CAM技術在柔性熱收縮薄膜包裝機上的應用

來源： 2007年02月06日 09:14

摘要：本文介紹了貝加萊伺服控制系統電子凸輪原理，并結合實際熱收縮薄膜包裝機的工作原理，描述了系統軟件設計方案，分析了柔性加工的特點。

1．前言
　　隨著國家對安全環保的要求提高，禁止對啤酒瓶等玻璃制品采用編織帶捆扎包裝運輸，以降低對接觸人員的傷害，同時以往飲料行業的包裝采用紙箱或周轉箱的方式，成本較高，回收困難，于是新型的熱收縮薄膜包裝機成為理想的選擇。
　　目前，市場上的熱收縮薄膜包裝機主要有進口和國產兩大類型，從控制電機上可分為七軸，五軸，四軸（伺服電機）方式。由于多數飲料啤酒廠家要求生產多種規格產品，瓶子的圓徑有64，66，68，75mm之多，高度從168，210，240，290mm不等，包裝數目有3X3，3X4，6X3，6X4…等各種排列方式。如何使用一臺設備滿足多個品種不同批量柔性化包裝的需求，成為生產廠商zui關心的問題。針對以上實際要求，控制技術上現多采用CAM（電子凸輪）來實現。本文就以寶雞新科機械制造有限公司XKBS-70C機器為例介紹貝加萊伺服產品CAM技術的應用特點。

2.控制原理
　　包裝機器的電氣控制全套采用了貝加萊控制器PP41，伺服驅動電機ACOPOS，結合編程軟件Automaton Studio，設計上以推瓶電機作為傳動主驅動電機，分瓶電機和送切膜電機作為跟隨從電機。在每個包裝過程中，推瓶桿推出一組瓶子完成一次包裝，推瓶電機的位置反映出包裝周期的位置數據。在每個包裝周期內，送切膜電機，分瓶電機1，2同推瓶電機的位置有一一對應的數據關系，根據對應的數據對機器的動作進行控制。應用CAM電子凸輪技術實現多軸同步運行，從軸耦合主軸位置運動，從而達到包裝的目的。

2.1 分瓶電機設計要求
　　在熱縮膜包裝機中，包裝段的瓶傳送通過主驅動電機傳送，兩個分瓶電機的傳送鏈上，分別裝有等距離的兩組擋瓶爪，兩個電機快慢交替運行，將排列整齊的瓶子分成預定的瓶組，通過主驅動電機傳送到下一個工位。根據主驅動電機（推瓶電機）的運動位置，分瓶電機按照運動曲線與推瓶電機同步運行，作為推瓶電機的從機，有規律交替快慢運行，進行主從同步運行，在一個推瓶周期內，實現一次分瓶過程。

2.2 送切膜電機設計要求
　　根據推瓶電機每推出的一組瓶子，送切膜電機實現對該瓶組的裹膜包裝，通常情況下，可以用曲線的三段變化實現，A段為瓶底下后半部壓膜的長度，B段為裹膜和瓶底下前半部壓膜的長度，C段為將膜切斷后，將膜送到膜出口的長度，保證下次膜順利導出。A段運行的位置要求為送切膜電機運動位置和推瓶電機運動位置相等，即主電機與送切膜電機的運動距離一致，保證送出的膜與瓶組移動位置的1：1關系。B段中送膜速度比較快，保證導膜桿順利地把膜裹在包裝產品上。C段為低速出膜結束過程。

　　CAM同步控制是熱縮膜包裝機的控制系統特點，伺服電機之間的主從同步數據通過現場總線傳輸，多個從軸耦合一個主軸的位置實現相互聯動，提高了控制速度和控制精度。同步運動控制不需要PP41實時控制。
操作員在PP41上可以方便地編制凸輪曲線，通過現場總線下載到伺服驅動器中，同時修改系統參數，傳送伺服電機的開關命令，顯示主從軸位置速度，對驅動器內部的扭矩電流溫度等狀態進行監測。

3.貝加萊CAM電子凸輪原理

　　通常情況下，多軸運動的位置關系選定其中的某個軸作為主軸，其他的軸作為從軸，在一定的周期內，根據主軸運動的位置，從軸的位置實現相應的變化，可以是直線關系，也可以是曲線關系。
　　圖示中，主軸因子為主軸在一個周期內運動的位置，從軸因子為從軸在相應的周期內耦合主軸位置相應運動的曲線位置。可以是直線y=k*x，也可以是各種曲線關系。復雜關系曲線根據實際需要可以做到zui多6次方變化的關系
y = a + b x + c x2 + d x3 + e x4 + f x5 + g x6。

