1.背景

在自動(dòng)包裝流水線中，裝箱機(jī)是整線系統(tǒng)運(yùn)行的核心。包裝機(jī)械雖不是產(chǎn)品直接生產(chǎn)機(jī)械，但它卻是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化所必需的。將一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)品包裝到一個(gè)個(gè)紙箱中，或與透明膜三維包裝機(jī)等機(jī)械配套聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)，以便產(chǎn)品的運(yùn)輸和存放。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)已有越來(lái)越多的廠家使用自動(dòng)裝箱設(shè)備對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行裝箱，已廣泛應(yīng)用于煙草、制藥、糧油、食品加工、飲料、果品等的包裝生產(chǎn)線上。

目前，大部分的裝箱機(jī)都采用普通異步機(jī)和變頻器或步進(jìn)電機(jī)的作為傳動(dòng)，但是它們?cè)陧憫?yīng)速度和定位精度上與伺服相比有不小的差距，因此設(shè)備的性能方面也相差很大，在客戶在設(shè)計(jì)新型裝箱機(jī)時(shí)主動(dòng)找到了北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公司，希望公司能夠提供與之相配套的“森創(chuàng)”交流伺服系統(tǒng)。

2.挑戰(zhàn)

裝箱通常是包裝線的最后一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡(jiǎn)便、自動(dòng)化程度高的裝箱機(jī)，能大大提高裝箱的質(zhì)量及速度。評(píng)判一個(gè)裝箱機(jī)的性能主要參考以下三個(gè)方面：

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)：產(chǎn)品的收集、整理、集束排列是裝箱機(jī)的關(guān)鍵，需要設(shè)備合理的布局、連接，易于維護(hù)。
2 自動(dòng)控制：控制系統(tǒng)是所有功能正常運(yùn)行的保證，也是對(duì)故障和出現(xiàn)意外時(shí)的自動(dòng)保護(hù)。
3 生產(chǎn)速度：能否達(dá)到生產(chǎn)要求。
而作為裝箱機(jī)設(shè)備各裝置傳動(dòng)的電機(jī)，就是設(shè)備能否精確、高效、穩(wěn)定的運(yùn)行的關(guān)鍵。雖然不同裝置的電機(jī)傳動(dòng)是由同一個(gè)上位機(jī)(通常是進(jìn)口PLC)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，但是而它們之間的速度和位置精度使用要求大不相同，并且希望能夠用相對(duì)簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度和位置的控制，要求具有及時(shí)全面的故障報(bào)警功能。這就要求伺服系統(tǒng)除具有相應(yīng)故障報(bào)警信號(hào)輸出外，還需要滿足高速響應(yīng)、高精度定位的要求。

3.方案

一臺(tái)自動(dòng)裝箱機(jī)，包括：皮帶輸送裝置、分離裝置、整列裝置、間隙輸送填充裝置、成箱打包裝置，各裝置都安裝在同一主機(jī)架上。

皮帶輸送裝置一端與上道工序相連，依次是分離裝置、整列裝置、間隙輸送填充裝置、成箱打包裝置，每一部件均單獨(dú)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，能單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)、調(diào)試。皮帶輸送裝置速度恒定，成箱打包裝置速度位置要求不高因此可以用變頻器控制；分離裝置要求高速響應(yīng)起停控制，沒(méi)有位置要求，因此考慮用伺服的速度控制方式運(yùn)行；整列裝置速度要求不是很高，但要求位置精確，受負(fù)載擾動(dòng)小，綜合成本等原因考慮用三項(xiàng)步進(jìn)電機(jī)控制；間隙輸送裝置對(duì)位置要求精度高，速度也相應(yīng)要高，因此必須用伺服電機(jī)。再輔以HMI、PLC、各種光電傳感器、氣缸、電磁閥等元器件，裝箱機(jī)控制部分的架構(gòu)基本完成。

4.難點(diǎn)

對(duì)于分離裝置而言，需要通過(guò)皮帶傳送速度的快慢變化達(dá)到分離待包裝物的目的。單純追求起停的加速度，會(huì)使設(shè)備工作在不穩(wěn)定狀態(tài)，因此需要伺服在克服負(fù)載的剛性和慣性變化的同時(shí)，仍然保持優(yōu)良的高速響應(yīng)特性。

