Автоматизация упаковочной линии шоколадных конфет. Часть 2.

Во второй части статьи рассматриваются принципы расчета работы подающего транспортера, коррекции отклонений по положению и алгоритм настройки основных параметров системы управления

В первой части статьи мы рассмотрели общие принципы работы упаковочной линии шоколадных конфет и систему автоматизации данной линии, построенную на базе средств автоматизации Delta Electronics. Также были подробно рассмотрены методы синхронизации различных участков линии — приёмного и подающего транспортёров, укладчика конфет и узла упаковки, используя встроенные возможности ПЧ Delta VFD-E и сервоприводов Delta ASD-A2.

В данной статье мы описываем принципы расчетов работы подающего транспортера и коррекции отклонений по положению, а также общие проблемы, могущие возникнуть при настройке/работе линии, и способы их решения.

Расчёт и моделирование работы подающего (лопаточного) транспортёра

Поскольку принципы настройки подающих транспортёров на одну конфету и несколько — одинаковы, рассмотрим второй из них (рис. 1).

Рис. 1. Блок-схема управления подающим (лопаточным) транспортёром

Сервопривод лопаточного транспортёра и сервопривод подачи упаковочной плёнки синхронизированы. Считаем, что они движутся со скоростью V, шаг между лопатками равен S и время упаковки одной конфеты — t. Это означает, что за время t транспортёр переместится на расстояние S со скоростью V. Так как шаг цепи транспортёра одинаков, считаем, что имеется цепь бесконечной длины.

Чтобы разместить конфету (её длина принимается равной D) ровно по центру между лопатками, необходимо выставить (и отслеживать) расстояние между краем конфеты и лопаткой. Рассчитывается оно как (S-D)/2 (оранжевая линия на рис. 1). Считаем эту точку как базовую, относительно которой рассчитываются управляющие воздействия для сервоприводов.

Методика коррекции отклонений

Когда лопатка проходит мимо датчика, контроллер получает от сервопривода значение положения лопатки S_CHAIN. При прохождении конфеты мимо датчика контроллер получает от сервопривода также значение её положения S_CANDY. При старте упаковочной линии лопатка проходит мимо датчика раньше конфеты, соответственно расстояние между лопаткой и конфетой равно ΔS = S_CANDY − S_CHAIN. При этом ΔS >= 0 и ΔS <= S. На рис. 2 лопатке соответствует голубая линия. Оранжевая линия на рис. 2, соответствующая расположению края конфеты, отстаёт от лопатки на расстояние (S−D)/2.

Рис. 2. Расчетные данные для настройки подающего транспортера

Если датчик А не обнаруживает конфету, значит она и лопатка синхронизированы и движутся со скоростью V. Этот датчик применяется для фиксации несоответствия реального положения конфеты целевому. При наличии такого несоответствия (датчик A обнаружил конфету) система управления формирует команду ускорения движения в точке А для «захвата» положения базовой точки или замедления до следующей.

Ускорение или замедление происходит на выбираемой оператором скорости из определенного заранее диапазона. Условием полной синхронизации движения конфеты с лопаточным конвейером является достижение конфетой датчика B одновременно с лопаткой. Алгоритм коррекции представлен на рис. 3.

Рис. 3. Алгоритм коррекции отклонений по положению

Расчёт управляющего воздействия

Рассмотрим возможные ситуации, возникающие при несинхронном движении конфеты и ленточного транспортёра, и методы расчёта корректирующего воздействия.

Ситуация 1. Если базовая точка попадает в красный интервал (рис. 4), значит −(S−D)/2 <=ΔS*<=0, а интервал лопаточного транспортёра составляет: 0<=ΔS<=(S−D)/2.

Очевидно, чтобы положение конфеты совместилось с базовой точкой, необходимо замедлить её движение. Если конфета движется от датчика А со скоростью V и далее останавливается под датчиком В, а время движения t, то: S = V* × t.

Базовая точка будет достигнута со скоростью V за время t. Диапазон регулирования составляет S* = S+(S-D)/2−ΔS = V × t

C учётом уравнения для t вычисляем требуемую скорость V*:

Рис. 4. Схема расчета корректирующего воздействия для ситуации 1

Ситуация 2. Чтобы избежать ситуации, показанной на рис. 5 (возникает при чрезвычайно высокой скорости движения лопаточного транспортёра), в процессе настройки системы необходимо задать границу диапазона регулирования в точке на расстоянии S/2 от датчика A.

Если базовая точка находится в красном интервале, то 0<=ΔS*<=S/2.

Диапазон регулирования для лопаточного транспортёра составляет: (S−D)/2<= ΔS<=(2S−D)/2.

Чтобы совместиться с базовой точкой, необходимо ускорить движение конфеты.

Если конфета движется от датчика А со скоростью V и далее останавливается под датчиком B, а время движения t, то S=V*×t

Базовая точка будет достигнута со скоростью V за время t. Диапазон регулирования составляет S*=S−(ΔS−(S−D)/2)=V×t

C учётом уравнения для t:

Рис. 5. Схема расчета корректирующего воздействия для ситуации 2

Ситуация 3. Если две конфеты фиксируются одновременно (в момент времени T), то формируется команда ускорения. При этом положение второй конфеты имеет большее рассогласование. Для регулируемого транспортёра возникает ситуация, когда две конфеты, будучи привязанные к одной базовой точке, попадут в одну ячейку лопаточного транспортёра. Для предотвращения таких сбоев движение конфет необходимо замедлить.

Если базовая точка находится в красном интервале (рис. 6), то S/2<=ΔS*<=S−(S−D)/2.

Диапазон регулирования для лопаточного транспортёра составит (2S−D)/2<= ΔS<=S.

