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高速多工位成型机的 Lenze 系统解决方案

    • 方案描述
    • 相关产品
    • 应用案例
  • 1  前言

    随着技术的革新,成型设备不断更新换代,传统的液压型吸塑机已经无法满足市场的 需求,自动化程度更高的伺服系统正逐渐取而代之,热成型技术的不断发展使其应用领域 日趋广泛,各个设备供应商针对客户一机多用、高灵活性等需要不断推出新产品。在激烈 的市场竞争下,为帮助用户更加有效地利用资源从而降低成本提高效益,必须不断改进控 制系统,使之能够出色地完成用户的各项需求,通过提升机械设备的自动化程度,充分利 用原材料,降低生产成本,减少维护时间,进而帮助用户提升市场竞争力,共同赢得长久 稳定的客户群体。Lenze 产品以优异的性能、高精确度、高运行可靠度,甚至可客户定制 化等特点出色地满足了此类设备的各项要求。

    2  多工位成型机的结构

    目前,热成型机的控制系统一般采用日系和欧系品牌,日系主要为安川系统,欧系则 有 Lenze 伦茨、B&R 贝加莱、SIEMENS 西门子。热成型设备的制造工艺不断提高,机械

    设备的生产速度逐渐加快;在片材加热温度、模具规格、压合时间等常规条件下均衡对比, 国内生产的设备其稳定工作速度不超过 40 模/分钟,台湾设备基本超过国内,欧洲进口的 设备可达 60 模/分钟甚至更高,如何提升设备产能已经成为竞争制胜的必要手段,目前采

    用 Lenze 控制系统的热成型机已达到进口设备的生产速度,其工作稳定、运行平稳的特点 成功地帮助客户打开了海外市场。随着技术的不断进步,各项功能必将日臻完善。

    生产工艺:

    图 1 多工位成型机工艺流程

    3  Lenze 产品简介

    Lenze 是业界最具创新性的企业之一,以驱动和自动化为核心竞争力,设备采用 3200C 运动控制器组态 i700 系列伺服驱动器构建多轴系统,标配 EtherCAT 运动总线,采 用再生能量单元或者功率模块连接制动电阻的形式来处理能量回馈,保证了设备的安全可 靠。模台定位功能采用 Lenze 8400motec 变频一体机,通过上位机的 CANOpen 接口建 立通讯,控制各个站的工作运行,加热系统采用 PROFIBUS 接口通讯控制西门子 HCS716I 温度控制器,优化的程序算法使温控系统更加快速、精确。

    3.1 3200C 运动控制器

    最小 1 毫秒的执行周期,支持 CANOpen、EtherCAT、Profibus 等标准通讯协议,组

    态分布式 IO 系统,多种模块组合控制设备的运行,最新的 PLC Designer3.8 版编程软件, 完成了机器的模拟、组态、编程及监控等各项功能,标准 IEC61131-3 的编程规范降低了 使用者的入门难度,只需熟悉常规编程技巧即可灵活应用,极大缩减了程序的开发周期。

    3.2 i700 伺服驱动器

    伺服本身提供 EtherCAT 标准总线接口,设备顺次连接后自动扫描即可检测到每一个工 作站,无需繁琐的硬件拨码设置,有效地减少了硬件排错时间,提供旋转变压器和编码器 两种伺服电机的反馈接口,用户可自行选择,充分体现了 Lenze 伺服灵活易用的特点。

    3.3 MCA 异步伺服电机

    此设备采用 Lenze 的 MCA 异步伺服电机,旋转变压器的反馈,配置 GKS、GFL 标准 减速器使机电产品合理配合,充分发挥了系统性能,有效地降低了运行噪音并使之运行平 稳,机械抱闸确保设备的正常工作或突发断电时工作台的安全可控。

    4  Lenze i700 多轴系统解决方案

    Lenze 可提供整套系统解决方案,以四工位高速成型机为例,系统以 3200C 运动控制 器为核心,组态 8 台 i700 伺服控制器驱动 MCA 电机,完成片材的送料、成型、冲孔、裁 剪及堆叠等功能。采用 Lenze 标准运动控制功能,完成各个轴的抱闸、回零、定位及运动 曲线控制功能,减少了系统的开发周期并提高了重复利用率。

    控制程序和设备的参数全部存储在 3200C 标配的存储卡内,即使发生了故障,只需备 份卡内数据,待更换新的控制器后插卡上电,控制器即会自动装载数据并运行程序,通过 状态指示灯即可判断 PLC 的运行状态,极大地提高了设备的升级及维护效率。高度集成的 程序设计软件 PLC Designer 可完成整个项目的组态、调试工作,让各个轴的操作及运行数 据变得一目了然,同时控制器也具备 Web 远程协议功能,只需搭建互联网远程访问终端即 可实现对设备的实时监控,方便设备制造商随时掌握设备的运转情况。

    成型机系统架构如下图所示:

    图 2 多工位成型机系统架构

    5 技术关键点

    运动控制器 3200C,搭载 Intel® Atom™ 1.6G 高速处理器,集成逻辑、运动控制 功能,分级存储区域用来装载人机界面程序,摒弃了传统的总线通讯方式,加快了交互处 理速度,缩减了人机界面的响应时间。

    进线电源经过滤波确保了其稳定性,i700 轴模块的对称安装方式确保可更加有效地 利用该母线电压,功率单元配置制动电阻,在负载频繁的往复运行中有效转化剩余能量, 从而消除了对设备的回馈冲击,提升了使用寿命;通过提高扭矩限幅显著地提升了带载能 力,使驱动单元的性能发挥到极致。优化的系统设计可最大限度地利用系统资源。

    通过分析机械结构,建立曲柄摇杆负载结构的几何模型,得到轴的运行角度与模台 升降的位置对应关系,建立数学模型生成运行曲线,得到机械运行的参数最优值,更加充 分地发挥了伺服的性能。

    在人机界面的前置接口,使用普通 U 盘即可备份系统数据,使维护变得极为简单。

    6 发展趋势

    随着人们环保意识的提高,可降解片材必将逐步取代传统的树脂材料,那么必须全面 改进设备以适应新材的各项特性,在提升用户市场竞争力的同时也改善了我们的生存环境, 目前可降解材料已经成功推向包装市场,不久即将得到广泛的应用,在可预期的未来纳米 片材或将广泛应用于包装领域。

    Lenze 3200C 控制器通过 DP 主站接口组态西门子 HCS716I 从站,设置温控标准时间 基值,优化算法后提升了加热系统的前馈环节,在 15 分钟以内即可加热到预定温度,稳定 后的温度波动在±0.5 度以内,满足用户的需求且在同类设备中处于领先水平。在后续的升 级过程中用户可采用红外加热方式,片材的受热将更加均匀,产品品质将得到提升。随着 系统的升级,Lenze 也在积极开发新的工程应用系统,在后续的调试中将采用新的运动控 制 PackML 功能来实现,可极大缩短新设备的运动控制部分的开发周期,显著提高设计人 员的工作效率。

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