1 包裝機簡介
1.1 包裝機的分類
近年來，隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人民生活水平的提高，大眾對食品、醫(yī)藥、日用品等行業(yè)的產(chǎn)品需求日益增加，生產(chǎn)廠家采用傳統(tǒng)的手工包裝作業(yè)，已經(jīng)無法滿足市場的需求，必然尋求生產(chǎn)自動化、提高生產(chǎn)效率的設(shè)備。從而催生出一種高品質(zhì)、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。對于立式包裝，適用于流動性較好的液體、粉體、散粒體，主要依靠自身重力，必要時輔以一定的機械作用便可完成包裝，而且立式包裝機一般都具有兩種包裝功能，即跟光標裁切和定長裁切，兩種裁切功能方便切換，機器運轉(zhuǎn)時采用哪種包裝方式取決于包裝膜，包裝膜大體上分為有光標和沒有光標，沒有光標的包裝膜采用定長裁切，反之，采用光標裁切；對于枕式包裝，它主要適用于外形規(guī)整、有足夠硬性的單件或組合件包裝。
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制成袋筒，充入物料后，進行封口，三個功能自動連續(xù)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(jīng)導(dǎo)棍組、張緊裝置，由光電檢測控制裝置對包裝材料上商標圖案位置進行檢測后，通過翻領(lǐng)成型器卷成薄膜圓筒裹包在充填管的表面。先用縱向熱封器對卷成圓筒的接口部位薄膜進行縱向熱封，得到密封管筒，然后筒狀薄膜移動到橫向熱封器的地方進行橫封，構(gòu)成包裝袋筒。計量裝置把計量好的物品，通過上部填充管充填入包裝袋內(nèi)，再由橫向熱封器熱封并在居中切斷，形成包裝袋單元體，同時形成下一個筒袋的底部封口。
1.3 立式包裝機的生產(chǎn)工藝
立式包裝機配合上道的計量沖填機械，立式包裝機常用于包裝塊狀、片狀、粒狀、梗枝狀、粉狀以及流體和半流體物料。它的特點是被包裝物料的供料筒設(shè)計在制袋器內(nèi)側(cè)，制袋與充填物料由上到下沿豎直方向進行。它主要由計量裝置、傳動系統(tǒng)、橫封和縱封裝置、翻領(lǐng)成型器、充填管及薄膜牽拉供送機構(gòu)等部件組成。
2 設(shè)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(lǐng)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
色標傳感器常用于檢測特定色標或物體上的斑點，它是通過與非色標區(qū)相比較來實現(xiàn)色標檢測，而不是直接測量顏色。色標傳感器實際是一種反向裝置，光源垂直于目標物體安裝，而接收器與物體成銳角方向安裝，讓它只檢測來自目標物體的散射光，從而避免傳感器直接接收反射光，并且可使光束聚焦很窄。
2.3 翻領(lǐng)成型器
圓形翻領(lǐng)成型器主要應(yīng)用于包裝機械中，是立式自動包裝機的核心部件，用于包裝的塑料薄膜經(jīng)過翻領(lǐng)成型器自動卷成圓筒形，在卷包過程中，要求塑料薄膜不應(yīng)發(fā)生縱向和橫向拉伸變形，塑料薄膜經(jīng)過成型器時摩擦阻力應(yīng)較小。這就要求所購買的成型器符合塑料薄膜的自然卷曲變形，即成型器的表面積等于通過成型器的塑料薄膜的總面積。
2.4 熱封刀
準確來講，熱封刀的叫法并不精準，應(yīng)該是加熱片。加熱片是采用合金材質(zhì)制作而成的，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，硅膠壓條就是為了封口平整嚴實并壓花，壓出的形狀就是壓條本身的紋形。多數(shù)采用細網(wǎng)格式。
3 臺達立式包裝機控制方案原理
