1 引言

    熱收縮膜包裝形式有經(jīng)濟(jì)、安全可靠、便于區(qū)域運輸銷售等優(yōu)勢，被國內(nèi)飲料行業(yè)普遍采用。但由于啤酒生產(chǎn)使用的玻璃瓶及瓶身碰撞易損，熱收縮膜包裝形式的局限性不能完*啤酒及其他玻璃瓶包裝行業(yè)的需求。因此，紙箱包裝是啤酒、飲料的高規(guī)格、次的包裝，解決了長途運輸?shù)膯栴}，彌補(bǔ)了熱收縮膜包裝的缺陷，兩者互補(bǔ)，是啤酒、飲料包裝*兩種包裝形式之一。我國紙箱包裝機(jī)長時間處于35箱／min的包裝能力，僅能滿足2萬瓶／h啤酒、飲料包裝生產(chǎn)線的需求。通過市場調(diào)研CONTROLENGINEERINGChina版權(quán)所有，在現(xiàn)有裝箱機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，吸收國內(nèi)外裝箱機(jī)的優(yōu)點，成功地開發(fā)出60箱／min全自動紙箱包裝機(jī)，解決了啤酒、飲料4萬瓶裝箱的需要。

    2 紙包裝機(jī)的技術(shù)結(jié)構(gòu)和工作原理

    2.1控制系統(tǒng)的組成

    科時敏e-STARR60紙箱包機(jī)采用B&R(貝加萊)控制系統(tǒng)，PLC為CP476通過CAN現(xiàn)場總線與所有伺服驅(qū)動通訊，面板采用PP451，并通過CAN連接EX470進(jìn)行遠(yuǎn)程IO擴(kuò)展?？刂葡到y(tǒng)見圖1。

技術(shù)

    上位界面PP451的以太網(wǎng)地址號為01；3IF771.9通訊卡的CAN現(xiàn)在總線地址號為09；推瓶伺服驅(qū)動器的CAN現(xiàn)場總線地址號為01；分瓶1伺服驅(qū)動器的CAN現(xiàn)場總線地址號為02；分瓶2伺服驅(qū)動器的CAN現(xiàn)場總線地址號為03；出口伺服驅(qū)動器的CAN現(xiàn)場總線地址號為04；吸紙板服驅(qū)動器的CAN現(xiàn)場總線地址號為05；EX470總線控制器CAN現(xiàn)場總線地址號為C6；

    各設(shè)備所對應(yīng)CAN現(xiàn)場總線號必須正確，否則系統(tǒng)不能正常運行。正常情況下，系統(tǒng)在上電后，IF771的CAN通訊指示燈會快速閃爍，各伺服驅(qū)動器的AC110通訊卡上的兩個通訊指示燈保持常亮，否則通訊不正常。

    2.2全自動高速紙箱包裝機(jī)的組成及工作原理

    全自動高速紙箱包裝機(jī)主要由紙板供給、瓶輸送、取紙箱板、分瓶、紙箱板傳送、推瓶、紙箱折疊成型、噴膠、封箱粘合等組成。紙箱板供給由紙箱板儲存庫、紙箱板等待工位、紙箱板水平輸送、紙箱板供給主托叉、紙箱板供給副托叉、檢測開關(guān)等組成。主要完成對包裝機(jī)的紙箱板供應(yīng)，適應(yīng)于高速包裝機(jī)紙箱板供應(yīng)不能間斷的需求，使得紙箱板供應(yīng)更加暢順。瓶輸送分兩部分，一部分是由變頻調(diào)速控制電機(jī)運行速度，將包裝線上的瓶按照要求有規(guī)律的進(jìn)行輸送，缺瓶檢測保證瓶的連續(xù)供給，提供給包裝機(jī)；一部分是由主驅(qū)動通過機(jī)械傳送．按照主機(jī)運行節(jié)奏進(jìn)行輸瓶。取紙板是由伺服電機(jī)驅(qū)動，以從動的方式與主驅(qū)動同步運行，帶有兩組吸盤，兩組吸盤交替取紙板，達(dá)到了高速取紙板的功效，可以實現(xiàn)60箱／min的紙板供給。分瓶由1號分瓶伺服電機(jī)和2號分瓶伺服電機(jī)及主驅(qū)動電機(jī)完成控制，將瓶子有規(guī)律的分成3×4一組。紙板傳送是將取到的紙板通過若干個工位傳送到上瓶處，動力由主驅(qū)動提供，缺紙板和雙層紙板的檢測用以保證紙板的正常供給。推瓶機(jī)構(gòu)的作用是分瓶后的整理，通過推瓶桿進(jìn)行推瓶，瓶通過無動力過度板時，將瓶排列緊密，提高包裝質(zhì)量。紙箱折疊成型、噴膠、封箱粘合完成啤酒、飲料的包裝，根據(jù)紙箱的結(jié)構(gòu)，確定噴膠的位置，封箱粘合的適度調(diào)整，確保封箱的質(zhì)量。紙包機(jī)工作流程見圖2。

