关于多轴伺服制瓶机控制系统

关于多轴伺服制瓶机控制系统论文摘要：多轴伺服制瓶机控制系统，即全伺服制瓶机控制系统，是国内外行列式制瓶机控制领域的全新产品，是三金公司根据国内外玻璃瓶罐机械的开展趋势，以最正确性价比、最简单的构造、最方便的操作维护和可靠性为目的，用单片机、集成电路等元器件，从电路根底进展硬件设计和程序编制的百轴伺服控制系统。该系统的轴数、曲线、功能可选择和可灵敏扩展，可以控制从单轴到140多个伺服轴机构的定时定位定曲线的协调同步运行。该系统控制的制瓶机，用伺服驱动机构取代高能耗的气动机械机构，用电子凸轮取代机械凸轮，用电子缓冲取代液压缓冲，到达全伺服制瓶机的低本钱、低能耗、易操作、高性能、高效率，使制瓶机的供料、分料、接料、模子开关、扑气、吹气、翻瓶、取瓶、冷却、真空、拨瓶等整机数百个运动和动作全部自动化完成，实现低能耗环保的机器人制瓶。介绍三金公司研发的多轴伺服制瓶机控制系统的构造、功能、特性以及伺服控制在行列式制瓶机上应用所产生的效果。论文关键词：全伺服制瓶机；制瓶机器人；环保节能0前言目前国内外玻璃瓶罐机械制造业消费的行列式制瓶机主要为气动和机械凸轮驱动的机器。制瓶过程是一系列的机构和阀门协调动作完成的，机器的动作主要是通过机械阀门或者电磁阀控制气路的通断，从而驱动机构和机械凸轮的运行，有些机构要使用液压缓冲才能稳定运行，有些机构的机械凸轮需要铰链油箱进展油裕制瓶机上的能量转换首先是把电能经过空压机转换成压缩空气的压缩能，经过对压缩空气的净化处理，通过复杂的气管道输送到制瓶机上，再由气来驱动机构的动作。这种控制方式能源利用率太低，能耗高，噪音大，造成了严重的环境污染，动作稳定性差，构造复杂，运行机速低。开发节能型伺服机构制瓶机，是行业技术进步的需求，更是国家绿色环保和低碳经济的要求。随着电子信息技术的飞速开展和伺服电机的普及应用，国内外的玻璃瓶罐机械行业相继研制出伺服钳瓶、伺服翻转等制瓶机上的部分伺服机构，取代了老式的气动机构和机械凸轮。这些伺服电动机构驱动的制瓶机具有运行稳定、能耗低、噪音孝污染孝机速高等优点，深受用户欢迎。近几年来，三金公司研制了全伺服制瓶机控制系统，研制了基于该系统控制的单轴拨瓶器、单轴伺服分料器、双轴伺服供料机、双轴电子拨瓶器、伺服运动钳移器、伺服运动翻转器的行列式制瓶机，并大批量推向市场，创新研发了配置双轴伺服供料机、双轴电子拨瓶器、伺服运动钳移器、伺服运动翻转器、初型模及成型模伺服平行开关机构、伺服扑气、伺服正吹气等的全伺服制瓶机的一组样机。本文简介多轴伺服制瓶机控制系统的构造特点及其功能原理。1技术要求根据国内外玻璃瓶罐行业的现状，要使更多的伺服机构应用于行列式制瓶机，简单而可靠的多轴伺服控制是关键技术。综合分析瓶罐行业的工艺要求的特殊性和自动化行业多轴运动控制的现状，行列式制瓶机上的伺服控制系统要解决如下一系列问题。11构造复杂问题多轴运动控制最直接可选的方案是“pl主模块+“假设干个运动控制模块十“数块i0模块+“通讯模块+“上位工控机。12组行列式制瓶机的全伺服控制最少需要135个轴，这就需要庞大的控制构造，需要1220个控制柜才能完成。所以设计制瓶机的伺服控制系统，首先是要解决构造复杂的问题。12性价比问题伺服系统的价格主要决定于伺服控制和伺服电机驱动器，要选用“pl主模块+“假设干个运动控制模块+“数块i模块+“通讯模块+“上位工控机的构造，制瓶机每个伺服轴的控制和伺服电机驱动器要510万元，每台8组带伺服翻转和伺服钳瓶的2轴伺服制瓶机，单是伺服控制就要增加80160万元的本钱，用户很难承受，并且构造复杂，维护困难。