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台達A2伺服在立式包裝機中的應用

中達電通股份有限公司
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中達電通機電事業部
 
【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。
 
【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.
 
【關鍵詞】內置電子凸輪;高速抓取(capture);高速比較(compare);色標遮沒;自動糾偏;A2伺服
 
 
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san粒li體ti,主zhu要yao依yi靠kao自zi身shen重zhong力li,必bi要yao時shi輔fu以yi一yi定ding的de機ji械xie作zuo用yong便bian可ke完wan成cheng包bao裝zhuang,而er且qie立li式shi包bao裝zhuang機ji一yi般ban都dou具ju有you兩liang種zhong包bao裝zhuang功gong能neng,即ji跟gen光guang標biao裁cai切qie和he定ding長chang裁cai切qie,兩liang種zhong裁cai切qie功gong能neng方fang便bian切qie換huan,機ji器qi運yun轉zhuan時shi采cai用yong哪na種zhong包bao裝zhuang方fang式shi取qu決jue於yu包bao裝zhuang膜mo,包bao裝zhuang膜mo大da體ti上shang分fen為wei有you光guang標biao和he沒mei有you光guang標biao,沒mei有you光guang標biao的de包bao裝zhuang膜mo采cai用yong定ding長chang裁cai切qie,反fan之zhi,采cai用yong光guang標biao裁cai切qie;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  立式包裝
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、zhangjinzhuangzhi,youguangdianjiancekongzhizhuangzhiduibaozhuangcailiaoshangshangbiaotuanweizhijinxingjiancehou,tongguofanlingchengxingqijuanchengbomoyuantongguobaozaichongtianguandebiaomian。xianyongzongxiangrefengqiduijuanchengyuantongdejiekoubuweibomojinxingzongxiangrefeng,dedaomifengguantong,ranhoutongzhuangbomoyidongdaohengxiangrefengqidedifangjinxinghengfeng,gouchengbaozhuangdaitong。jiliangzhuangzhibajilianghaodewupin,tongguoshangbutianchongguanchongtianrubaozhuangdainei,zaiyouhengxiangrefengqirefengbingzaijuzhongqieduan,xingchengbaozhuangdaidanyuanti,tongshixingchengxiayigetongdaidedibufengkou。
 
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fen狀zhuang以yi及ji流liu體ti和he半ban流liu體ti物wu料liao。它ta的de特te點dian是shi被bei包bao裝zhuang物wu料liao的de供gong料liao筒tong設she計ji在zai製zhi袋dai器qi內nei側ce,製zhi袋dai與yu充chong填tian物wu料liao由you上shang到dao下xia沿yan豎shu直zhi方fang向xiang進jin行xing。它ta主zhu要yao由you計ji量liang裝zhuang置zhi、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(se)標(biao)傳(chuan)感(gan)器(qi)常(chang)用(yong)於(yu)檢(jian)測(ce)特(te)定(ding)色(se)標(biao)或(huo)物(wu)體(ti)上(shang)的(de)斑(ban)點(dian),它(ta)是(shi)通(tong)過(guo)與(yu)非(fei)色(se)標(biao)區(qu)相(xiang)比(bi)較(jiao)來(lai)實(shi)現(xian)色(se)標(biao)檢(jian)測(ce),而(er)不(bu)是(shi)直(zhi)接(jie)測(ce)量(liang)顏(yan)色(se)。色(se)標(biao)傳(chuan)感(gan)器(qi)實(shi)際(ji)是(shi)一(yi)種(zhong)反(fan)向(xiang)裝(zhuang)置(zhi),光(guang)源(yuan)垂(chui)直(zhi)於(yu)目(mu)標(biao)物(wu)體(ti)安(an)裝(zhuang),而(er)接(jie)收(shou)器(qi)與(yu)物(wu)體(ti)成(cheng)銳(rui)角(jiao)方(fang)向(xiang)安(an)裝(zhuang),讓(rang)它(ta)隻(zhi)檢(jian)測(ce)來(lai)自(zi)目(mu)標(biao)物(wu)體(ti)的(de)散(san)射(she)光(guang),從(cong)而(er)避(bi)免(mian)傳(chuan)感(gan)器(qi)直(zhi)接(jie)接(jie)收(shou)反(fan)射(she)光(guang),並(bing)且(qie)可(ke)使(shi)光(guang)束(shu)聚(ju)焦(jiao)很(hen)窄(zhai)。
 