技術(shù)

    3 紙包裝機(jī)的控制系統(tǒng)

    3.1主控制器

    主要包括模擬量控制、光源控制、傳感器控制、定位控制、傳動控制、氣動控制、工藝過程、工藝參數(shù)、運行故障、安全防護(hù)、產(chǎn)品質(zhì)量等控制。采用可編程邏輯控制器及輔助系統(tǒng)來實現(xiàn)控制的準(zhǔn)確性和實時性。

    3.2多電機(jī)拖動的同步技術(shù)與伺服傳動技術(shù)

    包裝物品由主傳動系統(tǒng)傳送，各種包裝輔助材料由供送系統(tǒng)傳送，它們之間的動作必須協(xié)調(diào)配合，控制上嚴(yán)格保持一致。采用多電機(jī)拖動的同步技術(shù)利用伺服傳動技術(shù)代替常規(guī)傳動部件，使包裝機(jī)具有執(zhí)行、反饋、自適應(yīng)等功能。多電機(jī)伺服系統(tǒng)采用PLC控制，機(jī)器各工位的檢測由外圍各工位的接近開關(guān)來完成，實現(xiàn)無觸點信號輸入和系統(tǒng)的光、機(jī)、電和氣動裝置的協(xié)調(diào)動作。通過調(diào)整分瓶器及調(diào)整噴膠、封箱、整型氣缸位置，可以改變包裝規(guī)格。

    3.3操作系統(tǒng)設(shè)計

    變頻控制技術(shù)與人機(jī)界面技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用www.cechina。。ｃｎ，使包裝機(jī)械在自動、手動、調(diào)試等工作方式時，控制設(shè)備在不同的速度下運行。變頻器配備通信模塊CONTROLENGINEERINGChina版權(quán)所有，通過RS-485接口可在操作站的人機(jī)界面上顯示和設(shè)定主驅(qū)動參數(shù)。操作屏作為PLC的接口，能進(jìn)行與檢測有關(guān)參數(shù)的設(shè)置，能顯示常用數(shù)據(jù)www.cechina。。ｃｎ，操作方便，界面簡潔。

    4 控制系統(tǒng)方案

    高速紙箱包裝機(jī)的控制系統(tǒng)主要由運動控制器EX470、PP451人機(jī)界面、檢測元件、執(zhí)行元件、伺服驅(qū)動器、伺服電機(jī)等組成。運動控制器EX470通過CANbus總線控制伺服驅(qū)動器，對伺服電機(jī)實施控制。通過CAN總線對運行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和控制。

    機(jī)器運行位置的檢測和包裝周期設(shè)定在伺服控制中。伺服電機(jī)裝有旋轉(zhuǎn)編碼器，根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器的反饋信號，伺服控制器對伺服電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制。旋轉(zhuǎn)編碼器選擇是增量型編碼器，它產(chǎn)生頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比的電脈沖信號，伺服控制器對脈沖計數(shù)，依此對伺服電機(jī)進(jìn)行控制。通過編碼器的接口。將數(shù)據(jù)傳送到EX470，其數(shù)據(jù)數(shù)值表明機(jī)器的運行位置。在包裝過程中，推瓶桿推出一組瓶完成一個包裝，在推瓶桿經(jīng)過處安裝一個檢測開關(guān)，利用它對EX470記錄的編碼器數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)位。此數(shù)據(jù)的周期性變化，EX470中的數(shù)據(jù)表明包裝周期內(nèi)的位置數(shù)據(jù)。在每一個包裝周期內(nèi)，取紙板、放紙板、分瓶等動作數(shù)據(jù)與EX470中的數(shù)據(jù)有一一對應(yīng)的關(guān)系，根據(jù)一一對應(yīng)的數(shù)據(jù)對機(jī)器的每一個動作進(jìn)行控制。

