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1、三伺服枕式包裝機 一、項目介紹 1.1 、項目概述 枕式包裝機是一種臥式三面封口，能自動完成制袋、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)的枕式包裝機橫封刀的運動曲線是由機械的凸輪來實現(xiàn)的，安裝復雜， 運行噪音大，調(diào)整麻煩，效率低。 信捷針對這些問題全新開發(fā)的三伺服系統(tǒng)能實現(xiàn)一鍵啟動， 操作簡便，且能 實現(xiàn)運行中的自動防空，防切，防連續(xù)料，真正實現(xiàn)全自動化。 1.2 、控制方案 本機采用信捷全新的 XDM 型 PLC, 內(nèi)含

2、 DSP 芯片能高速運算凸輪函數(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)勢簡介 1、能自動計算出料位，實現(xiàn)系統(tǒng)初始化后的一鍵啟動，真正零浪費，且能 在運行中微調(diào)切點和入料位置。 2、袋長可以任意設(shè)置，從幾厘米到幾米都可， PLC 內(nèi)的凸輪函數(shù)會自動計 算，無需任何機械調(diào)節(jié)。 3、具有物料錯位防切以及空槽檢測功能功能。 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、長度，伺服額定轉(zhuǎn)速及機械減速比決定，如：青島掛面包裝機在 一把刀，三個稱重機的情況下包裝 210 毫米袋長的速度大約在 80 包/分鐘，上海 的餅干包裝機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、項目應(yīng)用的產(chǎn)品 項目應(yīng)用產(chǎn)品見表2-1 表2-1產(chǎn)品明細表 產(chǎn)品名稱 型號 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 枕式包裝機的送膜

4、和進料是同步進行的，由色標檢測和接近開關(guān)分別對送膜 和送料的位置進行檢測，薄膜經(jīng)成型器成型后變?yōu)橥材?，并進行縱向熱封，同時 物料被送進筒膜內(nèi)，一起向前經(jīng)過橫封橫切部位，由回轉(zhuǎn)式或往復式的橫封橫切 刀對筒膜進行橫向封切，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，送膜軸上的色標檢測 在每個色標信號到來時觸發(fā)，通過兩次觸發(fā)間送膜軸的脈沖計算出實際袋長，從 而能對機械滑差進行補償。 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和暫停， 提高了 包裝的準確性。 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立的伺服電機 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 袋長，同時送料軸的機械終端要正好送完一塊物料；這個過程三軸要時刻保持同步 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誤。其中最主要的運 動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 差就會出現(xiàn)拉斷塑料膜或者造成

6、塑料膜在橫封時堆積，從而產(chǎn)生不合格包裝產(chǎn) 品。 包裝膜 圖2-3枕式包裝機工藝結(jié)構(gòu)圖 三、信捷產(chǎn)品在包裝機系統(tǒng)中的特色功能 新型三伺服包裝機是集機、電、光、聲、磁等為一體的高技術(shù)、高智能、高 競爭的產(chǎn)品，其運動控制器的運算功能強大，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)傳動包裝機所實現(xiàn)不了的特色功能：物料錯位防切功能、空 槽檢測功能，電子凸輪等，這些特色功能的實現(xiàn)極大提升了自動包裝機的也裝效 率，提高了原材料利用率和色裝機的自動化水平 3.1物料錯位防切功能 物料錯位防切 J 傳感器/ 圖3-1物料錯位防切傳感器安裝示意圖 物料錯位防切功能是新

7、型三伺服包裝機 發(fā)中的特色功能之一，該功能是通 過三軸獨立控制運動實現(xiàn)的，這也充分體現(xiàn)丫通用運動控制器的功能強大、智能 集成化水平高、應(yīng)用廣泛等特點。該功能不但提高了包裝效率，而對于硬度比較 高的材質(zhì)的物料裝來說，該功能可以保護橫封刀不切到錯位物料，從而保護橫封刀 免受機械損傷。因此，物料錯位防切功能對整個動包裝機的應(yīng)用來說是一個不可 或缺的功能，該功能是自動包裝機向智能化發(fā)展的必然趨勢。物料防切傳感器安 裝示意圖如圖3-1所示。 圖3-2物料錯位示意圖 防切功能又稱包裝物錯位端封不切功能，是指包裝機在包裝過程中可對物料 位置進行實時檢測，如發(fā)現(xiàn)物料錯位、物料過長、同一撥叉內(nèi)放多個物

