2011年9月2日星期五

台達A2伺服在立式包裝機中的應用


本文介紹了台達ASDA-A2伺服控製器在立式包裝機中的應用。詳細闡述了包裝機的工作原理、裝置功能及控製係統的特點。A2伺服內含電子凸輪功能,四台伺服即可完成送膜、送料以及裁切工藝,PLC隻需做簡單I/O控製。在袋長為80mm時裁切速度達到180包/分鍾,誤差精度為±0.3mm。
[摘要]:本文主要介紹台達高響應、高解析、集伺服放大器和運動控製器於一體的網絡型A2伺服在立式包裝機中的成功應用,A2伺服內置的電子凸輪功能使得飛剪曲線的建立輕而易舉,高速抓取(capture)、高速比較(compare)、色標遮沒功能以及自動糾偏功能的使用,使得包裝速度、裁切精度上升一個新的台階。
[關鍵詞]:台達 A2 伺服 立式包裝機
 1   包裝機簡介
1.1  包裝機的分類

         近年來,隨著國民經濟的不斷發展,人民生活水平的提高,大眾對食品、醫藥、日用品等行業的產品需求日益增加,生產廠家采用傳統的手工包裝作業,已經無法滿足市場的需求,必然尋求生產自動化、提高生產效率的設備。從而催生出一種高品質、高性能的全自動包裝機。包裝機械大致可以分為立式包裝機(如圖1所示)與枕式包裝機。對於立式包裝,適用於流動性較好的液體、粉體、散粒體,主要依靠自身重力,必要時輔以一定的機械作用便可完成包裝,而且立式包裝機一般都具有兩種包裝功能,即跟光標裁切和定長裁切,兩種裁切功能方便切換,機器運轉時采用哪種包裝方式取決於包裝膜,包裝膜大體上分為有光標和沒有光標,沒有光標的包裝膜采用定長裁切,反之,采用光標裁切;對於枕式包裝,它主要適用於外形規整、有足夠硬性的單件或組合件包裝。




1.2  立式包裝機的工作原理

         立式包裝機是將卷筒狀的撓性包裝材料製成袋筒,充入物料後,進行封口,三個功能自動連續完成的機器。其工作原理為:放在支承裝置上的卷筒薄膜,繞經導棍組、張緊裝置,由光電檢測控製裝置對包裝材料上商標圖案位置進行檢測後,通過翻領成型器卷成薄膜圓筒裹包在充填管的表麵。先用縱向熱封器對卷成圓筒的接口部位薄膜進行縱向熱封,得到密封管筒,然後筒狀薄膜移動到橫向熱封器的地方進行橫封,構成包裝袋筒。計量裝置把計量好的物品,通過上部填充管充填入包裝袋內,再由橫向熱封器熱封並在居中切斷,形成包裝袋單元體,同時形成下一個筒袋的底部封口。
1.3  立式包裝機的生產工藝
         立式包裝機配合上道的計量衝填機械,立式包裝機常用於包裝塊狀、片狀、粒狀、梗枝狀、粉狀以及流體和半流體物料。它的特點是被包裝物料的供料筒設計在製袋器內側,製袋與充填物料由上到下沿豎直方向進行。它主要由計量裝置、傳動係統、橫封和縱封裝置、翻領成型器、充填管及薄膜牽拉供送機構等部件組成。

2   設備主要裝置功能
2.1  送膜裝置

        主要由送膜輥和送膜軸組成,主要是把包裝膜平整、均勻地送到翻領成型器,在本裝置中送膜軸和縱封軸共用一個伺服,中間是通過鏈條傳動的。
2.2  色標傳感器
        色標傳感器常用於檢測特定色標或物體上的斑點,它是通過與非色標區相比較來實現色標檢測,而不是直接測量顏色。色標傳感器實際是一種反向裝置,光源垂直於目標物體安裝,而接收器與物體成銳角方向安裝,讓它隻檢測來自目標物體的散射光,從而避免傳感器直接接收反射光,並且可使光束聚焦很窄。
2.3  翻領成型器
         圓形翻領成型器主要應用於包裝機械中,是立式自動包裝機的核心部件,用於包裝的塑料薄膜經過翻領成型器自動卷成圓筒形,在卷包過程中,要求塑料薄膜不應發生縱向和橫向拉伸變形,塑料薄膜經過成型器時摩擦阻力應較小。這就要求所購買的成型器符合塑料薄膜的自然卷曲變形,即成型器的表麵積等於通過成型器的塑料薄膜的總麵積。
2.4  熱封刀         準確來講,熱封刀的叫法並不精準,應該是加熱片。加熱片是采用合金材質製作而成的,其中分為鑷鉻合金和鐵鉻合金等。寬度分為3mm、5mm、8mm、10mm、12mm等五種,矽膠壓條就是為了封口平整嚴實並壓花,壓出的形狀就是壓條本身的紋形。多數采用細網格式。
3   台達立式包裝機控製方案原理
          立式包裝機的縱封軸(也是送膜軸)作為係統主軸。橫封、劃線、切斷等3軸跟隨主軸運作,橫封、劃線、切斷伺服控製器直接抓取膜位色標信號進行位置檢測,薄膜經成型器成型後變為筒膜,並進行縱向熱封,包裝膜向下方運動,橫封軸動作,同時物料被送進筒膜內,一起向下繼續運動,等下個光標信號進來時橫封軸再動作一次,這樣一包的三熱封的動作完成,當包裝膜繼續向下運動,色標傳感器檢測到色標,驅動器收到色標傳感器的信號後動作,在光標處劃下一道鋸齒形的切痕,劃線動作完成,當上位機(PLC)計數到達5時,發出信號給切斷軸伺服,使得切斷軸伺服能接收到色標傳感器的信號,這樣色標傳感器的信號接到後切斷軸伺服動作,5連包的包裝物包裝完成。此係統包括PLC、HMI、伺服以及溫度控製模塊,由於台達ASDA-A2伺服控製器內含電子凸輪功能,四台伺服即可完成送膜、送料以及裁切工藝,PLC隻需做簡單I/O控製,大大節省了上位機的昂貴成本,程序的規劃也更加簡單。
4   各軸的功能
4.1  送膜軸

