【摘要】本文主要介紹臺達(dá)高響應(yīng)、高解析、集伺服放大器和運動控制器于一體的網(wǎng)絡(luò)型A2伺服在立式包裝機(jī)中的成功應(yīng)用，A2伺服內(nèi)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(biāo)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臺階。

　　【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(guān)鍵詞】內(nèi)置電子凸輪；高速抓?。╟apture）；高速比較（compare）；色標(biāo)遮沒；自動糾偏;A2伺服

1   包裝機(jī)簡介

1.1  包裝機(jī)的分類

　　近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)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(jī)。包裝機(jī)械大致可以分為立式包裝機(jī)（如圖1所示）與枕式包裝機(jī)。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(jī)械作用便可完成包裝，而且立式包裝機(jī)一般都具有兩種包裝功能，即跟光標(biāo)裁切和定長裁切，兩種裁切功能方便切換，機(jī)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(biāo)和沒有光標(biāo)，沒有光標(biāo)的包裝膜采用定長裁切，反之，采用光標(biāo)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(jī)的工作原理

　　立式包裝機(jī)是將卷筒狀的撓性包裝材料制成袋筒，充入物料后，進(jìn)行封口，三個功能自動連續(xù)完成的機(jī)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(biāo)圖案位置進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jī)的生產(chǎn)工藝

　　立式包裝機(jī)配合上道的計量沖填機(jī)械，立式包裝機(jī)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(jìn)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(jī)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(biāo)傳感器

　　色標(biāo)傳感器常用于檢測特定色標(biāo)或物體上的斑點，它是通過與非色標(biāo)區(qū)相比較來實現(xiàn)色標(biāo)檢測，而不是直接測量顏色。色標(biāo)傳感器實際是一種反向裝置，光源垂直于目標(biāo)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(biāo)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(jī)械中，是立式自動包裝機(jī)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(zhǔn)確來講，熱封刀的叫法并不精準(zhǔn)，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(yán)實并壓花，壓出的形狀就是壓條本身的紋形。多數(shù)采用細(xì)網(wǎng)格式。

3   臺達(dá)立式包裝機(jī)控制方案原理

　　立式包裝機(jī)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(biāo)信號進(jìn)行位置檢測，薄膜經(jīng)成型器成型后變?yōu)橥材ぃ⑦M(jìn)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(jìn)筒膜內(nèi)，一起向下繼續(xù)運動，等下個光標(biāo)信號進(jìn)來時橫封軸再動作一次，這樣一包的三熱封的動作完成，當(dāng)包裝膜繼續(xù)向下運動，色標(biāo)傳感器檢測到色標(biāo)，驅(qū)動器收到色標(biāo)傳感器的信號后動作，在光標(biāo)處劃下一道鋸齒形的切痕，劃線動作完成，當(dāng)上位機(jī)（PLC）計數(shù)到達(dá)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(biāo)傳感器的信號，這樣色標(biāo)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(dá)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(jī)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(dá)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(dāng)橫封軸伺服控制器檢測到色標(biāo)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(biāo)信號，利用內(nèi)建的同步抓取修正軸（色標(biāo)補(bǔ)償功能），調(diào)節(jié)凸輪速度，對裁切位置進(jìn)行自動修正，保證裁切準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)行切斷，根據(jù)客戶的要求，可進(jìn)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(dá)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?。╟apture）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(jī)的參與，即可完成。

6   凸輪曲線的建立

　　臺達(dá)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?？紤]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(biāo)自動補(bǔ)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(biāo)光電抓取主動軸兩次色標(biāo)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(biāo)遮沒功能，可有效避免包裝膜污染，色標(biāo)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(biāo)誤動作，也不會影響到整個系統(tǒng)的性能。

9   結(jié)語

　　臺達(dá)A2伺服在立式包裝上的成功應(yīng)用，表明臺達(dá)在立式包裝機(jī)行業(yè)有了成功的解決方案，它具有以下特點：

　?。?）裁切速度在袋長為80mm時達(dá)到180包/分鐘，誤差精度為±0.3mm；

　?。?）可實現(xiàn)1～10連包的生產(chǎn)，滿足客戶的特殊需求；

　?。?）整個裁切過程由伺服自動完成，PLC只是進(jìn)行簡單的邏輯控制，大大降低了上位機(jī)控制難度和成本負(fù)擔(dān)；

　　（4）裁切使用的是A2特有的電子凸輪功能，相對于機(jī)械凸輪，它具有簡單、無磨損、易維護(hù)、更換曲線方便的優(yōu)點，大大降低了后續(xù)設(shè)備的維護(hù)費用；

　?。?）A2特有的自動同步修正功能、色標(biāo)遮沒功能的使用，使得設(shè)備的運行更穩(wěn)定，操作更方便。