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台达A2伺服在立式包装机中的应用

中达电通股份有限公司
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中达电通机电事业部
 
【摘要】本文主要介绍台达高响应、高解析、集伺服放大器和运动控制器于一体的网络型A2伺服在立式包装机中的成功应用,A2伺服内置的电子凸轮功能使得飞剪曲线的建立轻而易举,高速抓取(capture)、高速比较(compare)、色标遮没功能以及自动纠偏功能的使用,使得包装速度、裁切精度上升一个新的台阶。
 
【Abstract】This article mainly introduces the successful application in packing machine of a network type servo motor ─ Delta A2 ,which is of high response, high resolution and function as servo driver and MC controller. With a built-in function of electronic cam allows the establishment of the shear curve easily. Furthermore, with the usage of high speed capture, high speed comparion, color code cover function and auto skew adjustment function make a new progress in packing speed and cutting precision.
 
【关键词】内置电子凸轮;高速抓取(capture);高速比较(compare);色标遮没;自动纠偏;A2伺服
 
 
1   包装机简介
1.1  包装机的分类
 
     近年来,随着国民经济的不断发展,人民生活水平的提高,大众对食品、医药、日用品等行业的产品需求日益增加,生产厂家采用传统的手工包装作业,已经无法满足市场的需求,必然寻求生产自动化、提高生产效率的设备。从而催生出一种高品质、高性能的全自动包装机。包装机械大致可以分为立式包装机(如图1所示)与枕式包装机。对于立式包装,适用于流动性较好的液体、粉体、散粒体,主要依靠自身重力,必要时辅以一定的机械作用便可完成包装,而且立式包装机一般都具有两种包装功能,即跟光标裁切和定长裁切,两种裁切功能方便切换,机器运转时采用哪种包装方式取决于包装膜,包装膜大体上分为有光标和没有光标,没有光标的包装膜采用定长裁切,反之,采用光标裁切;对于枕式包装,它主要适用于外形规整、有足够硬性的单件或组合件包装。
 
1  立式包装
1.2  立式包装机的工作原理
 
     立式包装机是将卷筒状的挠性包装材料制成袋筒,充入物料后,进行封口,三个功能自动连续完成的机器。其工作原理为:放在支承装置上的卷筒薄膜,绕经导棍组、张紧装置,由光电检测控制装置对包装材料上商标图案位置进行检测后,通过翻领成型器卷成薄膜圆筒裹包在充填管的表面。先用纵向热封器对卷成圆筒的接口部位薄膜进行纵向热封,得到密封管筒,然后筒状薄膜移动到横向热封器的地方进行横封,构成包装袋筒。计量装置把计量好的物品,通过上部填充管充填入包装袋内,再由横向热封器热封并在居中切断,形成包装袋单元体,同时形成下一个筒袋的底部封口。
 
1.3  立式包装机的生产工艺
 
    立式包装机配合上道的计量冲填机械,立式包装机常用于包装块状、片状、粒状、梗枝状、粉状以及流体和半流体物料。它的特点是被包装物料的供料筒设计在制袋器内侧,制袋与充填物料由上到下沿竖直方向进行。它主要由计量装置、传动系统、横封和纵封装置、翻领成型器、充填管及薄膜牵拉供送机构等部件组成。
 
 
2   设备主要装置功能
2.1  送膜装置
 
     主要由送膜辊和送膜轴组成,主要是把包装膜平整、均匀地送到翻领成型器,在本装置中送膜轴和纵封轴共用一个伺服,中间是通过链条传动的。
 
2.2  色标传感器
 
     色标传感器常用于检测特定色标或物体上的斑点,它是通过与非色标区相比较来实现色标检测,而不是直接测量颜色。色标传感器实际是一种反向装置,光源垂直于目标物体安装,而接收器与物体成锐角方向安装,让它只检测来自目标物体的散射光,从而避免传感器直接接收反射光,并且可使光束聚焦很窄。
 
2.3  翻领成型器
 
     圆形翻领成型器主要应用于包装机械中,是立式自动包装机的核心部件,用于包装的塑料薄膜经过翻领成型器自动卷成圆筒形,在卷包过程中,要求塑料薄膜不应发生纵向和横向拉伸变形,塑料薄膜经过成型器时摩擦阻力应较小。这就要求所购买的成型器符合塑料薄膜的自然卷曲变形,即成型器的表面积等于通过成型器的塑料薄膜的总面积。
2.4  热封刀
    准确来讲,热封刀的叫法并不精准,应该是加热片。加热片是采用合金材质制作而成的,其中分为镊铬合金和铁铬合金等。宽度分为3mm、5mm、8mm、10mm、12mm等五种,硅胶压条就是为了封口平整严实并压花,压出的形状就是压条本身的纹形。多数采用细网格式。
 