         此軸采用速度控製,作為整個係統的主軸。下達脈衝命令給橫封軸、劃線軸和切斷軸,指揮凸輪軸運轉。
4.2  橫封軸
         在A2伺服的PR(內部位置控製模式)控製模式下,使用內建的電子凸輪跟隨主軸運行,橫封軸接收來自送膜主軸的脈衝差分信號OA/OA;OB/OB,沿著燒錄好的凸輪飛剪曲線跟隨主軸運動,當橫封軸伺服控製器檢測到色標光電信號(DI7有信號輸入)時,凸輪齧合運轉,在運轉過程中,伺服控製器會抓取色標信號,利用內建的同步抓取修正軸(色標補償功能),調節凸輪速度,對裁切位置進行自動修正,保證裁切準確。
4.3  劃線軸
         此軸和橫封軸一樣,是處於PR(內部位置控製模式)控製模式下,使用內建的電子凸輪跟隨主軸運行,接收來自主軸的差分脈衝信號,它的作用是對包裝膜進行點劃線或者鋸齒形的裁切,便於單包包裝物的撕斷或扯開。
4.4  切斷軸
         此軸也是和橫封軸一樣,是處於PR(內部位置控製模式)控製模式下,使用內建的電子凸輪跟隨主軸運行,接收來自主軸的差分脈衝信號,它的作用是對包裝物在裁切位置進行切斷,根據客戶的要求,可進行連包切斷,可實現1~10連包的切斷。

5 凸輪曲線的規劃
          台達ASD-A2伺服內建PR(內部位置控製模式)模式,PR模式下,內建64段定位程序,不僅可以實現原點複歸、位置控製、定速控製,還具有位置和速度插斷、重疊功能、參數寫入,以及定位程序段之間的跳躍和調用,同時具有電子凸輪功能,高速抓取(capture)和比較(compare)功能,橫封軸、劃線軸和切斷軸的原點複歸,無需上位機的參與,即可完成。
    
6   凸輪曲線的建立

         台達ASDA-A2伺服控製器內建飛剪凸輪模型,使得飛剪電子凸輪曲線的建立簡單易行, ASDA-A2 PC soft支持自動飛剪、自動飛剪(同步區)、自動飛剪(同步區可調)等多種飛剪曲線將會自動生成飛剪曲線。考慮到不同包裝膜的熱封難易程度,在裁切區設立同步區。
7  A2伺服特有的同步抓取修正軸功能
        A2伺服控製器內建同步抓取修正軸功能(即傳統的色標自動補償功能),伺服控製器利用內建的高速脈衝抓取功能,通過色標光電抓取主動軸兩次色標間的脈衝數目,與伺服控製器內部用戶所設定的理論裁切量(P5-78的設定值)通過compare功能做比較,根據同步修正的修正率(P5-80)對兩者之間的誤差值(P5-79)做修正,伺服控製器最終依據修正後的脈衝命令(P5-77)運行。
8   遮沒功能        A2伺服控製器內建色標遮沒功能,可有效避免包裝膜汙染,色標錯印所引起的光電誤動作,增加了整個係統的穩定性。P5-78為裁切長度的脈衝設定值,P5-96為遮沒區脈衝長度,此功能設定後,在遮沒區域內,即使色標誤動作,也不會影響到整個係統的性能。
9   結語         台達A2伺服在立式包裝上的成功應用,表明台達在立式包裝機行業有了成功的解決方案,它具有以下特點:
(1)裁切速度在袋長為80mm時達到180包/分鍾,誤差精度為±0.3mm;
(2)可實現1~10連包的生產,滿足客戶的特殊需求;
(3)整個裁切過程由伺服自動完成,PLC隻是進行簡單的邏輯控製,大大降低了上位機控製難度和成本負擔;
(4)裁切使用的是A2特有的電子凸輪功能,相對於機械凸輪,它具有簡單、無磨損、易維護、更換曲線方便的優點,大大降低了後續設備的維護費用;
(5)A2特有的自動同步修正功能、色標遮沒功能的使用,使得設備的運行更穩定,操作更方便。


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