三伺服包装机

三伺服枕式包装机一、项目介绍1.1 、项目概述 枕式包装机是一种卧式三面封口，能自动完成制袋、填充、封口、切断、成 品等工序的包装设备， 广泛应用在食品、 日用化工、 医药等行业自动化生产线的 流水包装上。 适应的包装物一般为块状、 筒状规则物品， 如：饼干、蛋糕、面条、 化妆品、纸巾等。传统的枕式包装机横封刀的运动曲线是由机械的凸轮来实现的，安装复杂， 运行噪音大，调整麻烦，效率低。信捷针对这些问题全新开发的三伺服系统能实现一键启动， 操作简便，且能 实现运行中的自动防空，防切，防连续料，真正实现全自动化。1.2 、控制方案 本机采用信捷全新的 XDM 型 PLC, 内含 DSP 芯片能高速运算凸轮函数， 且 最大能支持 10 路 200K 高速脉冲输出。伺服驱动器采用信捷 DS3-PQA 系列， 用脉冲位置控制模式， 快速响应由 PLC 发送的过来的脉冲。 触摸屏采用信捷 TG 系列，所有的参数都能轻松更改。1.3 产品优势简介1、能自动计算出料位，实现系统初始化后的一键启动，真正零浪费，且能 在运行中微调切点和入料位置。2、袋长可以任意设置，从几厘米到几米都可， PLC 内的凸轮函数会自动计 算，无需任何机械调节。3、具有物料错位防切以及空槽检测功能功能。4、内部使用电子凸轮。电子凸轮有很高的柔性，所以设备具体的速度是由 切刀刀数，切削长度，伺服额定转速及机械减速比决定，如：青岛挂面包装机在 一把刀，三个称重机的情况下包装 210 毫米袋长的速度大约在 80 包/分钟，上海 的饼干包装机在一把刀的情况下包 150 毫米的饼干的速度大约在 180 包/分钟。二、系统构成2.1、项目应用的产品 项目应用产品见表2-1表2-1产品明细表产品名称型号数量PLCXDM-32T4-E1伺服DS3-20P7-PQA3触摸屏TG765-MT12.2系统硬件配置：系统硬件结构图如图2-1所示图2-1系统硬件结构图2.3控制系统的构成枕式包装机的送膜和进料是同步进行的，由色标检测和接近开关分别对送膜 和送料的位置进行检测，薄膜经成型器成型后变为筒膜，并进行纵向热封，同时 物料被送进筒膜内，一起向前经过横封横切部位，由回转式或往复式的横封横切 刀对筒膜进行横向封切，输出包装成品，具体工艺流程图如图2-2所示。图2-2枕式包装机工艺流程图工艺结构图如图2-3所示。轴1 （送膜）：送膜轴为系统主轴，控制薄膜的输出，送膜轴上的色标检测 在每个色标信号到来时触发，通过两次触发间送膜轴的脉冲计算出实际袋长，从 而能对机械滑差进行补偿。轴2 （切刀）：切刀以凸轮曲线的形式跟随主轴纵向切断薄膜，切割长度直接由触摸屏设定。切刀伺服设置了力矩限制，能自动判断切到料故障。轴3 （送料）：送料以比例的形式跟随主轴。送料入端口装有光电开关，能 做有无料和是否是连续料判断，从而控制前面的送膜和切刀启动和暂停， 提高了 包装的准确性。从上图中可以看出，横封刀轴、送膜轴和送料轴三轴都是由独立的伺服电机 控制，控制要求是横封刀轴每转一圈（假设是单刀）送膜轴要带着塑料膜走过一个 袋长，同时送料轴的机械终端要正好送完一块物料；这个过程三轴要时刻保持同步 否则包装出来的产品有可能切断物料，有可能横封的位置错误。其中最主要的运 动控制要求是横封刀轴在封膜的瞬间速度必须与塑料膜的速度保持一致，如有偏差就会出现拉断塑料膜或者造成塑料膜在横封时堆积，从而产生不合格包装产 品。包装膜图2-3枕式包装机工艺结构图三、信捷产品在包装机系统中的特色功能新型三伺服包装机是集机、电、光、声、磁等为一体的高技术、高智能、高 竞争的产品，其运动控制器的运算功能强大，在能够充分满足正常包装要求和精度 的前提下还能够实现传动包装机所实现不了的特色功能：物料错位防切功能、空 槽检测功能，电子凸轮等，这些特色功能的实现极大提升了自动包装机的也装效 率，提高了原材料利用率和色装机的自动化水平3.1物料错位防切功能物料错位防切J传感器/图3-1物料错位防切传感器安装示意图物料错位防切功能是新型三伺服包装机发中的特色功能之一，该功能是通过三轴独立控制运动实现的，这也充分体现丫通用运动控制器的功能强大、智能 集成化水平高、应用广泛等特点。该功能不但提高了包装效率，而对于硬度比较 高的材质的物料装来说，该功能可以保护横封刀不切到错位物料，从而保护横封刀 免受机械损伤。