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，而膜軸和槽軸繼續(xù)運行，直到將 錯位物料讓出后，三軸再同時自動開車，避免了橫封刀切物現(xiàn)象的發(fā)生。如發(fā)生連 續(xù)錯位現(xiàn)象，則設(shè)備自動停車,提示對入料點進行調(diào)整，三伺服包裝機的物料錯位 示意圖如圖3-2所示。 3.2空槽檢測功能 空槽檢測功能，也是新型三伺服自動包裝機的一個特色功能，也是自動化平 在包裝機中的應(yīng)用。通過空槽檢測傳感器檢測撥叉是否缺料 ，如果有空料撥 叉且運行到成型器位置時，橫封刀軸與包裝膜軸停止運動，送料軸繼續(xù)運動將空料 撥叉讓過去，然后包裝機的三軸匹配繼續(xù)之前的包裝運動，此功能能夠?qū)崿F(xiàn)包裝機 包裝出來的成品無空包。 如

9、圖3-3所示為空槽檢測功能示意圖。檢測傳感器裝在與成型器相距三個撥 叉距離的位置上，其目的是在高速包裝時如果檢測到空包可實現(xiàn)立即停車 ，以克服 伺服電機不及時響應(yīng)的現(xiàn)象。預留出這段距離的目的是采用逐級降速的方法 ，可 以使橫封刀軸與包裝膜停車過程平穩(wěn)，實現(xiàn)高速包裝過程中也能及時準確的排除 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動 ，所以在生產(chǎn) 線高速包裝運行并且不經(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 檢測功能的應(yīng)用，如果使用有時反而會降低生產(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，才能夠充分發(fā)揮該功能的 優(yōu)勢。

10、T 圖3-3空槽檢測功能示意圖 3.3電子凸輪 傳統(tǒng)枕式包裝機為了實現(xiàn)橫封刀軸與膜軸的同步切膜運動實現(xiàn)大部分通過 機械凸輪機構(gòu)；凸輪機構(gòu)能將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為預期的間歇直線往復運動或往復擺 動等。但是凸輪機構(gòu)在包裝機的實際應(yīng)用中也存在著很多局限性。 隨著科技進步 和數(shù)字伺服技術(shù)的出現(xiàn)，在傳動及控制系統(tǒng)中我們可以利用電子凸輪代替?zhèn)鹘y(tǒng)的 機械凸輪實現(xiàn)各種復雜的往復運動。電子凸輪是以伺服運動控制技術(shù)為基礎(chǔ) ，并 結(jié)合先進的微處理器，通過數(shù)字化系統(tǒng)實現(xiàn)模擬機械凸輪的功能。 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、進給軸、檢測元件、控制單元及電機。 另外根據(jù)

11、加工產(chǎn)品的不同可能還需要色標。 刀輥每旋轉(zhuǎn)一圈完成一次剪切，測量 輥測量材料的長度，控制單元根據(jù)預先設(shè)計的凸輪曲線控制刀輥的運動， 使得刀 刃與材料進入嚙合時通過的材料的長度正好是所需要的長度， 從而完成一次精確 的定長剪切。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: 1、 電子凸輪系統(tǒng)不存在機械凸輪系統(tǒng)中的慣性應(yīng)力、彈性變形、岡性沖擊 力等各種機械接觸破壞，故響應(yīng)速度快，因此更能適合高速運動傳動場合。 2、 電子凸輪系統(tǒng)不存在磨損，凸輪傳動曲線形狀只要設(shè)計完成就不會改變，因而 從動件重復實現(xiàn)預期運動的精度更高、穩(wěn)定性更好。 3、可以方便的更改運動傳動曲線，通

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