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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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