因此，物料错位防切功能对整个动包装机的应用来说是一个不可 或缺的功能，该功能是自动包装机向智能化发展的必然趋势。物料防切传感器安 装示意图如图3-1所示。图3-2物料错位示意图防切功能又称包装物错位端封不切功能，是指包装机在包装过程中可对物料 位置进行实时检测，如发现物料错位、物料过长、同一拨叉内放多个物料等现象 , 则横封刀轴在物料传送到横封刀切之前停止转动，而膜轴和槽轴继续运行，直到将 错位物料让出后，三轴再同时自动开车，避免了横封刀切物现象的发生。如发生连 续错位现象，则设备自动停车,提示对入料点进行调整，三伺服包装机的物料错位 示意图如图3-2所示。3.2空槽检测功能空槽检测功能，也是新型三伺服自动包装机的一个特色功能，也是自动化平在包装机中的应用。通过空槽检测传感器检测拨叉是否缺料 ，如果有空料拨 叉且运行到成型器位置时，横封刀轴与包装膜轴停止运动，送料轴继续运动将空料 拨叉让过去，然后包装机的三轴匹配继续之前的包装运动，此功能能够实现包装机 包装出来的成品无空包。如图3-3所示为空槽检测功能示意图。检测传感器装在与成型器相距三个拨 叉距离的位置上，其目的是在高速包装时如果检测到空包可实现立即停车，以克服伺服电机不及时响应的现象。预留出这段距离的目的是采用逐级降速的方法，可以使横封刀轴与包装膜停车过程平稳，实现高速包装过程中也能及时准确的排除 处理空包情况的产生。该功能是要停止横封刀轴与包装膜轴的运动，所以在生产线高速包装运行并且不经常出现空包的情况下，不适合频繁的启停，不太适合空包 检测功能的应用，如果使用有时反而会降低生产效率。此功能可以使用在生产线经常出现空包情况或要求包装成品空包尽量可能少时，才能够充分发挥该功能的 优势。T图3-3空槽检测功能示意图3.3电子凸轮传统枕式包装机为了实现横封刀轴与膜轴的同步切膜运动实现大部分通过 机械凸轮机构；凸轮机构能将旋转运动转换为预期的间歇直线往复运动或往复摆 动等。但是凸轮机构在包装机的实际应用中也存在着很多局限性。随着科技进步和数字伺服技术的出现，在传动及控制系统中我们可以利用电子凸轮代替传统的 机械凸轮实现各种复杂的往复运动。电子凸轮是以伺服运动控制技术为基础，并结合先进的微处理器，通过数字化系统实现模拟机械凸轮的功能。3.3.1轮切电子凸轮的系统构成轮切电子凸轮的基本要素包括刀辊轴、进给轴、检测元件、控制单元及电机。 另外根据加工产品的不同可能还需要色标。 刀辊每旋转一圈完成一次剪切，测量 辊测量材料的长度，控制单元根据预先设计的凸轮曲线控制刀辊的运动， 使得刀 刃与材料进入啮合时通过的材料的长度正好是所需要的长度， 从而完成一次精确 的定长剪切。系统的构成如图3-4所示。剪刀辊332电子凸轮的优点:1、电子凸轮系统不存在机械凸轮系统中的惯性应力、弹性变形、冈性冲击力等各种机械接触破坏，故响应速度快，因此更能适合高速运动传动场合。2、电子凸轮系统不存在磨损，凸轮传动曲线形状只要设计完成就不会改变，因而 从动件重复实现预期运动的精度更高、稳定性更好。3、可以方便的更改运动传动曲线，通过更改相应的运动参数就可以实现不 同的运动传动曲线，大大降低生产安装更换成本。4如果膜长改变的话，那么滚刀的速度就要改变，以凸轮同步方式跟随送膜轴进 行同步运动。运动曲线如图3-5所示Sipeccl图3-5凸轮运动曲线图四、结束语经过测试，设备可按照客户原先提出的以下要求正常运行：1、提高包装精度，正常可以达到120200包/分；2、减少机械结构，使机械结构简单，省去机械凸轮，易于维修，同时减少工作 噪音；3、使用触摸屏操作使操作方式人性化；4、使用方便，操作简单，即便出现故障只要简单处理就可继续运行。5、系统的稳定性，特别重要。整个系统设计过程中，信捷的XDM运动控制器的电子凸轮功能、高速运算 功能起到了关键作用，使得机器在保证切刀位置精准的情况下高速稳定地运行。飞剪、电子凸轮、高速、实时纠偏等功能，是目前很多OEM机械尤其是包装机械行业的高端机型提出的需求， 在实现这些功能的同时，能够将原先的生产 效率提高23倍甚至更多，在不久的将来会成为主流趋势，而 XDM运动控制 器在三伺服枕包机中的成功应用也证明了信捷在遇到此类机械的开发时有很好 的产品对应，在此领域中的应用将会越来越多。