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做座伺服控制系统在热收缩包装机的应用

发布时间:2021-10-09 17:26:33 阅读: 来源:大鹏卡槽厂家

伺服控制系统在热收缩包装机的应用

目前,各种品牌的啤酒争先涌入市场,而各个啤酒生产厂家为了抢占商机,也在不断的提高啤酒的质量与产量。因此,更新原有旧的啤酒生产设备已成为啤酒生产厂家必须要考虑的因素。在啤酒的生产过程中,从开始的酿造、灌装、杀菌到最后的贴标、包装,每一个生产环节都关系着最后啤酒的产量。需要自动化程度要求较高,使包装一直以来都是整个啤酒生产的一个薄弱环节。国外的热收缩薄膜包装机已经能够很好的完成最后的啤酒包装,如意大利DYMAC、通过适合的取向SMI、OCME,德国的KRONES。随着2002年6月我国在颁布的GB4927-2001啤酒新标准中的相关规定,促进了热收缩包装机在啤酒行业中的发展,许多国内供应商纷纷看好这一市场,把热收缩包装技术作为了企业的研发重点。目前,我国的热收缩包装技术已经发展到了比较成熟的阶段。

热收缩包装机可以由主驱动、进瓶、分瓶、送纸板、送切膜和热通道六个部分组成。按照不同的设计思想,各个厂家生产的热收缩包装机的机械结构不尽相同,所选择的可编程控制系统以及伺服控制系统也不一样。以下我们就针对宝鸡新科机械制造有限公司的XKSB-50热收缩包装机为例,介绍作为控制部分的贝加莱伺服控制(ACOPOS)系统在热收缩包装机上的应用。

热收缩包装机的硬件机构

拥有同步电子齿轮、电子凸轮的伺服控制系统早已经取代繁琐的机械凸轮机构,可以比较容易的按照设计者的要求实现运动对象之间的同步关系。热收缩包装机的几个运动机构就是使用了伺服电机作为驱动轴,完成了从进瓶、送纸板到送切膜的任务。使用一台伺服电机的主驱动会作为其他几根轴的同步对象,所有的角度相位关系也都根据主驱动电机而定。图1为五个电机在机器中的大致位置。

控制系统

使用贝加莱的伺服控制系统完全能够满足热收缩包装机所有电机的基本运动控制和它们之间的同步运动控制。集成了包装过程中的逻辑控制并带有显示功能的人机面板PP41,一方面可以通过参数的输入给运动控制部分传达命令,以及运动特征参数,另一方面可以及时反馈当前机器的运行状况和报警状态。

现场总线(CAN BUS)

CAN总线具有强有力的错误检测能力及差分驱动功能,在强噪声十分苛刻的环境中仍运行良好,因此,在传媒传输和线路设计方面,CAN总线可以很容易的适合大多数工业应用场合。现场总线(CA特别是散布不均N BUS)、人机面板(PP41)和各个伺服控制器之间的通讯尤其为伺服运动控制系统中的修改同步特征参数提供了保证 (图2)。

同步运动控制

同步运动控制是根据一定的数学模型,一个伺服电机相对于另一个伺服电机要完成一定的运动轨迹所作的控制,也就是通常所说的电子齿轮和电子凸轮的概念。

对于ACOPOS SERVO来说,参与同步的两台伺服电机具有主从关系。热收缩包装机的同步运动控制一般是在位置上的同步。在CAN总线上,主轴会把当前的位置信息以一定的微小间隔时间传送至CAN络上,而参与同步的从轴也会实时的取得这些信息,再实时的根据数学模型计算出当前从轴要走到位置,并且运行当前的轨迹。

在热收缩包装机中,上膜电机在接收到上膜信号后,当主电机再运行到一定相位时开始同步运动,直至主电机完成一个周期,上膜电机也完成一次上膜任务。我们可以将过程分成3个阶段,即上膜电机等待上膜信号、主电机到达上膜起始相位,以及跟着主电机完成一次上膜任务。上膜时,要根据先慢后快的原则,最后一个阶段还可以再次细分成几个阶段。在ACOPOS SERVO中,针对每一个伺服电机而创建的运动对象都具有一个假象的轴,也就是虚轴。这个虚轴和实轴一样,一方面能够作为从轴,跟着主轴完成同步轨迹,另一方面还能够作为主轴,让其他从轴参与同步。由于虚轴概念的引入,使得一个伺服电机也能够和自己的虚轴发生同步关系。