3   台达立式包装机控制方案原理
 
    立式包装机的纵封轴(也是送膜轴)作为系统主轴。横封、划线、切断等3轴跟随主轴运作,横封、划线、切断伺服控制器直接抓取膜位色标信号进行位置检测,薄膜经成型器成型后变为筒膜,并进行纵向热封,包装膜向下方运动,横封轴动作,同时物料被送进筒膜内,一起向下继续运动,等下个光标信号进来时横封轴再动作一次,这样一包的三热封的动作完成,当包装膜继续向下运动,色标传感器检测到色标,驱动器收到色标传感器的信号后动作,在光标处划下一道锯齿形的切痕,划线动作完成,当上位机(PLC)计数到达5时,发出信号给切断轴伺服,使得切断轴伺服能接收到色标传感器的信号,这样色标传感器的信号接到后切断轴伺服动作,5连包的包装物包装完成。此系统包括PLC、HMI、伺服以及温度控制模块,由于台达ASDA-A2伺服控制器内含电子凸轮功能,四台伺服即可完成送膜、送料以及裁切工艺,PLC只需做简单I/O控制,大大节省了上位机的昂贵成本,程序的规划也更加简单。
 
4   各轴的功能
4.1  送膜轴
 
    此轴采用速度控制,作为整个系统的主轴。下达脉冲命令给横封轴、划线轴和切断轴,指挥凸轮轴运转。
 
4.2  横封轴
 
    在A2伺服的PR(内部位置控制模式)控制模式下,使用内建的电子凸轮跟随主轴运行,横封轴接收来自送膜主轴的脉冲差分信号OA/OA;OB/OB,沿着烧录好的凸轮飞剪曲线跟随主轴运动,当横封轴伺服控制器检测到色标光电信号(DI7有信号输入)时,凸轮啮合运转,在运转过程中,伺服控制器会抓取色标信号,利用内建的同步抓取修正轴(色标补偿功能),调节凸轮速度,对裁切位置进行自动修正,保证裁切准确。
 
4.3  划线轴
 
     此轴和横封轴一样,是处于PR(内部位置控制模式)控制模式下,使用内建的电子凸轮跟随主轴运行,接收来自主轴的差分脉冲信号,它的作用是对包装膜进行点划线或者锯齿形的裁切,便于单包包装物的撕断或扯开。
 
4.4  切断轴
 
     此轴也是和横封轴一样,是处于PR(内部位置控制模式)控制模式下,使用内建的电子凸轮跟随主轴运行,接收来自主轴的差分脉冲信号,它的作用是对包装物在裁切位置进行切断,根据客户的要求,可进行连包切断,可实现1~10连包的切断。
 
 
5   凸轮曲线的规划
 
       台达ASD-A2伺服内建PR(内部位置控制模式)模式,PR模式下,内建64段定位程序,不仅可以实现原点复归、位置控制、定速控制,还具有位置和速度插断、重叠功能、参数写入,以及定位程序段之间的跳跃和调用,同时具有电子凸轮功能,高速抓取(capture)和比较(compare)功能,横封轴、划线轴和切断轴的原点复归,无需上位机的参与,即可完成。
 
     
6   凸轮曲线的建立
 
     台达ASDA-A2伺服控制器内建飞剪凸轮模型,使得飞剪电子凸轮曲线的建立简单易行, ASDA-A2 PC soft支持自动飞剪、自动飞剪(同步区)、自动飞剪(同步区可调)等多种飞剪曲线将会自动生成飞剪曲线。考虑到不同包装膜的热封难易程度,在裁切区设立同步区。
 
7   A2伺服特有的同步抓取修正轴功能
 
      A2伺服控制器内建同步抓取修正轴功能(即传统的色标自动补偿功能),伺服控制器利用内建的高速脉冲抓取功能,通过色标光电抓取主动轴两次色标间的脉冲数目,与伺服控制器内部用户所设定的理论裁切量(P5-78的设定值)通过compare功能做比较,根据同步修正的修正率(P5-80)对两者之间的误差值(P5-79)做修正,伺服控制器最终依据修正后的脉冲命令(P5-77)运行。
 
8   遮没功能
      A2伺服控制器内建色标遮没功能,可有效避免包装膜污染,色标错印所引起的光电误动作,增加了整个系统的稳定性。P5-78为裁切长度的脉冲设定值,P5-96为遮没区脉冲长度,此功能设定后,在遮没区域内,即使色标误动作,也不会影响到整个系统的性能。
 
9   结语
     台达A2伺服在立式包装上的成功应用,表明台达在立式包装机行业有了成功的解决方案,它具有以下特点:
(1)裁切速度在袋长为80mm时达到180包/分钟,误差精度为±0.3mm;
(2)可实现1~10连包的生产,满足客户的特殊需求;
(3)整个裁切过程由伺服自动完成,PLC只是进行简单的逻辑控制,大大降低了上位机控制难度和成本负担;
(4)裁切使用的是A2特有的电子凸轮功能,相对于机械凸轮,它具有简单、无磨损、易维护、更换曲线方便的优点,大大降低了后续设备的维护费用;
(5)A2特有的自动同步修正功能、色标遮没功能的使用,使得设备的运行更稳定,操作更方便。

 
 
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