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1、三伺服枕式包裝機(jī) 一、項(xiàng)目介紹 1.1 、項(xiàng)目概述 枕式包裝機(jī)是一種臥式三面封口，能自動(dòng)完成制袋、填充、封口、切斷、成 品等工序的包裝設(shè)備， 廣泛應(yīng)用在食品、 日用化工、 醫(yī)藥等行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線的 流水包裝上。 適應(yīng)的包裝物一般為塊狀、 筒狀規(guī)則物品， 如：餅干、蛋糕、面條、 化妝品、紙巾等。 傳統(tǒng)的枕式包裝機(jī)橫封刀的運(yùn)動(dòng)曲線是由機(jī)械的凸輪來實(shí)現(xiàn)的，安裝復(fù)雜， 運(yùn)行噪音大，調(diào)整麻煩，效率低。 信捷針對(duì)這些問題全新開發(fā)的三伺服系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)一鍵啟動(dòng)， 操作簡(jiǎn)便，且能 實(shí)現(xiàn)運(yùn)行中的自動(dòng)防空，防切，防連續(xù)料，真正實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化。 1.2 、控制方案 本機(jī)采用信捷全新的 XDM 型 PLC, 內(nèi)含

2、 DSP 芯片能高速運(yùn)算凸輪函數(shù)， 且 最大能支持 10 路 200K 高速脈沖輸出。伺服驅(qū)動(dòng)器采用信捷 DS3-PQA 系列， 用脈沖位置控制模式， 快速響應(yīng)由 PLC 發(fā)送的過來的脈沖。 觸摸屏采用信捷 TG 系列，所有的參數(shù)都能輕松更改。 1.3 產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)簡(jiǎn)介 1、能自動(dòng)計(jì)算出料位，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)初始化后的一鍵啟動(dòng)，真正零浪費(fèi)，且能 在運(yùn)行中微調(diào)切點(diǎn)和入料位置。 2、袋長(zhǎng)可以任意設(shè)置，從幾厘米到幾米都可， PLC 內(nèi)的凸輪函數(shù)會(huì)自動(dòng)計(jì) 算，無需任何機(jī)械調(diào)節(jié)。 3、具有物料錯(cuò)位防切以及空槽檢測(cè)功能功能。 4、內(nèi)部使用電子凸輪。電子凸輪有很高的柔性，所以設(shè)備具體的速度是由 切刀刀數(shù)，切削

3、長(zhǎng)度，伺服額定轉(zhuǎn)速及機(jī)械減速比決定，如：青島掛面包裝機(jī)在 一把刀，三個(gè)稱重機(jī)的情況下包裝 210 毫米袋長(zhǎng)的速度大約在 80 包/分鐘，上海 的餅干包裝機(jī)在一把刀的情況下包 150 毫米的餅干的速度大約在 180 包/分鐘。 二、系統(tǒng)構(gòu)成 2.1、項(xiàng)目應(yīng)用的產(chǎn)品 項(xiàng)目應(yīng)用產(chǎn)品見表2-1 表2-1產(chǎn)品明細(xì)表 產(chǎn)品名稱 型號(hào) 數(shù)量 PLC XDM-32T4-E 1 伺服 DS3-20P7-PQA 3 觸摸屏 TG765-MT 1 2.2系統(tǒng)硬件配置： 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示 圖2-1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 2.3控制系統(tǒng)的構(gòu)成 枕式包裝機(jī)的送膜

