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。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。立式包裝通常分為連續(xù)式包裝機和間歇式包裝機。

1 連續(xù)立式包裝機工藝介紹

如圖1所示，間歇式垂直包裝機的橫封裝置固定在一個位置上，每次封口的時候，拉薄膜的動作定制，封口達到一定時間以后才能脫開再繼續(xù)拉薄膜，而連續(xù)式垂直包裝機則可以不停止拉薄膜動作，在實施完全壓合動作過程中整個橫封臺保持與薄膜牽引一致的速度，完成以后退開橫封臺，到一定位置后再飛快退回到上面的位置上。因為連續(xù)式生產(chǎn)效率高，目前連續(xù)式代替間歇式是個趨勢。但是同樣是連續(xù)式，有機械凸輪實現(xiàn)的，有利用伺服電機利用電子凸輪實現(xiàn)兩種方式。其中機械式在跟換包裝膜長度時需調整機械應用十分不方便，且機械慣性大，速度不能提高。所以連續(xù)式包裝機用電子凸輪控制伺服方式就成為首選。

目前，制袋、封口、日期打印、切斷袋膜等功能前期已完善，客戶已在德國漢諾威參加過包裝展，相關文章也已有介紹，本文重點介紹關于電子秤落料填充與包裝之間的配合問題。

過去間歇式填充包裝為根據(jù)物料信號啟動包裝動作，即來一個物料信號就進行相應的一次運膜、縱封、橫封等動作，邏輯簡單。而現(xiàn)在為連續(xù)式采用這種方式顯然是不行的。

圖1 間歇式垂直包裝機

2 落料填充難點分析

如圖2所示，其秤量裝置離包裝很高，大約有2～3米，粉末狀物體如洗衣粉。從空中落到袋內需要2～4秒得時間。對于連續(xù)式包裝控制難度要求比較大。下面分為兩種情況做一介紹。

圖2 落料填充示意圖

情況一，如果落料時間短可以忽略不計（加中間斗，落料時間300ms)，實際運行時如圖3，在熱封伺服固定角度促發(fā)開秤電磁閥即可（連續(xù)式包裝機熱封為電子凸輪，可從程序中設置角度。）

圖3 落料時間忽略不計情況下的運行圖

根據(jù)熱封的電子凸輪周期0～360設定促發(fā)開啟放料閥即可。比如，在開機前假設設定50度，放料。實際出現(xiàn)夾料。調整促發(fā)角度到150，直到合適為止。因為落料時間足夠短，一個周期按120袋來算也有500ms。

情況二是往往客戶不加中間斗的情況很多，在包裝食品級顆粒物時，避免中間環(huán)節(jié)污染，往往不加中間斗。也就是從打開放料到落到袋內，落料時間長，大約有1～4s時間不等。

假設落料秤從開啟電磁閥到落到袋里大約有2s的時間。實際切袋速度為每分30袋到120袋，以每分60袋來算控制，控制過程如圖4所示，左邊為下料信道，在設定速度為60袋時需先打開電磁閥，等即將落到底部時啟動拉模及封切。

圖4 控制過程圖

在打開第一個電磁閥間隔1s后打開第二個電磁閥。如此則在落料桶內同時有兩包料，必須保證在后續(xù)的熱封電子凸輪運行周期此完全吻合才能確保無誤，如圖5所示。

圖5 控制過程圖

運行時序圖如圖6所示。

圖6 運行時序圖

每次當前橫封的為前隔一袋的，圖6為基本60袋的時序圖，對應不同速度時序圖也要改變假設是120袋，500ms一個周期，前面需提前依次打開可能四次電磁閥；熱封凸輪第一次熱封的是開始放料的第一袋，是已經(jīng)放的第四袋。熱封啟動前在空中料道內已有四袋。

圖7 運行時序圖

這樣由于凸輪滯后幾個周期運行，就無法采取上述凸輪周期內位置點促發(fā)的方案，只用按照設定填充速度，采用時間促發(fā)放料電磁閥難點主要在于如果設定60袋，假設電磁閥按照每1s一個周期打開，實際拉膜及橫封速度不一定是1s，有可能是1.1s，有能是0.9s一袋，這樣時間長了就會運行中偏差越大。導致夾料，如圖7所示。

3 落料填充解決方案

現(xiàn)在主要的問題是如果以時間為周期，開啟電磁閥，無法使實際運行的凸輪周期與其完全吻合。只能以實際凸輪運行周期促發(fā)電磁閥，才可以保證周期完全吻合。在凸輪未運行之前，先用時間促發(fā)電磁閥。在前面兩個周期，凸輪實際未走，用時間周期促發(fā)電磁閥，等到第三個周期凸輪才實際運行。切換到設定角度輸出電磁閥，這樣既解決了凸輪延遲啟動無法依靠角度促發(fā)放料電磁閥的問題，又解決了單純依靠時間促發(fā)電磁閥，長期運行放料周期與凸輪運行周期累積誤差的問題，如圖8所示。

圖8 運行時序圖

4 程序實現(xiàn)

在人機上選擇開關打到填充模式，如圖9所示。

圖9 人機界面示意圖

在人機上設定落料時間和填充速度，如圖10所示。

圖10 人機界面示意圖

通過程序計算實際需提前放幾袋，假設落料時間2s，速度40袋，一袋的周期是1.2s。 2s/1.2s=1.67，需要兩袋依靠周期時間促發(fā)，如圖11、12、13所示。

圖11 計算界面

圖12 依靠時間促發(fā)兩袋后允許角度促發(fā)

圖13 開始時間周期促發(fā)電磁閥2次，后轉為凸輪角度促發(fā)

經(jīng)過實際運行，分別速度由40-60-80-120試運行，包裝填充穩(wěn)定。

5 結束語

由臺達人機、PLC、變頻器和伺服組成的立式自動包裝機控制系統(tǒng)輕松實現(xiàn)用戶提出的要求；穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品品質，簡單便易的操作方法，體現(xiàn)了臺達機電產(chǎn)品整合系統(tǒng)的優(yōu)越性；系統(tǒng)實現(xiàn)了全自動生產(chǎn)，大大提高了生產(chǎn)效率；豐富的故障診斷功能提高了作業(yè)人員檢修設備的便利性。

作者簡介：余強，男，出生于1969 年 12 月，畢業(yè)于安徽機電學院電氣工程系工業(yè)自動化專業(yè)，曾就職于信息產(chǎn)業(yè)部第八研究所和科大創(chuàng)新股份有限公司自動化分公司工程部，現(xiàn)就職于中達電通股份有限股份有限公司PLC產(chǎn)品開發(fā)處，主要專注于PLC在自動化的高端運用，包括各類機械設備的精密運動控制及工程項目的過程控制的研究與市場開發(fā)。