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(fā)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(wěn)定的客戶群體。Lenze 產品以優(yōu)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(guī)格、壓合時間等常規(guī)條件下均衡對比， 國內生產的設備其穩(wěn)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(wěn)定、運行平穩(wěn)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(yè)界最具創(chuàng)新性的企業(yè)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(tài) 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(yōu)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(zhí)行周期，支持 CANOpen、EtherCAT、Profibus 等標準通訊協議，組

態(tài)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(tài)、編程及監(jiān)控等各項功能，標準 IEC61131-3 的編程規(guī)范降低了 使用者的入門難度，只需熟悉常規(guī)編程技巧即可靈活應用，極大縮減了程序的開發(fā)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(fā)揮了系統性能，有效地降低了運行噪音并使之運行平 穩(wěn)，機械抱閘確保設備的正常工作或突發(fā)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(tài) 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(fā)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(fā)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(tài)指示燈即可判斷 PLC 的運行狀態(tài)，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(tài)、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(jiān)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(qÅ«)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(wěn)定性，i700 軸模塊的對稱安裝方式確保可更加有效地 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(fā)揮到極致。優(yōu)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(yōu)值，更加充 分地發(fā)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(fā)展趨勢

隨著人們環(huán)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(huán)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(tài)西門子 HCS716I 從站，設置溫控標準時間 基值，優(yōu)化算法后提升了加熱系統的前饋環(huán)節(jié)，在 15 分鐘以內即可加熱到預定溫度，穩(wÄ›n)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(xù)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(fā)新的工程應用系統，在后續(xù)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(fā)周期，顯著提高設計人 員的工作效率。