丹佛斯ISD410全伺服高速回轉(zhuǎn)式貼標(biāo)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行原理解析

近年來，啤酒飲料行業(yè)高速發(fā)展，競爭日趨激烈，追求內(nèi)在品質(zhì)的同時(shí)，產(chǎn)品外在的獨(dú)特而精美包裝已成為拉動(dòng)其消費(fèi)的不二法寶。產(chǎn)品在追求標(biāo)新立異的背后，無疑對(duì)包裝領(lǐng)域的核心設(shè)備——貼標(biāo)機(jī)提出了更高的要求。國內(nèi)貼標(biāo)機(jī)迎來了新一輪的技術(shù)革新浪潮，全伺服貼標(biāo)機(jī)無疑是其中的絕對(duì)主角。

1. 丹佛斯ISD410伺服控制系統(tǒng)簡介

ISD410是丹佛斯基于低速高轉(zhuǎn)矩永磁同步伺服電機(jī)的集成伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。系統(tǒng)所有傳動(dòng)點(diǎn)采用直流母線電壓供電。主控制器和各個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)間采用CAN總線通訊。電源線和通訊線集成于一根電纜。主控制器編程設(shè)計(jì)是基于IEC 61131-3編程語言體系。

2. 功能組件具體描述

2.1 AC/DC電源（PS）

ISD系統(tǒng)的主進(jìn)線電壓為400 V AC；400VAC 經(jīng)整流后變?yōu)?00VDC直流母線電壓。最大電流10A對(duì)應(yīng)最大功率為3.0kW，具有過流保護(hù)功能。

2.2 連接盒（CB）

300VDC 直流母線電壓輸入和CAN總線輸入。 直流母線和CAN總線組成一條混合電纜與ISD傳動(dòng)點(diǎn)連接。具體來說，從連接盒中接出一根混合電纜連接到第一個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)， 之后依次用混合回路電纜串聯(lián)系統(tǒng)的后續(xù)各個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)。

2.3 編碼器盒（EB）

編碼器讀取外部引導(dǎo)值編碼器（SSI 編碼器）的數(shù)據(jù)。 信號(hào)經(jīng)編碼器盒檢查后作為引導(dǎo)值并附帶上時(shí)間戳信息5ms經(jīng)CAN總線直接發(fā)送給ISD電機(jī)。

2.4 主控制器（Main Controller）

可以選擇任何一款符合CoDeSys 硬件聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)的主控制器，系統(tǒng)最低要求：CoDeSys 2.3 軟件，1xCAN，1xRSS232，USB，SD卡和1xEthernet 端口。主控制器控制傳動(dòng)點(diǎn)動(dòng)作，如包含診斷和故障處理功能的啟動(dòng)、停止功能等。運(yùn)動(dòng)控制邏輯運(yùn)行在ISD 傳動(dòng)點(diǎn)中而非主控制器中。

2.5 ISD 410電機(jī)

ISD410電機(jī)是集成伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電子電路和永磁電機(jī)部分封裝在一起。ISD電機(jī)的輸入電壓是300VDC。采用CAN總線通訊。每一臺(tái)ISD電機(jī)后端具有兩個(gè)連接頭，一個(gè)作為回路電纜進(jìn)線，一個(gè)作為回路電纜出線。所有的控制算法和整個(gè)運(yùn)動(dòng)控制邏輯都集成在電機(jī)機(jī)身上的緊湊的伺服控制器中。為此，軌跡發(fā)生器由DSP實(shí)現(xiàn)，并通過CAN接收主編碼器的位置信號(hào)引導(dǎo)值，ISD電機(jī)會(huì)按照引導(dǎo)值編碼器的數(shù)據(jù)在凸輪模式下運(yùn)行。

ISD電機(jī)具體參數(shù)如下：

?IP65防護(hù)等級(jí)