如果在上膜电机和主电机之间加一个主虚轴,那么可以把等待上膜信号、等待主电机的起始相位、与主电机完成一个周期这3个阶段的轮廓关系加在主虚轴上。上膜电机可以与主虚轴同步,完成先慢后快的几个阶段的同步任务。这样,可以在主电机不运动的情况下,让虚轴走一个周期,上膜电机就能够完成一次上膜任务,也就是手动上膜一次,便于一开始上膜位置的前后调整。

控制过程中的功能实现

ACOPOS SERVO在热收缩包装机中要完成的任务是:驱动推瓶杆和导膜杆、送纸板、送切膜和分瓶。其中发生同步关系的任务有送纸板、送膜和切膜。图3示意了几个轴之间的主从关系,箭头左边为主,右边为从。送瓶电机虽然没有参与同步,但是在分瓶过程中,它和分瓶都是以主电机的相位角度作为依据,执行着相互关联的启停,共同完成分瓶任务。

白膜的送切

送膜和切膜是热收缩包装机中最重要的环节,也是控制过程中最困难的部分,尤其是送膜。

根据工艺的要求,当送膜启动后的开始阶段,出膜的速度应该和待包的一组瓶的速度保持一致,压在纸板下膜的部分应该是预先设定的长度,而且不能够发生卷曲。剩下的几个阶段要快速出膜,以保证导膜杆能够不受阻碍的将后面的薄膜挑出。导膜的这几个阶段的速度一定也要控制的适当,过快会导致薄膜曲皱,过慢会引起导膜杆受阻。无论是哪个阶段,也不管中间出膜的速度快慢,最终一定要保证主电机在执行一个周期后,送膜电机也要正好完成一未来迷你石墨烯盒子可以携带药物穿梭到身体的特定部位次送膜,也就是送膜电机和主电机的一次同步。

在切膜机构上,不同厂家设计的也不一样。目前有两种机构采用的较多,一种是在送膜电机轴上采用电磁离合器吸合一个切刀,绑定后旋转一圈;另外一种是把切刀作为一个独立的电机轴和送膜电机轴保持同步。切膜需要重视的是切刀旋转切膜的瞬间线速度应该大于薄膜被切点的线速度,否则薄膜可能会刮坏、切不断,甚至造成切刀齿崩坏。宝鸡新科公司的热收缩包装机采用独立的切刀电机轴,和送膜电机参与同步的切刀可以更直接的调整同步时几个同步阶段的快慢,保证了每次切膜的位置精度,同时还可以参与彩膜的控制。

入口进瓶与热通道出瓶

除了送切膜和分瓶,入口进瓶与热通道出瓶也不能降低控制要求。入口和热通道分别都应该配置一个变频器,平稳的控制进出瓶的输送。根据工艺的要求,入口输送带与热通道输送带的速度应该和主电机保持一个比例关系。这样可以保证主电机、入口输送、分瓶、热通道输送作到一个基本同步。入口输送的快慢控制着瓶之间的间隙,从而对分瓶的环保督查力度不断升级好坏产生影响。热通道输送的快慢加上温度的高低也会使裹包后的膜收缩程度不同。因此,前后输送的同步配合也是一个需要考虑的重写因素。

彩膜送切的探讨

白膜没有位置的限制,可以从任何一个位置开始,只要保证每次送切的膜长一致就可以。相比之下,彩膜送切的位置与膜长所要求的精度高很多。除了薄膜长度以外,送切后彩膜的图案对称度也是一个检验的标准。一般来说,印制出来的彩膜都会在两段对称图案的后面留有一个空白段,是待切部分。每一个空白待切部分的薄膜边缘都会有一个黑色的小块色标印记(Print)。利用光电传感器可以在送膜过程中捕获这一个印记,从而让伺服控制器得到这个信息。工艺上要求,印记一旦被检测到,上膜电机会完成一段位移,然后开始切膜。如果上膜电机一直以一定的速度运动,那么,切膜电机从检测到印记与上膜电机同步到最后完成切膜应该是容易控制的。但是,上膜电机仍然需要和主电机保持同步,完成先慢后快的轨迹。当然,匀速送切彩膜方式可以用作第一次的手动校准。因此,在宝鸡新科公司的热收缩包装机中采用了一种动态控制上膜长度的方法来控制彩膜的送切,达到了一定的工艺要求。其实,彩膜的送切应该还有其他很好的方法值得研究,国外的先进经验也是值得借鉴的。

热收缩薄膜包装机在整个啤酒生产线中是最后一个环节,也是影响最终啤酒产量的一个重要因素。在这一环节中采用先进的包装技术对于啤酒行业来讲有着非常重要的意义。

来源:《包装机械》

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