摘 要：在簡要介紹包裝機機電原理的基礎上，深入討論基于臺達單一機電自動化平臺的運動控制系統集成設計。給出單軸定位與原點回歸等關鍵環節技術應用數據。
關鍵詞：伺服運動控制 PR單軸定位功能 數據交換
引言：
炸藥填充包裝機用于乳化炸藥類產品的生產線填充和包裝。作為機電一體化產品，填充包裝機對控制系統可靠性要求很高，同時要求維修和使用方便。通過同類自動化比較，最后選用臺達工業自動化產品平臺作為該包裝機的全系列核心控制系統。
該控制系統方案基于DELTA（臺達）AE系列人機界面、 EH系列PLC、ASD－AB伺服系統等產品的系統集成，借助其產品的數據通訊功能能夠很靈活地構造控制方案。ASD－AB伺服系統相對于傳統的PLC脈沖運動控制方案具有可靠性更高，控制更精準的優點。
本文重點討論如何利用臺達伺服的通訊功能和pr單軸定位功能來實現伺服的運動控制和產品數據交換。
機械結構和工藝要求
原理結構
炸藥包裝機是炸藥生產線上的關鍵性設備，主要由工位旋轉定位機構和伺服電機驅動裝置組成。伺服電機帶動1:40的行星減速機，驅動旋轉定位機構每次旋轉90°。到位后，配合外部氣缸等一系列動作，完成一個循環的炸藥的填充和封裝。機械結構如圖1所示。
圖1 包裝機機械結構
工藝要求
•伺服高定位精度，要求每次定位不超過4個脈沖;
•封裝高速度，能夠配合前端灌裝生產線的送料速度，實現旋轉定位機構旋轉速度1～50r/min可以任意調 節。即電機速度在0～2000r/min可調;
•具有原點回歸功能;
•能夠在人機界面上直觀的顯示伺服的工作狀態和故障信息。
包裝機電控系統設計
控制系統的硬件配置和架構
通過對整個機械工藝特點和功能要求的分析，確定程序控制單元采用臺達小型運動控制性能突出的EH系列 PLC實現，人機界面選用臺達AE系列HMI10.4寸觸摸屏作為監控單元，運動控制單元選擇ASDA-AB系列伺服驅動單元，其電氣系統控制硬件架構如圖2所示，滿足單自動化平臺的機電一體化系統集成要求。
圖2 電氣控制系統硬件架構
臺達PR單軸定位模式控制模式應用
PR控制單軸定位控制方式是臺達AB系列伺服系統特有功能，電機旋轉的定位角度和伺服速度分別由內部位置寄存器和速度寄存器確定，如附表。具體應用如下：
•位置寄存器P1-15和P1-16內數值賦值馬達的位移距離;
•速度寄存器P2-36內數值賦值馬達位移此段距離，馬達需要速度設定;
附表 位置寄存器和速度寄存器設定
圖3 臺達PR單軸定位控制
馬達定位完成后，輸出TPOS信號。馬達的加減速曲線由參數P1-34,P1-35,P1-36規劃。
填充機伺服運動的實現
伺服電機經過1：40減速機帶動旋轉定位機構每次旋轉90°，則馬達每次需要旋轉10圈整。設定伺服參數P1-15內部位置指令圈數設定參數=10。設定P1-16內部速度位置指令脈沖數參數=0。
速度寄存器P2-36等于人機設定速度值×40，由HMI設定旋轉定位速度1～50，因為涉及1：40的減速關系，故可以通過HMI宏指令數學運算完成后通訊到給定伺服寄存器P2-36。
馬達運轉命令觸發DI信號GTPG信號由PLC輸出點給定，啟動伺服馬達運轉。
馬達運轉10圈后，到達完成90°定位后會停止下來。驅動器會輸出DO信號TPOS位置到達信號給PLC輸入點，用來控制其他外部電氣回路動作。
伺服回原點動作的實現
圖4臺達伺服系統原點回歸功能
區別于一般的PLC脈沖控制方式檢測外部傳感器開關而言，臺達AB系列伺服系統特有原點回歸功能，伺服馬達回零動作規劃均由伺服驅動器參數P1-47設定規劃，PLC不需發送脈沖即可完成，并可以定位于編碼器的Z相脈沖，定位精度高,如圖4所示，實現過程如下：
伺服規劃如下：
•原點回歸方式參數設定P1-47=202；
•原點回歸第一段速度設定P1-48=1000r/min，原點回歸尋找原點減速開關ORGP的速度；
•原點回歸第二段速度設定P1-49=20r/min尋找到ORGP后，折返尋找伺服馬達Z相零位脈沖的速度；
•原點回歸觸發SHOME,由信號由PLC輸出點給定，觸發伺服馬達回原點功能啟動；
•馬達按照原點回歸第一段速度設定P1-48=1000r/min，尋找原點減速開關ORGP；
•馬達尋找到ORGP后減速到零，旋轉方向反向折返，速度按照原點回歸第二段速度設定P1-49=20r/min尋找伺服馬達Z相零位。
•定位于Z向脈沖后，驅動器會輸出DO信號HOME回原點完成信號給PLC輸入點，用來控制其他電氣動作。
伺服和HMI人機界面間的數據交換
臺達AE系列HMI支持雙端口聯機通訊功能，可同時連接2種不同協議的控制器。本案使用HMI的COM2與PLC進行RS485通訊，用以設定PLC 程序中的按鈕等元件，并可將PLC的運行狀態反饋在HMI上，此外還使用了HMI的COM1與SERVO進行RS232通訊，用以與伺服內部寄存器交換數據。臺達的HMI軟體還自建了和臺達伺服的通訊功能，只需簡單的HMI界面規劃，就可對臺達伺服寄存器內的數值進行讀取和寫入，彰顯單一自動化平臺方便直接的系統集成優勢，如圖5所示。
圖5 臺達單平臺自動化系統狀態數據
結語
相對于傳統伺服位置控制，包裝機工藝數據由人機界面設定，伺服獨立完成，無需使用專用PLC定位模塊即可實現高精度的運動定位控制，成本低。配線簡單，數據通訊控制不會存在命令脈沖受到干擾和脈沖丟失問題控制可靠。馬達速度寄存器設定，0～2000r/min任意可調，無需修改PLC指令脈沖頻率，突破了PLC定位模塊200K脈沖發送能力的瓶頸。伺服驅動器自帶的原點回歸功能，設置簡單，可以定位于編碼器Z相零位，定位精度更高。便捷的通訊方式，可以通過HMI對伺服所有參數和伺服工作狀態實時監控，界面直觀，維護便捷。
在基于臺達全系列自動化控制系統的應用案例中，借助臺達產品通訊功能的優勢和臺達AB系列伺服豐富的運動控制功能，能夠很靈活的構造各類運動控制方案，相對于傳統的PLC脈沖控制方式而言，具有可靠性更高、穩定性更好的優點。