所以制瓶机伺服控制系统要在中国普及应用，必须解决性价比问题。13维护操作方便性问题伺服制瓶机控制系统，从每组单轴到每组十几个伺服轴的控制，整机100140轴，每个轴要调整初始位置、行程、运行曲线，每个轴要在各种状态下平安顺利自动定位启动，这也是应该重点考虑的问题。当前国内外的伺服钳瓶和伺服翻转控制系统，普遍存在操作复杂的问题。有的系统启动不能自动定位，要用手动辅助找位；有的系统停电后再启动，需要用便携终端重新调整定位；调整定位值需要到控制室中进展，给用户带来了诸多不便，这都是需要解决的问题。1.4伺服轴数和功能可扩展性问题伺服控制系统的设计要有可扩展性，可以配置到不同轴数的各式制瓶机上，而不是一种配置用一种系统。能控制每组制瓶机1个伺服轴，也能控制每组制瓶机十几个伺服轴，实现从单轴到全伺服制瓶机的控制。1.5启动/停机方便迅速伺服轴的启动与消费线总启动信号同步从平安位置自动启动，停机时跟随消费线同步停机，停在设定位置，紧急停机停在平安位置，单轴人为停机停在需要位置。2解决方案为解决上述问题，三金公司研制了“行列式制瓶机多轴伺服控制系统的解决方案。21系统的构造严密结合制瓶机特殊工艺要求研发的单板4轴伺服运动控制、特殊曲线生成及功能控制于一板(尺寸为150iii1ti200)的u运动控制器，一块小板可以实现4个轴的可灵敏编程定时定位定曲线的运动控制、4个轴的i0工艺功能控制、通讯和数据处理功能，实如今机器旁边用2个按钮可以调整每个伺服轴的初位和末位的位置、确定行程、运行中调整行程以及启动一键定位等国内外相近产品所没有的独特功能。多块u运动控制器固定到同一块底板上，通过底板连接驱动器、系统同步信号、现场i0信号及上位机的通讯线，就形成了几十轴的伺服运动控制和凸轮曲线生成器单元，一个2000x750e750lll的控制柜可以安装3240个伺服轴控制的伺服电机驱动器和相应的u伺服控制单元，同样的用34个控制柜可以扩展成140多个伺服轴的控制器，实现12组大型制瓶机的全伺服驱动和全自动控制(取代国外相近产品的1220个控制柜)，制瓶机的工作参数在上位机用户界面上修改，上位机友好的用户界面与消费线上的其它系统公用，修改的数据按照地址和数据分类发送到相应的u运动控制器板。此外，本系统按构造简单、操作直观、易懂的设计理念，把机器上每个伺服轴的2个按钮1个开关定义了复用功能，可以用按钮一键定位、按钮调整初始位、按钮调整行程(并且区分粗调、细调、到位缓冲调整)、运行中微调行程、按钮清报警等便于现场操作的先进功能。无论是停电后还是停机后，位置自动记忆，开关一键定位，或者随消费线系统启动而自动定位启动进入同步运行。所驱动的所有伺服机构采用普通伺服电机和驱动器，实现最正确性价比。程序设计实现伺服机构的运行时间随消费线的速度变化而自动变化。全方位到达构造更简单，性价比更优，操作更方便。图1是多轴伺服制瓶机控制系统构造示意图。图中p是上位计算机，pn是控制柜，k是初型侧控制盘，lpn是成型侧控制盘，tk1tk12是112组伺服钳移器电机，iv1iv12是1l2组伺服翻转器电机，pb1pbi2是112组伺服初型模平行开关电机，0pp10pp12是112组伺服成型模平行开关电机，p1pi2和r1r12是双轴伺服拨瓶器电机。其它伺服机构的控制构造与此同，由另外一个控制柜实现，公用上位计算机。22系统的控制原理图2是多轴伺服制瓶机控制系统的控制原理示意图。图中以其中的一块运动控制器板为例，描绘了伺服运动钳移器、伺服运动翻转器、双轴拨瓶器的控制原理。