伺服产品在包装机械行业的应用

    工控摘要：控制与驱动技术是包装机械结构领域中的关键技术，智能伺服驱动器的使用使第三代包装设备具备了数字化的一切优势，同时树立起新的行业标准。始于20年前的包装工业的自动化已不能适应产品的灵活性需求，越来越多的功能从机械动力轴转移到电子驱动系统中。特别是食品包装，由于产品趋向多样化，激发出对于设备灵活性的更大需求。
    在立式包装机上的应用
    包装机械大致可以分为立式包装机与枕式包装机。对于立式包装，适用于流动性较好的液体、粉体、散粒体，主要依靠自身重力，必要时辅以一定的机械作用便可完成包装，而且立式包装机一般都具有两种包装功能，即跟光标裁切和定长裁切，两种裁切功能方便切换，机器运转时采用哪种包装方式取决于包装膜，包装膜大体上分为有光标和没有光标，没有光标的包装膜采用定长裁切，反之，采用光标裁切；对于枕式包装，它主要适用于外形规整、有足够硬性的单件或组合件包装。
    立式包装机是将卷筒状的挠性包装材料制成袋筒，充入物料后，进行封口，三个功能自动连续完成的机器。其工作原理为：放在支承装置上的卷筒薄膜，绕经导棍组、张紧装置，由光电检测控制装置对包装材料上商标图案位置进行检测后，通过翻领成型器卷成薄膜圆筒裹包在充填管的表面。先用纵向热封器对卷成圆筒的接口部位薄膜进行纵向热封，得到密封管筒，然后筒状薄膜移动到横向热封器的地方进行横封，构成包装袋筒。计量装置把计量好的物品，通过上部填充管充填入包装袋内，再由横向热封器热封并在居中切断，形成包装袋单元体，同时形成下一个筒袋的底部封口。
    立式包装机的纵封轴(也是送膜轴)作为系统主轴。横封、划线、切断等3轴跟随主轴运作，横封、划线、切断伺服控制器直接抓取膜位色标信号进行位置检测，薄膜经成型器成型后变为筒膜，并进行纵向热封，包装膜向下方运动，横封轴动作，同时物料被送进筒膜内，一起向下继续运动，等下个光标信号进来时横封轴再动作一次，这样一包的三热封的动作完成，当包装膜继续向下运动，色标传感器检测到色标，驱动器收到色标传感器的信号后动作，在光标处划下一道锯齿形的切痕，划线动作完成，当上位机(PLC)计数到达5时，发出信号给切断轴伺服，使得切断轴伺服能接收到色标传感器的信号，这样色标传感器的信号接到后切断轴伺服动作，5连包的包装物包装完成。
    此系统包括PLC、HMI、伺服以及温度控制模块，有些伺服控制器内含电子凸轮功能，四台伺服即可完成送膜、送料以及裁切工艺了，PLC只需做简单I/O控制，大大节省了上位机的昂贵成本，程序的规划也更加简单。
    在枕式包装机上的应用
    枕式包装机又称接缝式裹包机，是一种卧式三面封口，自动完成制袋、填充、封口、切断、成品排除等工序的包装设备，能实现食品、日用化工、医药等行业自动化生产线的流水包装。适应的包装物一般为块状、筒状、粒状物品，比如：方便面、面包、冷饮、纸巾等。包装成品的形式有单件包装、集合包装、带托盘包装、无托盘集合包装等。
    在糖果包装设备上，需要对糖果的外包装材料进行快速精确的送料，这时就需要用到伺服设备。糖果包装要求的工艺不是很复杂，一般要求包装材料每次送料长度一致，每次送料需要一定的停顿时间。每分钟送料次数需要在一定次数。
    由于包装机械要求不是很高，所以做一个基础的组合方案就可以很好的满足了，该方案可由上位控制系统、伺服控制系统、机械部分组成。上位控制系统一般是由PLC和触摸屏组成。伺服控制系统包含伺服驱动器和伺服电机。伺服驱动器工作在位置模式，需要接受脉冲来控制伺服电机。用户可通过触摸屏对电机的转速和方向进行控制，最终是PLC输出的脉冲和方向信号的变换改变电机的转速和方向。
    市场上的枕式包装机根据传动机构可以分为单变频、双变频、单变频 单伺服、双伺服、三伺服等多种类型。常见的类型有单变频 单伺服、双伺服两种，传动机构均由送膜电机和主轴电机构成，单伺服型枕式包装机主轴电机是变频器，双伺服型主轴电机也是伺服。但这两种机型工作方式和原理却大同小异。枕式包装机的送膜和送料是同步进行的，送膜电机带动走膜胶辊和纵封机构转动，薄膜经成型器成型后变成为筒膜，并进行纵向热封，同时物料被送进筒膜内，通过夹运一起向前经过横封横切部位，由主轴电机带动回转式的横封横切刀对筒膜进行横向封切，输出包装成品。
    伺服电机和驱动器在枕式包装机中直接执行者控制系统的各种指令，送膜的平稳性和快速响应以及横封横切刀的平稳运行和变速平滑响应，绝大部分取决于伺服系统的精确性和稳定性，以及在包装机整体提速或降速的过程中展现出的较强动态响应能力。因此，在枕式包装机行业中广泛采用的交流伺服，大多具有输出转矩大、定位精度高、过载能力强、运行平稳、振动噪音小等特点，以此来满足枕式包装机行业的包装需求。
    目前，松下、丹纳赫、富士、罗克韦尔、施耐德等公司的伺服产品在包装行业里应用较多。国内厂商在该行业非常薄弱。
    2011年伺服产品在包装机械行业市场规模达7.2亿左右。