4、和進(jìn)料是同步進(jìn)行的，由色標(biāo)檢測(cè)和接近開關(guān)分別對(duì)送膜 和送料的位置進(jìn)行檢測(cè)，薄膜經(jīng)成型器成型后變?yōu)橥材?，并進(jìn)行縱向熱封，同時(shí) 物料被送進(jìn)筒膜內(nèi)，一起向前經(jīng)過橫封橫切部位，由回轉(zhuǎn)式或往復(fù)式的橫封橫切 刀對(duì)筒膜進(jìn)行橫向封切，輸出包裝成品，具體工藝流程圖如圖 2-2所示。 圖2-2枕式包裝機(jī)工藝流程圖 工藝結(jié)構(gòu)圖如圖2-3所示。 軸1 （送膜）：送膜軸為系統(tǒng)主軸，控制薄膜的輸出，送膜軸上的色標(biāo)檢測(cè) 在每個(gè)色標(biāo)信號(hào)到來時(shí)觸發(fā)，通過兩次觸發(fā)間送膜軸的脈沖計(jì)算出實(shí)際袋長(zhǎng)，從 而能對(duì)機(jī)械滑差進(jìn)行補(bǔ)償。 軸2 （切刀）：切刀以凸輪曲線的形式跟隨主軸縱向切斷薄膜，切割長(zhǎng)度直 接由觸摸屏設(shè)定。切刀

5、伺服設(shè)置了力矩限制，能自動(dòng)判斷切到料故障。 軸3 （送料）：送料以比例的形式跟隨主軸。送料入端口裝有光電開關(guān)，能 做有無料和是否是連續(xù)料判斷，從而控制前面的送膜和切刀啟動(dòng)和暫停， 提高了 包裝的準(zhǔn)確性。 從上圖中可以看出，橫封刀軸、送膜軸和送料軸三軸都是由獨(dú)立的伺服電機(jī) 控制，控制要求是橫封刀軸每轉(zhuǎn)一圈（假設(shè)是單刀）送膜軸要帶著塑料膜走過一個(gè) 袋長(zhǎng)，同時(shí)送料軸的機(jī)械終端要正好送完一塊物料；這個(gè)過程三軸要時(shí)刻保持同步 否則包裝出來的產(chǎn)品有可能切斷物料，有可能橫封的位置錯(cuò)誤。其中最主要的運(yùn) 動(dòng)控制要求是橫封刀軸在封膜的瞬間速度必須與塑料膜的速度保持一致 ，如有偏 差就會(huì)出現(xiàn)拉斷塑料膜或者造成

6、塑料膜在橫封時(shí)堆積，從而產(chǎn)生不合格包裝產(chǎn) 品。 包裝膜 圖2-3枕式包裝機(jī)工藝結(jié)構(gòu)圖 三、信捷產(chǎn)品在包裝機(jī)系統(tǒng)中的特色功能 新型三伺服包裝機(jī)是集機(jī)、電、光、聲、磁等為一體的高技術(shù)、高智能、高 競(jìng)爭(zhēng)的產(chǎn)品，其運(yùn)動(dòng)控制器的運(yùn)算功能強(qiáng)大，在能夠充分滿足正常包裝要求和精度 的前提下還能夠?qū)崿F(xiàn)傳動(dòng)包裝機(jī)所實(shí)現(xiàn)不了的特色功能：物料錯(cuò)位防切功能、空 槽檢測(cè)功能，電子凸輪等，這些特色功能的實(shí)現(xiàn)極大提升了自動(dòng)包裝機(jī)的也裝效 率，提高了原材料利用率和色裝機(jī)的自動(dòng)化水平 3.1物料錯(cuò)位防切功能 物料錯(cuò)位防切 J 傳感器/ 圖3-1物料錯(cuò)位防切傳感器安裝示意圖 物料錯(cuò)位防切功能是新

7、型三伺服包裝機(jī) 發(fā)中的特色功能之一，該功能是通 過三軸獨(dú)立控制運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，這也充分體現(xiàn)丫通用運(yùn)動(dòng)控制器的功能強(qiáng)大、智能 集成化水平高、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。該功能不但提高了包裝效率，而對(duì)于硬度比較 高的材質(zhì)的物料裝來說，該功能可以保護(hù)橫封刀不切到錯(cuò)位物料，從而保護(hù)橫封刀 免受機(jī)械損傷。因此，物料錯(cuò)位防切功能對(duì)整個(gè)動(dòng)包裝機(jī)的應(yīng)用來說是一個(gè)不可 或缺的功能，該功能是自動(dòng)包裝機(jī)向智能化發(fā)展的必然趨勢(shì)。物料防切傳感器安 裝示意圖如圖3-1所示。 圖3-2物料錯(cuò)位示意圖 防切功能又稱包裝物錯(cuò)位端封不切功能，是指包裝機(jī)在包裝過程中可對(duì)物料 位置進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，如發(fā)現(xiàn)物料錯(cuò)位、物料過長(zhǎng)、同一撥叉內(nèi)放多個(gè)物