立式包裝機的縱封軸（也是送膜軸）作為系統(tǒng)主軸。橫封、劃線、切斷等3軸跟隨主軸運作，橫封、劃線、切斷伺服控制器直接抓取膜位色標信號進行位置檢測，薄膜經(jīng)成型器成型后變?yōu)橥材ぃ⑦M行縱向熱封，包裝膜向下方運動，橫封軸動作，同時物料被送進筒膜內(nèi)，一起向下繼續(xù)運動，等下個光標信號進來時橫封軸再動作一次，這樣一包的三熱封的動作完成，當包裝膜繼續(xù)向下運動，色標傳感器檢測到色標，驅(qū)動器收到色標傳感器的信號后動作，在光標處劃下一道鋸齒形的切痕，劃線動作完成，當上位機（PLC）計數(shù)到達5時，發(fā)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后切斷軸伺服動作，5連包的包裝物包裝完成。此系統(tǒng)包括PLC、HMI、伺服以及溫度控制模塊，由于臺達ASDA-A2伺服控制器內(nèi)含電子凸輪功能，四臺伺服即可完成送膜、送料以及裁切工藝，PLC只需做簡單I/O控制，大大節(jié)省了上位機的昂貴成本，程序的規(guī)劃也更加簡單。
4 各軸的功能
4.1 送膜軸
此軸采用速度控制，作為整個系統(tǒng)的主軸。下達脈沖命令給橫封軸、劃線軸和切斷軸，指揮凸輪軸運轉(zhuǎn)。
4.2 橫封軸
在A2伺服的PR（內(nèi)部位置控制模式)控制模式下，使用內(nèi)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沖差分信號OA/OA；OB/OB，沿著燒錄好的凸輪飛剪曲線跟隨主軸運動，當橫封軸伺服控制器檢測到色標光電信號（DI7有信號輸入）時，凸輪嚙合運轉(zhuǎn)，在運轉(zhuǎn)過程中，伺服控制器會抓取色標信號，利用內(nèi)建的同步抓取修正軸（色標補償功能），調(diào)節(jié)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，是處于PR（內(nèi)部位置控制模式）控制模式下，使用內(nèi)建的電子凸輪跟隨主軸運行，接收來自主軸的差分脈沖信號，它的作用是對包裝膜進行點劃線或者鋸齒形的裁切，便于單包包裝物的撕斷或扯開。
4.4 切斷軸
此軸也是和橫封軸一樣，是處于PR（內(nèi)部位置控制模式）控制模式下，使用內(nèi)建的電子凸輪跟隨主軸運行，接收來自主軸的差分脈沖信號，它的作用是對包裝物在裁切位置進行切斷，根據(jù)客戶的要求，可進行連包切斷，可實現(xiàn)1～10連包的切斷。
5 凸輪曲線的規(guī)劃
臺達ASD-A2伺服內(nèi)建PR（內(nèi)部位置控制模式）模式，PR模式下，內(nèi)建64段定位程序，不僅可以實現(xiàn)原點復(fù)歸、位置控制、定速控制，還具有位置和速度插斷、重疊功能、參數(shù)寫入，以及定位程序段之間的跳躍和調(diào)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復(fù)歸，無需上位機的參與，即可完成。
6 凸輪曲線的建立
臺達ASDA-A2伺服控制器內(nèi)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(qū)）、自動飛剪（同步區(qū)可調(diào)）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(qū)設(shè)立同步區(qū)。
7 A2伺服特有的同步抓取修正軸功能
A2伺服控制器內(nèi)建同步抓取修正軸功能（即傳統(tǒng)的色標自動補償功能），伺服控制器利用內(nèi)建的高速脈沖抓取功能，通過色標光電抓取主動軸兩次色標間的脈沖數(shù)目，與伺服控制器內(nèi)部用戶所設(shè)定的理論裁切量（P5-78的設(shè)定值）通過compare功能做比較，根據(jù)同步修正的修正率（P5-80）對兩者之間的誤差值（P5-79）做修正，伺服控制器最終依據(jù)修正后的脈沖命令（P5-77）運行。
8 遮沒功能
A2伺服控制器內(nèi)建色標遮沒功能，可有效避免包裝膜污染，色標錯印所引起的光電誤動作，增加了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。P5-78為裁切長度的脈沖設(shè)定值，P5-96為遮沒區(qū)脈沖長度，此功能設(shè)定后，在遮沒區(qū)域內(nèi)，即使色標誤動作，也不會影響到整個系統(tǒng)的性能。
9 結(jié)語
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