, 并可在此转速下连续运行。输入转矩若为短时间(1s内)的话, 可以实现额定转矩约300%为止的输出。用于中、长调整的定位时, 可缩短定位时间。
转矩特性比较, 如图1所示
图1 转矩特性比较
失调响应
由于采用分辨率为2000p/r的编码器进行反馈控制, 即使发生急剧的负荷变动或剧烈的加速减速运动, 也不会因此使运转发生位置偏移(失调)。
简单设定·设定应答
驱动器前方开关设定功能无需进行繁琐的参数设定, 即可进行运行。同时, 客户按自己的使用方式, 要变更功能、定位分辨率时, 只需驱动器前方的开关操作便可轻而易举地进行设定·变更。可做到与步进马达同等程度地使用简单。
·分辨率设定
马达的分辨率可在4种范围内进行选择:
500p/r （0.72°/步）
1000p/r （0.36°/步）
5000p/r （0.072°/步）
10000p/r （0.036°/步）
也可通过参数设定器的电子齿轮比参数对分辨率进行其他设定。
·指令脉冲输入设定
指令脉冲的输入方式, 可进行CW/CCW(双脉冲输入方式)或SIGN/PULS(单脉冲输入方式)的切换。
按照所使用的定位控制器的输出规格, 可以简单的进行配合使用。
·动态制动的设定
RUN OFF时, 或报警发生时, 可强制使马达减速、停止。
·增益设定
使用旋钮开关, 可简单的进行增益设定。另外，可以根据开关设定进行在线自动调整等, 按设备实际状况, 简单地进行各种应答性调整。
另外, 可使用参数单元/计算机, 可根据参数设定进行运转。
·圆柱型马达/扁平型马达
具有凸缘安装面积较小的圆柱型马达, 及全长较短的扁平型马达。
扁平型马达的内缘尺寸与相同输出容量的步进马达基本相同。
可以根据设备空间来进行选购, 有利于客户节省设备空间。
·种类丰富的工具
备有专用的参数单元、计算及监控软件。通过使用计算机监控软件, 可以进行参数设定、速度·电流值监控、速度·电流波形显示、I/O监控、在线自动调整、点动运转等。 同时, 可实现数台驱动器参数设定及监控的多轴通信。
SMARTSTEP在食品包装机中的应用
针对糖果、面粉、面条和饼干等食品包装机械, 我们提供了如图2所示的方案。在该方案中, 我们采用OMRON CJ1M PLC和SMARTSTEP伺服控制系统, 用于控制进料长度和包装封口。操作设定和监视采用OMRON NS8触摸屏来完成。2台OMRON E5ZN温控器分别控制侧面和末端的封口器的温度, 他们通过Compoway器件总线与PLC通信。
图2 食品包装机控制系统
累积误差
该控制系统的关键在于精确地控制包装膜进给的长度。包装不同的食品, 包装的长度不一样, 需要客户进行设定。为了设定和编程计算简单, 客户以100mm为标准单位, 控制需要Y个脉冲, 那么包装长度为300mm, 控制脉冲为3×Y。但由于进料辊的周长含小数位, 因此会产生累计误差。计算如下：
·进料辊直径: 5.34mm
·进料辊周长:
Dr＝π×5.34＝33.5522….mm
·若进给100mm, 那么转动的圈数
R100 ＝100/Dr＝2.9804…圈≌3圈
·若进给300mm＝3×R100＝9 圈。
但实际进给的长度:
9×Dr×301.9698…mm≌302mm
·因此产生累积误差。每150个300mm包装，将产生300mm误差，等于浪费1个包装。
解决累积误差的办法
解决办法就是修正SMARTSTEP内的电子齿轮比率:
·SMARTSTEP马达采用分辨率为2000p/r的编码器进行反馈控制, 经控制器内部4倍频, 因此马达必须从控制器得到8,000脉冲才转1圈。假设F代表进给脉冲, Ge代表电子齿轮比, 因此F×Ge＝8000p/r
·为了进给100mm, 马达需要转2.98042… 圈(相当于149/50圈)
·假设 1000个进给脉冲=100mm.