3.1 電子凸輪的控制流程
電子凸輪的控制流程由狀態和事件兩部分組成。
（1）狀態
狀態0 （基本）
　　在開始CAM曲線流程后，通常進入狀態0，該狀態僅執行一些曲線過渡的位置處理，可以進行各種轉化到其他狀態中。
一般情況下，可以在主軸運動到某個特定的位置后啟動CAM曲線進行多軸同步運行。
狀態 1...11（耦合）

　　在一個CAM流程里，zui多可以有11個狀態，每個狀態都可以設定一個特殊凸輪曲線。使用狀態索引號1…11選擇進入相應的狀態中去，如果使用一個1:1的CAM直線，輸入0XFFFF狀態索引號即可。
　　從一個狀態跳轉到別的狀態中時，可根據需要對過渡的拐點進行補償曲線設定，實現軟轉化，避免剛性沖擊。補償曲線的計算在不同的狀態中是可以不一樣的。
　　要從CAM流程的一個狀態中跳轉到別的狀態中，需要一個特殊事件的觸發來激活，如果主軸達到設定的CAM曲線相應的主周期終點位置后，仍然沒有任何事件來進行觸發，CAM曲線將自動在本狀態內重復運行。
（2）事件
　　每個狀態zui多支持四個不同的事件，如果在同一時刻，有多個事件進行觸發，事件的索引號決定相應的優先級別。（事件0級別高于事件1,依次類推E0>E1>E2>E3）
對于每個事件，在不同的狀態中可以定義為不同情況。
事件類型
類型說明
NcOFF 無事件
ncS_START 在主軸運動到位置后執行
ncST_END 在設定的主軸達到正向終點位置后執行
ncST_END + ncNEGATIVE 在設定的主軸達到負向終點位置后執行
NcCOUNT 達到狀態循環的次數后執行.
NcSIGNAL1,2,3,4 軟件信號1，2，3，4來觸發
NcTRIGGER1,2 + ncP_EDGE or ncN_EDGE 硬件信號1，2加上升下降沿電平來觸發
事件屬性
需要每個事件的屬性，具體說明每個事件觸發后執行的時間。

屬性說明
ncAT_ONCE 轉換立即執行
ncST_END 轉換在狀態結束后執行

3．2系統控制方案
（1）熱收縮薄膜包裝機分瓶電機的運動，可以用以下三個狀態來實現其控制。

　　在更換包裝產品的種類時，僅需要改變狀態1和狀態2之間的位置差，即分瓶位置發生變化，主軸無須任何變動，實際上改變從軸因子，即可方便地實現。兩段直線之間的拐點過渡可以設置補償區間來緩和.
（2）熱收縮薄膜包裝機送切膜電機的運動，可以用以下兩個狀態來實現其控制。
曲線的生成可以使用貝加萊Automation Studio軟件實現，可以輸入坐標值自動生成，也可人為手動修改曲線。

　　在更換包裝產品的種類時，僅需要改變包裝膜的長度，即送切膜的運動距離發生變化，實際上改變從軸因子，即可方便地實現。包裝的快慢通過改動主軸因子實現.

3．3系統優點
（1）CAM凸輪設計容易應用，直線曲線實現簡單靈活；
（2）生成CAM曲線保存在PP41控制器上，更換伺服驅動器不受影響；
（3）生產中在線更換包裝曲線迅速方便；
（4）用戶擁有高度的系統集成主動權；
（5）提高了系統的準確性與可靠性；
（6）設計簡單，易于擴展升級。

4．結束語
　　以貝加萊CAM電子凸輪技術為基礎的熱收縮薄膜包裝機已在國內多個廠家得到廣泛應用，包裝速度實現了無級調整，包裝規格可以實時在線修改。實際生產中取得了良好的經濟效果，得到了用戶的廣泛好評。

參考文獻：
[1]張有良熱收縮膜包裝機的電氣控制 <包裝和食品機械> 2003.2
[2]張奔 ACOPOS在熱收鎖薄膜包裝機的應用 <制造業自動化> 2003.8

免責聲明

凡本網注明"來源：制藥網"的所有作品，版權均屬于制藥網，轉載請必須注明制藥網，http://m.foxiaoyuan.com。違反者本網將追究相關法律責任。
企業發布的公司新聞、技術文章、資料下載等內容，如涉及侵權、違規遭投訴的，一律由發布企業自行承擔責任，本網有權刪除內容并追溯責任。
本網轉載并注明自其它來源的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網贊同其觀點或證實其內容的真實性，不承擔此類作品侵權行為的直接責任及連帶責任。其他媒體、網站或個人從本網轉載時，必須保留本網注明的作品來源，并自負版權等法律責任。
如涉及作品內容、版權等問題，請在作品發表之日起一周內與本網聯系，否則視為放棄相關權利。