?旋變反饋

?電壓 300VDC

?最大轉(zhuǎn)矩 8 Nm

?最大電流 3.95 A

?最大轉(zhuǎn)速 1000 rpm

3.丹佛斯ISD410 伺服控制系統(tǒng)在高速回轉(zhuǎn)式貼標(biāo)機(jī)中的應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)特點(diǎn)

ISD410系統(tǒng)菊花鏈?zhǔn)浇泳€結(jié)構(gòu)與回轉(zhuǎn)式貼標(biāo)機(jī)完美結(jié)合，接線簡單、維護(hù)方便，如圖2所示。

由于運(yùn)動(dòng)控制電路與伺服電機(jī)集成在一起，所有的運(yùn)動(dòng)控制邏輯直接在電機(jī)內(nèi)部運(yùn)行，所以系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間極快，同步性能大大提高。伺服控制器與上位主控設(shè)備之間僅通過CAN總線傳輸很少的控制數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量大大減少，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃源蟠筇岣摺?/p>

高速回轉(zhuǎn)式貼標(biāo)機(jī)，分為固定部分和旋轉(zhuǎn)部分。兩部分之間的電力傳輸和數(shù)據(jù)交換需要滑環(huán)結(jié)構(gòu)。ISD410系統(tǒng)，所有的復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)在集成伺服驅(qū)動(dòng)器上，所以通過滑環(huán)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量非常小，滑環(huán)結(jié)構(gòu)大大簡化，只需電源連接模塊和CAN總線通訊模塊即可。

ISD410電機(jī)的接線端子全部采用不銹鋼結(jié)構(gòu)，牢固耐用。

針對(duì)高速回轉(zhuǎn)式貼標(biāo)機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)，丹佛斯伺服研發(fā)團(tuán)隊(duì)基于CoDeSys2.3軟件專門開發(fā)了一整套函數(shù)庫，并編寫了例程。方便用戶調(diào)試和系統(tǒng)維護(hù)。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

高速回轉(zhuǎn)式伺服貼標(biāo)系統(tǒng)主要由三部分組成：

1） 主系統(tǒng)為回轉(zhuǎn)式貼標(biāo)系統(tǒng)，以25臺(tái)ISD410集成伺服電機(jī)為核心。

2） 標(biāo)站子系統(tǒng)。

3） 攝像系統(tǒng)/位置檢測系統(tǒng)。

下圖是 25軸回轉(zhuǎn)式貼標(biāo)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。其中25臺(tái)ISD電機(jī)平均分布在轉(zhuǎn)盤上，隨轉(zhuǎn)盤一起旋轉(zhuǎn)，其余ISD系統(tǒng)組件皆放置在固定的控制柜中，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過滑環(huán)與CB模塊連接。

3.3 ISD 410回轉(zhuǎn)式貼標(biāo)系統(tǒng)運(yùn)行原理

每臺(tái)ISD電機(jī)對(duì)應(yīng)一個(gè)瓶位，受電子凸輪曲線控制。電子凸輪曲線由Danfoss專用工具Curve Editor 編制。凸輪曲線由結(jié)點(diǎn)（Node）和曲線段（Segment）組成。根據(jù)客戶要求， 凸輪曲線段至少為12段。攝像檢測過程、瓶體角度調(diào)整過程和貼標(biāo)過程為必須的關(guān)鍵過程。

4. 總結(jié)

丹佛斯 ISD410全伺服高速回轉(zhuǎn)式貼標(biāo)機(jī)系統(tǒng)，具有速度高，定位精準(zhǔn)，操作簡單，貼標(biāo)靈活等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械式定位貼標(biāo)機(jī)的全面超越。尤其是攝像系統(tǒng)定位的加入，使得異型瓶貼標(biāo)變得異常簡單，極大豐富了啤酒飲料等終端用戶的包裝選擇。目前該系統(tǒng)已經(jīng)服務(wù)于多家啤酒飲料企業(yè)。
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