·1000×Ge＝8000×149/50,=> Ge=596/25。因此SMARTSTEP内的电子齿轮比率设定为596/25。
·结果进给长度的精度保持在0.05mm误差。
客户需要更快的包装机。我们提供如图3所示新的方案。该方案采用两套SMARTSTEP伺服控制系统, 减速比降为1：5。结果采用该方案的包装机的速度是前面的两倍。
图3 食品包装机控制系统
结束语
SMARTSTEP交流伺服马达与驱动器以其使用简单及具有较高的性价比，已在流水线、半导体(电子)机械、饮料灌装机、弯管机械、包装机械、食品机械等行业得到广泛的应用。
参考文献
[1] 欧姆龙公司的SMARTSTEP 交流伺服系统使用说明
欧姆龙公司的SMARTSTEP交流伺服系统就是基于传统的步进马达的简单定位系统用途,而开发出来的脉冲串输入型位置控制产品。 它结合了步进马达的简单易用特点, 同时具备步进马达难以达到的一些特征, 如: 在高速·高转矩的情况下短时间内完成定位, 在负荷急剧变化的情况下仍能保持状态稳定等, 是具有可靠性高的马达/驱动器。
快速发展的食品加工业给包装机械制造行业带来了商机。 据有关方面预计, 到2005年,我国食品机械及包装工业产值将达到440亿元,年均增长率可达10％。包装机械的最终作用在于提高生产效率和产品多样化。 包装机械技术含量日趋增加, 已将伺服电机控制技术、自动柔性补偿技术等很多先进技术应用在包装机械上。
SMARTSTEP交流伺服系统简介
高速反映·高速运转化
由于搭载了与OMRON其他标准系列伺服同样的性能, 因此具有步进马达所无法达到的高速·高转矩性能。马达的最大转速为4500r/min, 并可在此转速下连续运行。输入转矩若为短时间(1s内)的话, 可以实现额定转矩约300%为止的输出。用于中、长调整的定位时, 可缩短定位时间。
转矩特性比较, 如图1所示
图1 转矩特性比较
失调响应
由于采用分辨率为2000p/r的编码器进行反馈控制, 即使发生急剧的负荷变动或剧烈的加速减速运动, 也不会因此使运转发生位置偏移(失调)。
简单设定·设定应答
驱动器前方开关设定功能无需进行繁琐的参数设定, 即可进行运行。同时, 客户按自己的使用方式, 要变更功能、定位分辨率时, 只需驱动器前方的开关操作便可轻而易举地进行设定·变更。可做到与步进马达同等程度地使用简单。
·分辨率设定
马达的分辨率可在4种范围内进行选择:
500p/r （0.72°/步）
1000p/r （0.36°/步）
5000p/r （0.072°/步）
10000p/r （0.036°/步）
也可通过参数设定器的电子齿轮比参数对分辨率进行其他设定。
·指令脉冲输入设定
指令脉冲的输入方式, 可进行CW/CCW(双脉冲输入方式)或SIGN/PULS(单脉冲输入方式)的切换。
按照所使用的定位控制器的输出规格, 可以简单的进行配合使用。
·动态制动的设定
RUN OFF时, 或报警发生时, 可强制使马达减速、停止。
·增益设定
使用旋钮开关, 可简单的进行增益设定。另外，可以根据开关设定进行在线自动调整等, 按设备实际状况, 简单地进行各种应答性调整。
另外, 可使用参数单元/计算机, 可根据参数设定进行运转。
·圆柱型马达/扁平型马达
具有凸缘安装面积较小的圆柱型马达, 及全长较短的扁平型马达。
扁平型马达的内缘尺寸与相同输出容量的步进马达基本相同。
可以根据设备空间来进行选购, 有利于客户节省设备空间。
·种类丰富的工具
备有专用的参数单元、计算及监控软件。通过使用计算机监控软件, 可以进行参数设定、速度·电流值监控、速度·电流波形显示、I/O监控、在线自动调整、点动运转等。 同时, 可实现数台驱动器参数设定及监控的多轴通信。
SMARTSTEP在食品包装机中的应用
针对糖果、面粉、面条和饼干等食品包装机械, 我们提供了如图2所示的方案。在该方案中, 我们采用OMRON CJ1M PLC和SMARTSTEP伺服控制系统, 用于控制进料长度和包装封口。操作设定和监视采用OMRON NS8触摸屏来完成。2台OMRON E5ZN温控器分别控制侧面和末端的封口器的温度, 他们通过Compoway器件总线与PLC通信。
图2 食品包装机控制系统
累积误差
该控制系统的关键在于精确地控制包装膜进给的长度。包装不同的食品, 包装的长度不一样, 需要客户进行设定。为了设定和编程计算简单, 客户以100mm为标准单位, 控制需要Y个脉冲, 那么包装长度为300mm, 控制脉冲为3×Y。但由于进料辊的周长含小数位, 因此会产生累计误差。计算如下：
·进料辊直径: 5.34mm
·进料辊周长:
Dr＝π×5.34＝33.5522….mm
·若进给100mm, 那么转动的圈数
R100 ＝100/Dr＝2.9804…圈≌3圈
·若进给300mm＝3×R100＝9 圈。
但实际进给的长度:
9×Dr×301.9698…mm≌302mm
·因此产生累积误差。每150个300mm包装，将产生300mm误差，等于浪费1个包装。
解决累积误差的办法
解决办法就是修正SMARTSTEP内的电子齿轮比率:
·SMARTSTEP马达采用分辨率为2000p/r的编码器进行反馈控制, 经控制器内部4倍频, 因此马达必须从控制器得到8,000脉冲才转1圈。假设F代表进给脉冲, Ge代表电子齿轮比, 因此F×Ge＝8000p/r
·为了进给100mm, 马达需要转2.98042… 圈(相当于149/50圈)
·假设 1000个进给脉冲=100mm.
·1000×Ge＝8000×149/50,=> Ge=596/25。因此SMARTSTEP内的电子齿轮比率设定为596/25。
·结果进给长度的精度保持在0.05mm误差。
客户需要更快的包装机。我们提供如图3所示新的方案。该方案采用两套SMARTSTEP伺服控制系统, 减速比降为1：5。结果采用该方案的包装机的速度是前面的两倍。
图3 食品包装机控制系统
结束语
SMARTSTEP交流伺服马达与驱动器以其使用简单及具有较高的性价比，已在流水线、半导体(电子)机械、饮料灌装机、弯管机械、包装机械、食品机械等行业得到广泛的应用。
参考文献
[1] 欧姆龙公司的SMARTSTEP 交流伺服系统使用说明