Если конфета движется от датчика А со скоростью V и далее останавливается под датчиком B, а время движения равно t, то S=V*×t

Базовая точка будет достигнута со скоростью V за время T+t.

Диапазон регулирования составляет S*=2S−(ΔS−(S−D)/2)=V×t

C учётом уравнения для t:

Рис. 6. Схема расчета корректирующего воздействия для ситуации 3

Настройка «летающих ножниц»

Чтобы обеспечить высокую производительность «летающих ножниц», разрезающих пакеты, используется режим «электронного кулачка» (Pr mode) в сервоприводе ASDA-A2. Все необходимые параметры могут быть введены с панели оператора. Таким же образом можно задать размер резки.

Для точной настройки необходимо установить значения параметров сервоприводов, указанные в таблице:

• P5-39 = 0X0020: исходные данные — импульсные команды
• P5-88 = 0X0251: исходные данные для «электронного кулачка» — синхронизация от мастер-оси «capture sync axis»
• Синхронизация начальной точки — любая точка мастер-оси
• Синхронизация конечной точки не требуется
• P5-97 = 1: разрешение макрокоманды, то есть режима синхронизации от мастер-оси.

Настройка основных параметров сервопривода:

Методика проведения пуско-наладочных работ

Сперва производится настройка датчика подающего транспортёра:

• На экране «ввод параметров» установите «размер конфеты» (по умолчанию — 30 мм)
• На экране «продукция» при условии «автоматический режим» сначала установите «скорость» = 100 и нажмите кнопку «подготовка к работе»
• Откройте экран настройки датчиков подающих транспортёров и нажмите «останов наладочный транспортёров» для подачи нескольких конфет или одной конфеты. При постоянной скорости ленты, если положить две конфеты, то расстояние между ними останется неизменным
• Положите конфеты на выходной транспортёр и на экране «настройка датчика подающего транспортёра» выполните необходимые настройки
• Нажмите кнопку «останов наладочный транспортёров (несколько конфет)» или «останов наладочный транспортёров (одна конфета)» и выйдите со страницы «настройка датчика подающего транспортёра».

На втором этапе выполняется настройка сервоприводов узла упаковки:

• Произведите оценку инерции нагрузки
• Задайте усиление, установив P2-47=1
• Запрограммируйте профиль кулачка и задайте соответствующие связанные параметры
• Ручные операции:
  
  • Установите толчковую скорость 5...10 об/мин
  • Включите сигнал цветной метки
  • Лопаточный транспортёр и вращающийся нож пришли в движение синхронно с валом. Если вал вращается, а «электронный кулачок» не запускается, проверьте значения следующих параметров: P1-74 = 2, P5-88 = 251, P5-97 = 1, P5-19 = 1000000, а также изменяется ли значение параметра P1-86 при вращении вала
• Подтвердите направление импульсов «электронного кулачка» от энкодера. Проверьте значение параметра P5-37 сервоприводов транспортёра и вращающегося ножа, убедитесь, что оно положительно и увеличивается в процессе работы. Если нет, необходимо изменить подключение энкодера (входы OA, OB)
• Проверка резки упаковочной плёнки. В процессе работы проверьте значение параметра P5-79 — оно должно быть близко к нулю. Если значение увеличивается, то проверьте:
  
  • наличие сигнала цветной метки
  • не проскальзывает ли вал привода плёнки
  • правильно ли установлено значение параметра P5-78.

Общие проблемы и способы их решения

Проблема 1. На приёмном конвейере конфеты уложены не в линию

• Необходимо проверить, правильно ли установлен датчик и не нарушено ли рабочее расстояние

Проблема 2. Конфеты падают в конце зигзагообразного транспортёра

• Скорость упаковки очень мала, необходимо убедиться в правильной установке ленты транспортёра и направляющих роликов

Проблема 3. При подаче две конфеты одновременно попадают в одну ячейку лопаточного транспортёра

• При малой скорости упаковки происходит скопление, «набегание» конфет на лопаточном конвейере. Увеличьте скорость упаковки
• При высокой температуре происходит слипание конфет друг с другом. Отрегулируйте температуру

Проблема 4. При подаче конфеты вылетают

• Проверьте правильность установки датчика
• Необходимо убедиться, что рабочее расстояние датчика выставлено правильно, особенно в точке сопряжения двух конвейеров
• Проверьте, чтобы лента конвейера не проскальзывала
• Убедитесь, что система прижима конфет воздухом к ленте работает правильно и конфеты прижимаются
• Проконтролируйте чистоту ленты транспортёра
• Проверьте, чтобы нижняя поверхность конфеты была ровная и чистая
• Скорость подачи превышает скорость упаковки, отрегулируйте скорость подачи

Проблема 5. Упаковывается много пустых пакетов

• Скорость упаковки выше скорости подачи, отрегулируйте скорость подачи
• Производительность машины, производящей конфеты, существенно ниже нормы

Проблема 6. Привод работает, а транспортёр или нож — нет

• Проверьте, загружена ли таблица профиля кулачка

Проблема 7. Длина резки отличается от заданного значения

• Убедитесь, что таблица механических параметров «летающих ножниц» задана правильно

Проблема 8. Несмотря на то, что длина резки установлена правильно, размер пакетов отличается от заданного

• Убедитесь в наличии чёткого сигнала датчика цветной метки
• Проверьте, чтобы вал привода подачи упаковочной плёнки не проскальзывал

Проблема 9. С увеличением скорости происходит увеличение ошибки позиционирования

• Увеличены значения параметров P2-02 и P2-53 (по сравнению с параметрами линии), измените значения этих параметров в меньшую сторону

Проблема 10. Малый диапазон изменения скорости резки

• Увеличьте значение параметра P5-80