8、料等現(xiàn)象 , 則橫封刀軸在物料傳送到橫封刀切之前停止轉(zhuǎn)動(dòng)，而膜軸和槽軸繼續(xù)運(yùn)行，直到將 錯(cuò)位物料讓出后，三軸再同時(shí)自動(dòng)開車，避免了橫封刀切物現(xiàn)象的發(fā)生。如發(fā)生連 續(xù)錯(cuò)位現(xiàn)象，則設(shè)備自動(dòng)停車,提示對(duì)入料點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，三伺服包裝機(jī)的物料錯(cuò)位 示意圖如圖3-2所示。 3.2空槽檢測(cè)功能 空槽檢測(cè)功能，也是新型三伺服自動(dòng)包裝機(jī)的一個(gè)特色功能，也是自動(dòng)化平 在包裝機(jī)中的應(yīng)用。通過空槽檢測(cè)傳感器檢測(cè)撥叉是否缺料 ，如果有空料撥 叉且運(yùn)行到成型器位置時(shí)，橫封刀軸與包裝膜軸停止運(yùn)動(dòng)，送料軸繼續(xù)運(yùn)動(dòng)將空料 撥叉讓過去，然后包裝機(jī)的三軸匹配繼續(xù)之前的包裝運(yùn)動(dòng)，此功能能夠?qū)崿F(xiàn)包裝機(jī) 包裝出來的成品無空包。 如

9、圖3-3所示為空槽檢測(cè)功能示意圖。檢測(cè)傳感器裝在與成型器相距三個(gè)撥 叉距離的位置上，其目的是在高速包裝時(shí)如果檢測(cè)到空包可實(shí)現(xiàn)立即停車 ，以克服 伺服電機(jī)不及時(shí)響應(yīng)的現(xiàn)象。預(yù)留出這段距離的目的是采用逐級(jí)降速的方法 ，可 以使橫封刀軸與包裝膜停車過程平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)高速包裝過程中也能及時(shí)準(zhǔn)確的排除 處理空包情況的產(chǎn)生。該功能是要停止橫封刀軸與包裝膜軸的運(yùn)動(dòng) ，所以在生產(chǎn) 線高速包裝運(yùn)行并且不經(jīng)常出現(xiàn)空包的情況下，不適合頻繁的啟停，不太適合空包 檢測(cè)功能的應(yīng)用，如果使用有時(shí)反而會(huì)降低生產(chǎn)效率。此功能可以使用在生產(chǎn)線 經(jīng)常出現(xiàn)空包情況或要求包裝成品空包盡量可能少時(shí)，才能夠充分發(fā)揮該功能的 優(yōu)勢(shì)。

10、T 圖3-3空槽檢測(cè)功能示意圖 3.3電子凸輪 傳統(tǒng)枕式包裝機(jī)為了實(shí)現(xiàn)橫封刀軸與膜軸的同步切膜運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)大部分通過 機(jī)械凸輪機(jī)構(gòu)；凸輪機(jī)構(gòu)能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為預(yù)期的間歇直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或往復(fù)擺 動(dòng)等。但是凸輪機(jī)構(gòu)在包裝機(jī)的實(shí)際應(yīng)用中也存在著很多局限性。 隨著科技進(jìn)步 和數(shù)字伺服技術(shù)的出現(xiàn)，在傳動(dòng)及控制系統(tǒng)中我們可以利用電子凸輪代替?zhèn)鹘y(tǒng)的 機(jī)械凸輪實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。電子凸輪是以伺服運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)為基礎(chǔ) ，并 結(jié)合先進(jìn)的微處理器，通過數(shù)字化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模擬機(jī)械凸輪的功能。 3.3.1輪切電子凸輪的系統(tǒng)構(gòu)成 輪切電子凸輪的基本要素包括刀輥軸、進(jìn)給軸、檢測(cè)元件、控制單元及電機(jī)。 另外根據(jù)