間隙輸送填充裝置的位置精度、速度要求也比較高，但是當(dāng)采用位置方式控制時(shí)，發(fā)現(xiàn)間隙輸送填充裝置的重復(fù)定位精度不高，即使從將伺服電機(jī)的編碼器信號(hào)引入PLC從而形成全閉環(huán)系統(tǒng)仍然無(wú)法提高重復(fù)定位精度，這是因?yàn)槎ㄎ痪戎饕Q于間隙輸送填充裝置的機(jī)械加工精度。

上述兩個(gè)裝置的控制方式基本相同。得益于“森創(chuàng)”交流伺服系統(tǒng)多樣、獨(dú)特的內(nèi)部速度控制方式，選擇其中“單段起?？刂品绞健?，輔以傳感器作為位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)，當(dāng)傳感器產(chǎn)生信號(hào)時(shí)，伺服按照設(shè)定的參數(shù)減速至“0”，而啟動(dòng)時(shí)由PLC給出信號(hào)，伺服按照設(shè)定的參數(shù)加速至設(shè)定值。電機(jī)轉(zhuǎn)速等相關(guān)參數(shù)均可通過(guò)驅(qū)動(dòng)器面板的按鈕以數(shù)字方式寫(xiě)入，設(shè)備一次調(diào)試完成后不需要再次輸入。采用“單段起停控制方式”，既避免了間隙的標(biāo)志間隔不同導(dǎo)致系統(tǒng)定位的差別，又避免了驅(qū)動(dòng)器的輸入信號(hào)的干擾隱患，大大提高了設(shè)備的精確性和穩(wěn)定性。通過(guò)外部簡(jiǎn)單的兩點(diǎn)I/O控制就實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的定位與調(diào)速，滿足了設(shè)備的使用要求。具有運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間保護(hù)功能并且時(shí)間可調(diào)，也就是如果收到啟動(dòng)指令后在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)收不到傳感器或PLC發(fā)來(lái)的停止信號(hào)，驅(qū)動(dòng)就報(bào)警保護(hù)，這種保護(hù)可以復(fù)位。一旦待包裝物檢測(cè)故障，或者是傳感器壞了等原因，驅(qū)動(dòng)本身就會(huì)保護(hù)報(bào)警。這些功能使客戶感到非常方便。雖然該設(shè)備對(duì)伺服的使用比較簡(jiǎn)單，但是對(duì)伺服的性能要求較高，公司的技術(shù)人員可根據(jù)設(shè)備的不同規(guī)格和需要，對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，這也反映出了北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公司作為擁有自己核心開(kāi)發(fā)技術(shù)的公司的一種優(yōu)勢(shì)所在。

5.效益

經(jīng)過(guò)與客戶的不懈的努力和積極配合，新設(shè)計(jì)的裝箱機(jī)可以完成物品的輸送積累、分離、整齊排列、自動(dòng)成箱等一系列全自動(dòng)的動(dòng)作。新型裝箱機(jī)結(jié)構(gòu)合理，性能可靠，裝箱質(zhì)量好，操作簡(jiǎn)便，能準(zhǔn)確高效地進(jìn)行塊狀物料的裝箱作業(yè)。我們有理由相信，在生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化程度及生產(chǎn)效率提高就可使產(chǎn)品生產(chǎn)贏得時(shí)間贏得市場(chǎng)的今天，采用伺服系統(tǒng)作為主要傳動(dòng)手段的高性能全自動(dòng)裝箱機(jī)有著更為廣闊的舞臺(tái)。

事實(shí)證明,“森創(chuàng)”作為運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品品牌推出以來(lái),在紡織、機(jī)械加工、激光、雕刻、印刷、醫(yī)療、包裝、軍工、電子、制藥、金融機(jī)具等行業(yè)都有類似成功案例的應(yīng)用,并已經(jīng)得到廣大用戶的認(rèn)可和接納,成為國(guó)內(nèi)運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)和驅(qū)動(dòng)的首選品牌之一。