TRIO运动控制器纸袋追踪切应用

【摘 要】随着社会不断的发展，一些自动化设备对控制的高精度、高响应性的需求在快速增加，现阶段自动化控制技术在不断的提高，一些精确的高速定位控制得到保证并被人们广泛应用。纸袋机是将多层纸开卷涂胶水成型，然后进行动态定长剪切的设备，即要求生产线根据送纸速度随意变化时对纸袋进行动态定长剪切，也称“飞剪”。剪切时切刀速度要与纸速度保持同步或略快于送纸速度。因此纸袋机剪切控制是一个要求很高的运动控制问题。

【关键词】旋切 运功控制 飞剪

本文主要针对纸袋机剪切控制系统开展研究和设计工作，在分析纸袋机剪切生产工艺和控制要求的基础上，按照“运动控制器+伺服系统+触摸屏”的型式，设计了纸袋机伺服跟踪切系统。该系统解决了不同袋长必须换轮问题，同时增加色标追踪功能实现了偏差的自动补偿。

1 运动控制器+伺服驱动+触摸屏方式+编码器测速+色标补偿

（1）运动控制器：用户可以根据自身需要用Trio Basic语言进行程序开发，整个系统可以脱离任何外界PC系统进行独立的运行。MC408本体可以驱动8个伺服或步进轴，自带16输入，8输出，还有1个Can扩展口通讯口。（2）切断伺服驱动器：伺服选7.5KW安川伺服1套，配减速比10/1的行星减速机。伺服电机额定转速1500转，额定扭矩50Nm，减速机额定输出最高扭矩500Nm，最高速度1000Nm（2倍过载）。（3）点胶伺服驱动：伺服选1.5KW安川伺服3套，各配减速比10/1的行星减速机驱动3根点胶轴。（4）测速编码：5000P/R 长线驱动。（5）色标传感器：选用基恩士颜色传感，最高响应时间0.2us。

2 控制实现

2.1 运动控制指令

（1）MOVELINK指令在基本轴产生直线运动，通过软件电子齿轮与连结轴的测量位置建立连接。连结轴可以向任意方向运动驱动输出运动。参数表明基本轴的距离会使连结轴移动相应的距离（link_distance）。连结轴的距离分成3个阶段应用于基本轴的运动。这些部分是加速部分，常速部分和加速部分。连结加速度和加速度由link_acceleration和link_deceleration参数设置。常速连结距离源于总的连接距离和这两个参数。三个阶段可以分为独立的MOVELINK指令或叠加在一起。

（2）ADDAX指令将叠加轴的目标位置加到运动轴的轨迹上。ADDAX允许执行两轴叠加运动。连接两轴以上，同样可以使用ADDAX。

（3）FLEXLINK 指令实现跟随主轴按定义的轨迹做运动。轨迹分2部分，基本部分（恒速段）和调整部分（变速段）。调整部分按正弦曲线叠加在恒速部分。

2.2 曲线定义

通过3段曲线实现旋切功能，即每一设定袋长，切刀旋转一圈，切一次。三段曲线如下：

（1）加速阶段曲线：distance1 = 0.5；link_acc1 = （0.5-VR（startsynpos）/10/360） * （VR（fsydistance）/10） *2；link_dec1 = 0；link_dist1 =（VR（startsynpos）/10/360）*（VR（fsydistance）/10） + link_acc1

MOVELINK （0.5，link_dist1，link_acc1，link_dec1，VR（move_axis））AXIS（VR（cut_axis））

（2）恒速阶段：base_dist= INT（（VR（cutlength）/VR（fsydistance））*1000+0.5）/1000；

excite_dist=1 - base_dist；link_dist2= VR（cutlength）/10；

base_out=100*（VR（startsynpos）/10/360）*（VR（fsydistance）/10） / （VR（cutlength）/10）；base_in=100*（VR（endsynpos）/10/360）*（VR（fsydistance）/10） / （VR（cutlength）/10）；stop_length =（（360-（VR（startsynpos）+VR（endsynpos））/10）*2+（VR（startsynpos）+VR（endsynpos））/10）*VR（fsydistance）/360/10；

IF VR（cutlength）/10

excite_acc=50

excite_dec=50

ELSE

excite_acc= 100*（ 1-（VR（cutlength）/10 - stop_length）*10 /VR（cutlength） ）/2

excite_dec= 100*（ 1-（VR（cutlength）/10 - stop_length）*10 /VR（cutlength） ）/2

ENDIFFLEXLINK（base_dist，excite_dist，link_dist2，base_in，base_out，excite_acc，excite_dec，VR（modify_axis））AXIS（VR（cut_axis））

（3）减速阶段distance3 =0.5；link_acc3 =0；link_dec3 =（0.5-VR（endsynpos）/10/360） * （VR（fsydistance）/10） *2；link_dist3 =VR（endsynpos）/10/360）*（VR（fsydistance）/10） + link_dec3；MOVELINK （distance3，link_dist3，0，link_dec3，VR（modify_axis））AXIS（VR（cut_axis））

注明：VR（startsynpos）：开始同步角；VR（fsydistance）：切刀周长；VR（endsynpos）：结束同步角；VR（cutlength）：袋长。

2.3 偏差补偿

切刀每次切断时当前长度清零，从头开始计长，当检测到色标时，当前值与理论值做比较生成偏差量，该偏差量通过Addax在补偿段叠加到切断轴上实现偏差补偿。

3 安装调试

装配必须严格按照使用说明书、原理图及技术规范执行。减少干扰和扰，电机线选用95%屏蔽线并将屏蔽层牢固接地，编码器线选用多芯屏蔽双绞线，驱动器妥善接地。

本次控制是采取模拟输出作为定伺服速度，驱动器分频反馈做闭环控制。因此在调试控制前，先将驱动器和电机整定，动态优化，把伺服系统的动态响应尽量调高，直到不产生振荡为止；然后调整运动控制的P增益，直到该轴跟随误差尽量小，而系统又不产生振荡为止。

4 \行效果

连续工作了一段时间，实切袋长与设定袋长最大误差1mm以内。不同袋长切换简单，只需要从屏上设定袋长即可。当需要色标补偿时，只需要选通色标追踪就能实现自动补偿，非常方便，完全达到预期效果。

5 结语

该控制系统具有较高的位置控制精度和良好的速度跟随特性，满足纸袋机高性能要求， 使用的灵活、高速、精确等主要特点，从而提高人们的工作效率与质量，对其它高性能剪切整套设备的研发具有借鉴意义。

参考文献：

[1]张建飞.基于Trio运动控制平台的三棱形内外圆磨削系统设计与实现[D].重庆大学，2007年.

[2]胡细东，陈益林，郑英.基于Trio运动控制器的框架绕栅机数字控制系统设计[J].制造技术与机床，2013年02期.

[3]邓华.运动控制语言的设计与实现[D].国防科学技术大学，2003年.