11、加工產(chǎn)品的不同可能還需要色標(biāo)。 刀輥每旋轉(zhuǎn)一圈完成一次剪切，測(cè)量 輥測(cè)量材料的長(zhǎng)度，控制單元根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的凸輪曲線控制刀輥的運(yùn)動(dòng)， 使得刀 刃與材料進(jìn)入嚙合時(shí)通過的材料的長(zhǎng)度正好是所需要的長(zhǎng)度， 從而完成一次精確 的定長(zhǎng)剪切。系統(tǒng)的構(gòu)成如圖3-4所示。 剪刀輥 332電子凸輪的優(yōu)點(diǎn): 1、 電子凸輪系統(tǒng)不存在機(jī)械凸輪系統(tǒng)中的慣性應(yīng)力、彈性變形、岡性沖擊 力等各種機(jī)械接觸破壞，故響應(yīng)速度快，因此更能適合高速運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)場(chǎng)合。 2、 電子凸輪系統(tǒng)不存在磨損，凸輪傳動(dòng)曲線形狀只要設(shè)計(jì)完成就不會(huì)改變，因而 從動(dòng)件重復(fù)實(shí)現(xiàn)預(yù)期運(yùn)動(dòng)的精度更高、穩(wěn)定性更好。 3、可以方便的更改運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)曲線，通

12、過更改相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)不 同的運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)曲線，大大降低生產(chǎn)安裝更換成本。 4如果膜長(zhǎng)改變的話，那么滾刀的速度就要改變，以凸輪同步方式跟隨送膜軸進(jìn) 行同步運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)曲線如圖3-5所示 Sipeccl 圖3-5凸輪運(yùn)動(dòng)曲線圖 四、結(jié)束語 經(jīng)過測(cè)試，設(shè)備可按照客戶原先提出的以下要求正常運(yùn)行： 1、 提高包裝精度，正常可以達(dá)到120?200包/分； 2、 減少機(jī)械結(jié)構(gòu)，使機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，省去機(jī)械凸輪，易于維修，同時(shí)減少工作 噪音； 3、 使用觸摸屏操作使操作方式人性化； 4、 使用方便，操作簡(jiǎn)單，即便出現(xiàn)故障只要簡(jiǎn)單處理就可繼續(xù)運(yùn)行。 5、 系統(tǒng)的穩(wěn)定性，特別重要。 整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，信捷的XDM運(yùn)動(dòng)控制器的電子凸輪功能、高速運(yùn)算 功能起到了關(guān)鍵作用，使得機(jī)器在保證切刀位置精準(zhǔn)的情況下高速穩(wěn)定地運(yùn)行。 飛剪、電子凸輪、高速、實(shí)時(shí)糾偏等功能，是目前很多 OEM機(jī)械尤其是包 裝機(jī)械行業(yè)的高端機(jī)型提出的需求， 在實(shí)現(xiàn)這些功能的同時(shí)，能夠?qū)⒃鹊纳a(chǎn) 效率提高2?3倍甚至更多，在不久的將來會(huì)成為主流趨勢(shì)，而 XDM運(yùn)動(dòng)控制 器在三伺服枕包機(jī)中的成功應(yīng)用也證明了信捷在遇到此類機(jī)械的開發(fā)時(shí)有很好 的產(chǎn)品對(duì)應(yīng)，在此領(lǐng)域中的應(yīng)用將會(huì)越來越多。