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解決方案

高速多工位成型機的 Lenze 系統解決方案

    • 方案描述
    • 相關產品
    • 應用案例
  • 1  前言

    隨著技術的革新,成型設備不斷更新換代,傳統的液壓型吸塑機已經無法滿足市場的 需求,自動化程度更高的伺服系統正逐漸取而代之,熱成型技術的不斷發展使其應用領域 日趨廣泛,各個設備供應商針對客戶一機多用、高靈活性等需要不斷推出新產品。在激烈 的市場競爭下,為幫助用戶更加有效地利用資源從而降低成本提高效益,必須不斷改進控 制系統,使之能夠出色地完成用戶的各項需求,通過提升機械設備的自動化程度,充分利 用原材料,降低生產成本,減少維護時間,進而幫助用戶提升市場競爭力,共同贏得長久 穩定的客戶群體。Lenze 產品以優異的性能、高精確度、高運行可靠度,甚至可客戶定制 化等特點出色地滿足了此類設備的各項要求。

    2  多工位成型機的結構

    目前,熱成型機的控制系統一般采用日系和歐系品牌,日系主要為安川系統,歐系則 有 Lenze 倫茨、B&R 貝加萊、SIEMENS 西門子。熱成型設備的制造工藝不斷提高,機械

    設備的生產速度逐漸加快;在片材加熱溫度、模具規格、壓合時間等常規條件下均衡對比, 國內生產的設備其穩定工作速度不超過 40 模/分鐘,臺灣設備基本超過國內,歐洲進口的 設備可達 60 模/分鐘甚至更高,如何提升設備產能已經成為競爭制勝的必要手段,目前采

    用 Lenze 控制系統的熱成型機已達到進口設備的生產速度,其工作穩定、運行平穩的特點 成功地幫助客戶打開了海外市場。隨著技術的不斷進步,各項功能必將日臻完善。

    生產工藝:

    圖 1 多工位成型機工藝流程

    3  Lenze 產品簡介

    Lenze 是業界最具創新性的企業之一,以驅動和自動化為核心競爭力,設備采用 3200C 運動控制器組態 i700 系列伺服驅動器構建多軸系統,標配 EtherCAT 運動總線,采 用再生能量單元或者功率模塊連接制動電阻的形式來處理能量回饋,保證了設備的安全可 靠。模臺定位功能采用 Lenze 8400motec 變頻一體機,通過上位機的 CANOpen 接口建 立通訊,控制各個站的工作運行,加熱系統采用 PROFIBUS 接口通訊控制西門子 HCS716I 溫度控制器,優化的程序算法使溫控系統更加快速、精確。

    3.1 3200C 運動控制器

    最小 1 毫秒的執行周期,支持 CANOpen、EtherCAT、Profibus 等標準通訊協議,組

    態分布式 IO 系統,多種模塊組合控制設備的運行,最新的 PLC Designer3.8 版編程軟件, 完成了機器的模擬、組態、編程及監控等各項功能,標準 IEC61131-3 的編程規范降低了 使用者的入門難度,只需熟悉常規編程技巧即可靈活應用,極大縮減了程序的開發周期。

    3.2 i700 伺服驅動器

    伺服本身提供 EtherCAT 標準總線接口,設備順次連接后自動掃描即可檢測到每一個工 作站,無需繁瑣的硬件撥碼設置,有效地減少了硬件排錯時間,提供旋轉變壓器和編碼器 兩種伺服電機的反饋接口,用戶可自行選擇,充分體現了 Lenze 伺服靈活易用的特點。

    3.3 MCA 異步伺服電機

    此設備采用 Lenze 的 MCA 異步伺服電機,旋轉變壓器的反饋,配置 GKS、GFL 標準 減速器使機電產品合理配合,充分發揮了系統性能,有效地降低了運行噪音并使之運行平 穩,機械抱閘確保設備的正常工作或突發斷電時工作臺的安全可控。

    4  Lenze i700 多軸系統解決方案

    Lenze 可提供整套系統解決方案,以四工位高速成型機為例,系統以 3200C 運動控制 器為核心,組態 8 臺 i700 伺服控制器驅動 MCA 電機,完成片材的送料、成型、沖孔、裁 剪及堆疊等功能。采用 Lenze 標準運動控制功能,完成各個軸的抱閘、回零、定位及運動 曲線控制功能,減少了系統的開發周期并提高了重復利用率。

    控制程序和設備的參數全部存儲在 3200C 標配的存儲卡內,即使發生了故障,只需備 份卡內數據,待更換新的控制器后插卡上電,控制器即會自動裝載數據并運行程序,通過 狀態指示燈即可判斷 PLC 的運行狀態,極大地提高了設備的升級及維護效率。高度集成的 程序設計軟件 PLC Designer 可完成整個項目的組態、調試工作,讓各個軸的操作及運行數 據變得一目了然,同時控制器也具備 Web 遠程協議功能,只需搭建互聯網遠程訪問終端即 可實現對設備的實時監控,方便設備制造商隨時掌握設備的運轉情況。

    成型機系統架構如下圖所示:

    圖 2 多工位成型機系統架構

    5 技術關鍵點

    運動控制器 3200C,搭載 Intel® Atom™ 1.6G 高速處理器,集成邏輯、運動控制 功能,分級存儲區域用來裝載人機界面程序,摒棄了傳統的總線通訊方式,加快了交互處 理速度,縮減了人機界面的響應時間。

    進線電源經過濾波確保了其穩定性,i700 軸模塊的對稱安裝方式確??筛佑行У?利用該母線電壓,功率單元配置制動電阻,在負載頻繁的往復運行中有效轉化剩余能量, 從而消除了對設備的回饋沖擊,提升了使用壽命;通過提高扭矩限幅顯著地提升了帶載能 力,使驅動單元的性能發揮到極致。優化的系統設計可最大限度地利用系統資源。

    通過分析機械結構,建立曲柄搖桿負載結構的幾何模型,得到軸的運行角度與模臺 升降的位置對應關系,建立數學模型生成運行曲線,得到機械運行的參數最優值,更加充 分地發揮了伺服的性能。

    在人機界面的前置接口,使用普通 U 盤即可備份系統數據,使維護變得極為簡單。

    6 發展趨勢

    隨著人們環保意識的提高,可降解片材必將逐步取代傳統的樹脂材料,那么必須全面 改進設備以適應新材的各項特性,在提升用戶市場競爭力的同時也改善了我們的生存環境, 目前可降解材料已經成功推向包裝市場,不久即將得到廣泛的應用,在可預期的未來納米 片材或將廣泛應用于包裝領域。

    Lenze 3200C 控制器通過 DP 主站接口組態西門子 HCS716I 從站,設置溫控標準時間 基值,優化算法后提升了加熱系統的前饋環節,在 15 分鐘以內即可加熱到預定溫度,穩定 后的溫度波動在±0.5 度以內,滿足用戶的需求且在同類設備中處于領先水平。在后續的升 級過程中用戶可采用紅外加熱方式,片材的受熱將更加均勻,產品品質將得到提升。隨著 系統的升級,Lenze 也在積極開發新的工程應用系統,在后續的調試中將采用新的運動控 制 PackML 功能來實現,可極大縮短新設備的運動控制部分的開發周期,顯著提高設計人 員的工作效率。

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