    4.1分瓶電機(jī)的控制

    分瓶驅(qū)動是分瓶電機(jī)驅(qū)動兩組擋瓶爪。在紙箱包裝機(jī)中，包裝段的瓶傳送通過主驅(qū)動電機(jī)實現(xiàn)。分瓶是將排列緊密的瓶分成3×4或其它組合的瓶組。兩個分瓶電機(jī)的傳送鏈上，分別裝有等距離的兩組擋瓶爪，兩個電機(jī)快慢交替運行。將排列整齊的瓶分成3×4瓶組。通過主驅(qū)電機(jī)傳送到下一個工位。

    分瓶電機(jī)的控制。兩分瓶電機(jī)有規(guī)律的交替快慢運行。特點是以主驅(qū)動電機(jī)脈沖數(shù)作為同步信號(X方向)，分瓶電機(jī)自身的脈沖數(shù)(Y方向)，按照設(shè)定的運動曲線進(jìn)行運行，即只有在主電機(jī)運行的情況下，分瓶電機(jī)作為從電機(jī)按照特定的曲線同步運行。

    分瓶電機(jī)同步位參數(shù)的設(shè)定決定了分瓶電機(jī)按照一定的規(guī)律運行，運行的起始位和停止位就要有一個參考位，此設(shè)定可在人機(jī)界面PP451上設(shè)定。相對于某一個參考點的位置，產(chǎn)品不同，包裝形式不同，其參考位不同，電機(jī)切換點不同。

    4.2紙箱板供給系統(tǒng)

    紙箱板供給系統(tǒng)主要由紙箱板水平供給和紙箱板垂直供給兩部分組成。

    紙箱板水平供給。水平紙箱板供給由水平供給電機(jī)驅(qū)動，通過檢測供箱板輸送鏈的狀態(tài)，控制電機(jī)。將箱板從初始堆放處，輸送到箱板等待工位。當(dāng)副托叉托住紙箱板，主托叉下降到初始位，控制電機(jī)將等待工位的紙箱板輸送到垂直工位，完成一個水平供紙箱板的過程。

    紙箱板垂直供給。垂直紙箱板供給由垂直供給電機(jī)驅(qū)動，一臺電機(jī)驅(qū)動主托叉，另一臺電機(jī)驅(qū)動副托叉。垂直紙箱板供給主要由電機(jī)驅(qū)動主托叉供給紙箱板．當(dāng)紙箱板供應(yīng)減少到一定的數(shù)量時，由副托叉托住剩余紙箱板，主托叉下降等待紙箱板，當(dāng)紙箱板托起到位后。抽出副托叉由主托叉正常供給，完成一組紙箱板的補(bǔ)充。如此可保持紙箱板的供給不間斷，達(dá)到高速度包裝的紙箱板供給。

    4.3取紙箱板系統(tǒng)的組成和控制

    取紙箱板系統(tǒng)的組成。取紙箱板系統(tǒng)由驅(qū)動軸、同步齒型帶、被動軸組成。同步齒型帶安裝兩組吸盤，伺服電機(jī)與主驅(qū)動電機(jī)同步往返運行，以達(dá)到高速取紙箱板的效果。

    取紙箱板系統(tǒng)的控制核心是對伺服電機(jī)的控制。伺服電機(jī)驅(qū)動同步齒型帶，同步齒型帶上安裝兩組吸盤，進(jìn)行取紙板。伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)運行，第l組吸盤到達(dá)放紙板位置時，釋放紙箱板，同時第2組吸盤動作，當(dāng)?shù)竭_(dá)吸紙箱板位置時吸紙箱板CONTROLENGINEERINGChina版權(quán)所有，取紙箱板完成了一個取紙箱板周期。伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，第2組吸盤到達(dá)放紙板位置時，釋放紙箱板，同時第1組吸盤到達(dá)吸紙箱板位置吸紙箱板，取紙箱板完成了下一個取紙箱板周期。

    5 結(jié)語

    伺服控制系統(tǒng)的應(yīng)用使控制更加；系統(tǒng)更加完善、靈活、穩(wěn)定可靠。使用伺服電機(jī)不僅減少了機(jī)械沖擊對設(shè)備的損害，而且大大降低了使用傳統(tǒng)控制方式的設(shè)備故障率。

    此項目已在科時敏包裝設(shè)備有限公司生產(chǎn)的紙包裝機(jī)廣泛應(yīng)用，生產(chǎn)的紙箱包裝機(jī)出口歐美及東南亞等地區(qū)和國家。