图中p是上位计算机，是自制的4轴一体运动控制器板，k是控制盘，pl、1和sv1是伺服运动钳移器的伺服驱动器、伺服电机及其所驱动的伺服机构，p2、2和sv2是伺服运动翻转器的伺服驱动器、伺服电机及其所驱动的伺服机构，p3、p4、3、4和sv3是双轴拨瓶器的伺服或步进电机的伺服驱动器、伺服或步进电机及其所驱动的双轴拨瓶机构。上位机p把用户设定的运动曲线及其运动配时数据下载到运动控制器中，运动控制器根据控制盘k上的用户命令和系统同步信号tb的要求，实时向伺服驱动器发送控制信号和运动曲线脉冲信号(或者是曲线命令数据)，伺服驱动器pi根据输入命令驱动伺服电机运行，运行位置通过电机轴头上的编码器反响控制，到达位置的跟踪定位。伺服电机带动伺服机构运行，实现每个伺服机构的点动、初始化、单步、间歇同步运行，运行符合制瓶机工艺要求的凸轮曲线和运动轨迹，到达准确动作，准确定位，协调同步。图3是电子定时、伺服运动钳瓶器和双轴拨瓶器的制瓶机成型侧控制盘。相当于图1中的lpn或者是图2中的k，其中的右数第5、6、7三个开关按钮是伺服运动钳瓶器的“手动零位自动控制开关和jg按钮，这3个开关按钮的配合，可以实现放瓶位置调整、取瓶位置调整、自动初始化定位、运行中行程微调等功能。其中右数第8个按钮是双轴拨瓶启动/停顿按钮，控制双轴拨瓶器的启动和停顿。图4是电子定时、伺服运动翻转器的制瓶机初型侧控制盘。相当于图1中和图2中的k，其中左边3个开关按钮是伺服运动翻转器的“手动零位自动控制开关和jg按钮，这3个开关按钮的配合，可以实现翻转和返回位置调整、自动初始化定位、运行中行程微调等功能。23预期效果多轴伺服制瓶机智能控制系统有效实现制瓶机伺服多轴控制的可扩展性、可选配性，适宜配置到所有的国产和进口制瓶机上。根据用户对制瓶机配置伺服轴多少的要求，可以控制1140个伺服轴，直到全伺服制瓶机“制瓶机器人的控制，到达大型12组制瓶机的全部机构伺服化控制。如今用该系统在单轴拨瓶器、单轴伺服分料器、双轴伺服供料机、伺服运动钳移器、伺服运动翻转器、伺服双轴拨瓶器、双轴伺服初型模开关、双轴伺服成型模开关、伺服扑气头、伺服吹气头、伺服芯子等到达每组制瓶机十几个伺服轴的制瓶机机器人控制。本系统所控制的单轴拨瓶器、单轴伺服分料器、双轴伺服供料机、伺服运动钳移器、伺服运动翻转器、伺服双轴拔瓶器成功应用到各式制瓶机上投入运行，深受用户欢迎，创造了很好的经济效益和社会效益。根据市场开展趋势和国家低碳经济的要求，三金公司开发并试制了基于“多轴伺服制瓶机智能控制系统控制的制瓶机器人(全伺服制瓶机)一组样机，并在“2022年中国国际玻璃工业展览会上展出，这标志着玻璃瓶罐消费装备迈向了低能耗伺服驱动的全伺服制瓶机时代。24主要技术性能(1)实现每组制瓶机十几个伺服轴，整机140多轴的协调同步、定时定位定曲线控制。(2)实现每3240轴的智能运动控制和伺服驱动器集成一体化构造。(3)所有伺服机构现场操作一键定位。(4)所有伺服机构现场按纽修改零位偏移和运动行程。(5)所有伺服机构现场运行中微调行程。(6)所有伺服机构现场位置粗调和细调、按钮单步运行、按钮手动调试、按钮清报警等功能。(7)伺服机构到位的电子缓冲量调整。(8)定位精度123000，定时精度01度。(9)基于标准度数的电子凸轮曲线生成和电子凸轮运行，到达每个轴“从设定时间开始运行特定曲线，在设定时间运行到设定位置的高难度控制指标。(10)与制瓶机消费线的其它系统信号共享，启动停机故障保护连锁控制。(11)与制瓶机消费线的其它系统共享上位机inds操作系统下的用户界面。