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控制工程网版权所有，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CONTROL ENGINEERING China版权所有，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www.cechina.cn，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www.cechina.cn，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
　　1. 运动控制器 3200C控制工程网版权所有，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。
　　2. 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。
　　3. 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。
　　4. 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。