2.3  翻領成型器
 
     圓yuan形xing翻fan領ling成cheng型xing器qi主zhu要yao應ying用yong於yu包bao裝zhuang機ji械xie中zhong,是shi立li式shi自zi動dong包bao裝zhuang機ji的de核he心xin部bu件jian,用yong於yu包bao裝zhuang的de塑su料liao薄bo膜mo經jing過guo翻fan領ling成cheng型xing器qi自zi動dong卷juan成cheng圓yuan筒tong形xing,在zai卷juan包bao過guo程cheng中zhong,要yao求qiu塑su料liao薄bo膜mo不bu應ying發fa生sheng縱zong向xiang和he橫heng向xiang拉la伸shen變bian形xing,塑su料liao薄bo膜mo經jing過guo成cheng型xing器qi時shi摩mo擦ca阻zu力li應ying較jiao小xiao。這zhe就jiu要yao求qiu所suo購gou買mai的de成cheng型xing器qi符fu合he塑su料liao薄bo膜mo的de自zi然ran卷juan曲qu變bian形xing,即ji成cheng型xing器qi的de表biao麵mian積ji等deng於yu通tong過guo成cheng型xing器qi的de塑su料liao薄bo膜mo的de總zong麵mian積ji。
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(qie)斷(duan)伺(si)服(fu)控(kong)製(zhi)器(qi)直(zhi)接(jie)抓(zhua)取(qu)膜(mo)位(wei)色(se)標(biao)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)位(wei)置(zhi)檢(jian)測(ce),薄(bo)膜(mo)經(jing)成(cheng)型(xing)器(qi)成(cheng)型(xing)後(hou)變(bian)為(wei)筒(tong)膜(mo),並(bing)進(jin)行(xing)縱(zong)向(xiang)熱(re)封(feng),包(bao)裝(zhuang)膜(mo)向(xiang)下(xia)方(fang)運(yun)動(dong),橫(heng)封(feng)軸(zhou)動(dong)作(zuo),同(tong)時(shi)物(wu)料(liao)被(bei)送(song)進(jin)筒(tong)膜(mo)內(nei),一(yi)起(qi)向(xiang)下(xia)繼(ji)續(xu)運(yun)動(dong),等(deng)下(xia)個(ge)光(guang)標(biao)信(xin)號(hao)進(jin)來(lai)時(shi)橫(heng)封(feng)軸(zhou)再(zai)動(dong)作(zuo)一(yi)次(ci),這(zhe)樣(yang)一(yi)包(bao)的(de)三(san)熱(re)封(feng)的(de)動(dong)作(zuo)完(wan)成(cheng),當(dang)包(bao)裝(zhuang)膜(mo)繼(ji)續(xu)向(xiang)下(xia)運(yun)動(dong),色(se)標(biao)傳(chuan)感(gan)器(qi)檢(jian)測(ce)到(dao)色(se)標(biao),驅(qu)動(dong)器(qi)收(shou)到(dao)色(se)標(biao)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)信(xin)號(hao)後(hou)動(dong)作(zuo),在(zai)光(guang)標(biao)處(chu)劃(hua)下(xia)一(yi)道(dao)鋸(ju)齒(chi)形(xing)的(de)切(qie)痕(hen),劃(hua)線(xian)動(dong)作(zuo)完(wan)成(cheng),當(dang)上(shang)位(wei)機(ji)(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(kong)製(zhi)模(mo)式(shi)下(xia),使(shi)用(yong)內(nei)建(jian)的(de)電(dian)子(zi)凸(tu)輪(lun)跟(gen)隨(sui)主(zhu)軸(zhou)運(yun)行(xing),接(jie)收(shou)來(lai)自(zi)主(zhu)軸(zhou)的(de)差(cha)分(fen)脈(mai)衝(chong)信(xin)號(hao),它(ta)的(de)作(zuo)用(yong)是(shi)對(dui)包(bao)裝(zhuang)膜(mo)進(jin)行(xing)點(dian)劃(hua)線(xian)或(huo)者(zhe)鋸(ju)齒(chi)形(xing)的(de)裁(cai)切(qie),便(bian)於(yu)單(dan)包(bao)包(bao)裝(zhuang)物(wu)的(de)撕(si)斷(duan)或(huo)扯(che)開(kai)。
 
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kong製zhi模mo式shi下xia,使shi用yong內nei建jian的de電dian子zi凸tu輪lun跟gen隨sui主zhu軸zhou運yun行xing,接jie收shou來lai自zi主zhu軸zhou的de差cha分fen脈mai衝chong信xin號hao,它ta的de作zuo用yong是shi對dui包bao裝zhuang物wu在zai裁cai切qie位wei置zhi進jin行xing切qie斷duan,根gen據ju客ke戶hu的de要yao求qiu,可ke進jin行xing連lian包bao切qie斷duan,可ke實shi現xian1~10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(si)服(fu)控(kong)製(zhi)器(qi)利(li)用(yong)內(nei)建(jian)的(de)高(gao)速(su)脈(mai)衝(chong)抓(zhua)取(qu)功(gong)能(neng),通(tong)過(guo)色(se)標(biao)光(guang)電(dian)抓(zhua)取(qu)主(zhu)動(dong)軸(zhou)兩(liang)次(ci)色(se)標(biao)間(jian)的(de)脈(mai)衝(chong)數(shu)目(mu),與(yu)伺(si)服(fu)控(kong)製(zhi)器(qi)內(nei)部(bu)用(yong)戶(hu)所(suo)設(she)定(ding)的(de)理(li)論(lun)裁(cai)切(qie)量(liang)(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。

 
 
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