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。