欧姆龙多轴运动控制器CJ1W－MCH71在高级枕式包装机的应用

随着自动化程度的提高，枕式包装机的功能和操作性得到提高和改进，目前国内许多低端枕式包装机功能简单，只能简单代替集体手工操作，且产品功能单一性，存在低水平重复开发、低价格拼杀的格局。在借鉴了国外高级枕式包装机的先进理念后，国内的轻工机械厂家根据市场的需求，采用OMRON的高级运动控制器CJ1W MCH71推出了高性能的国产包装机。

系统工艺简介
工艺原理图
轴1（送料）:送料轴通过速度控制进行送料，检测到传感器1后判断是否有包装请求，有的话继续进给，没有则停止等待;
轴2（送模）:送模轴为系统主轴，以速度控制方式送出包装膜，每次送模时通过色标传感器2作为检测每个膜长的触发信号，通过编码器采集实际膜长，从而能对机械滑差进行补偿;
轴3:张力控制轴跟随主轴运行，并可以实时调节同步速度比，从而控制包装膜张力;
轴4:飞剪端封轴跟随主轴运行，以凸轮同步方式进行同步控制，并且可以根据包装袋长度实时调节凸轮速度比。
具体工艺流程图如图1所示:






图1 具体工艺流程图

设计要求
包装袋宽度:10-300mm;
包装袋长度:40-410mm;
包装袋高度:1-900mm;
包装速度:200pcs/min。
控制难点
如果因为机器滑差或者张力调节适调导致的包装膜错位，从而导致在端封轴没有在色标处端封，必须能够有自检能力进行色标追踪;
如果包装物在包装袋有滑动，必须检测出,从而防止误切，直到物料在包装袋端封位置中;
如果包装袋中没有包装物，必须检测出，从而防止空切，直到物料在包装袋端封位置中。

欧姆龙解决方案
采用OMRON公司30轴高功能运动控制CJ1W-MCH71，通过Mechatrolink-II（以下简称ML2）高速（10Mbps）同步控制总线控制4轴。
送模轴通过速度控制进给包装膜，在每送一张膜时，通过sensor2作为前一次膜长检测触发信号，直接接入到伺服驱动器高速信号接口，然后通过外部编码器读取实际膜长，与存储的标准长度进行比较，如果有偏差的话，就在下一包进行调整;
飞剪端封轴完成一次端封准备切断时，立刻通过外部传感器3检测色标处是否有异物，如果有异物，端封轴停止进入等待状态，送膜轴自动送出一个膜长，直到下一个色标处进行检测，如果没有异物，则端封轴恢复端封;
飞剪端封完成一次端封前准备切断时，立刻通过传感器2、3，检测当前包装膜中是否为空包，如果为空包，端封轴停止等待进入等待状态，送膜轴自动送出一个膜长，直到下一个色标处进行检测，如果没有空包，则端封轴恢复端封。

配置与部分程序说明
配置说明
控制器:CJ1G-CPU45H＋CJ1W-MCH71＋TC003;
驱动器:3×88D-WN04H-ML2+1×88D-WT04H（FNY－NS115）;
电机:4×R88M-W0430H-S1;
通讯电缆:4×NY-W6003-A5;
终端电阻:FNY-W6022;
触摸屏:NS5-SQ00-V2。
部分程序说明
轴2送模:轴2在送模时，每次必须检测色标传感器2进行膜长比较，如果有偏差的话就要进行位移量的叠加（正、负叠加），那么可以将这个复杂的运动拆分成2个运动的组合，那么可以使用虚轴功能;
虚轴是运动控制器内部可以创建的一个假想轴，专门用于位移量叠加计算进行使用，由于是理想轴，所以不会出现任何偏差，并且可以自己定义任何轨迹图，因此，如果没有偏差的话，轴2就以匀速运动进行运动，那么系统运行非常平稳，而且主轴的位移量偏差的叠加可以作为一个独立的程序段，即使膜长和色标宽度改变，也只需要对虚轴部分程序段进行修改，增强程序扩展性;
具体时序图如图2所示:






图2 具体时序图

轴2送模部分程序如下:
ADDAX [J02][J32]
//将虚轴J32的位移量叠加到J02
SPEED [J02] T0
//J02进行速度控制
LATCH [J02] #ML0000
//等待sensor2触发信号捕捉J02当前实际膜长并存放
//全局变量＃ML0000
WAIT ＃SW322A＝2
//等待触发信号
WAIT ＃SW322A＝4
//等待触发信号完成
＃ML0002＝＃ML0004-＃ML0000
//将实际膜长与标准膜长比较，结果存放到
//全局变量＃ML0002
INC MOVE ＃ML0002 //虚轴位移修正
轴4飞剪端封:轴4滚刀周长固定，如果膜长改变的话，那么滚刀的速度就要改变，以凸轮同步方式跟随轴2进行同步运动，如图3所示:





图3 轴4跟随轴2同步运动图

轴4在完成端封前准备切断时，通过检测传感器2、3检测一下包是否为空包，如果为空包，可以根据用户自定义停机或者跳过空包;轴4在完成端封前准备切断时，立刻通过外部传感器3检测色标处是否有异物，如果有异物，端封轴停止进入等待状态，送膜轴自动送出一个膜长，直到下一个色标处进行检测，如果没有异物，则端封轴恢复端封，如图4所示:





图4 轴4运动控制时序图

轴4部分程序（防切）:
IF＃IB0B000＝1 //如果sensor2检测到有异物
MOVELINK [J04]#DL0000 [J02]10 A0 D10
//轴4减速到停止位
MOVELINK [J04]0 [J02]＃DL001A A0 D0
//轴4等待
MOVELINK [J04]5 [J02]10 A10 D10
//轴4加速到与主轴2线速度同步
ENDIF

结语
经过现场测试后，当系统采用2把飞剪端封滚刀，系统最大速度可以稳定达到200包/分钟，如果采用单把飞剪端封滚刀，系统最大速度可以稳定达到120包/分钟。