台达A2伺服在立式包装机中的应用

1 包装机简介

1.1 包装机的分类

近年来，随着国民经济的不断发展，人民生活水平的提高，大众对食品、医药、日用品等行业的产品需求日益增加，生产厂家采用传统的手工包装作业，已经无法满足市场的需求，必然寻求生产自动化、提高生产效率的设备。从而催生出一种高品质、高性能的全自动包装机。包装机械大致可以分为立式包装机（如图1所示）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。



图1 立式包装机

1.2 立式包装机的工作原理

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。

1.3 立式包装机的生产工艺

立式包装机配合上道的计量冲填机械，立式包装机常用于包装块状、片状、粒状、梗枝状、粉状以及流体和半流体物料。它的特点是被包装物料的供料筒设计在制袋器内侧，制袋与充填物料由上到下沿竖直方向进行。它主要由计量装置、传动系统、横封和纵封装置、翻领成型器、充填管及薄膜牵拉供送机构等部件组成。

2 设备主要装置功能

2.1 送膜装置

主要由送膜辊和送膜轴组成，主要是把包装膜平整、均匀地送到翻领成型器，在本装置中送膜轴和纵封轴共用一个伺服，中间是通过链条传动的。

2.2 色标传感器

色标传感器常用于检测特定色标或物体上的斑点，它是通过与非色标区相比较来实现色标检测，而不是直接测量颜色。色标传感器实际是一种反向装置，光源垂直于目标物体安装，而接收器与物体成锐角方向安装，让它只检测来自目标物体的散射光，从而避免传感器直接接收反射光，并且可使光束聚焦很窄。

2.3 翻领成型器

圆形翻领成型器主要应用于包装机械中，是立式自动包装机的核心部件，用于包装的塑料薄膜经过翻领成型器自动卷成圆筒形，在卷包过程中，要求塑料薄膜不应发生纵向和横向拉伸变形，塑料薄膜经过成型器时摩擦阻力应较小。这就要求所购买的成型器符合塑料薄膜的自然卷曲变形，即成型器的表面积等于通过成型器的塑料薄膜的总面积。

2.4 热封刀

准确来讲，热封刀的叫法并不精准，应该是加热片。加热片是采用合金材质制作而成的，其中分为镊铬合金和铁铬合金等。宽度分为3mm、5mm、8mm、10mm、12mm等五种，硅胶压条就是为了封口平整严实并压花，压出的形状就是压条本身的纹形。多数采用细网格式。

3 台达立式包装机控制方案原理

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，由于台达ASDA-A2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，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。

4 各轴的功能

4.1 送膜轴

此轴采用速度控制，作为整个系统的主轴。下达脉冲命令给横封轴、划线轴和切断轴，指挥凸轮轴运转。

4.2 横封轴

在A2伺服的PR（内部位置控制模式)控制模式下，使用内建的电子凸轮跟随主轴运行，横封轴接收来自送膜主轴的脉冲差分信号OA/OA；OB/OB，沿着烧录好的凸轮飞剪曲线跟随主轴运动，当横封轴伺服控制器检测到色标光电信号（DI7有信号输入）时，凸轮啮合运转，在运转过程中，伺服控制器会抓取色标信号，利用内建的同步抓取修正轴（色标补偿功能），调节凸轮速度，对裁切位置进行自动修正，保证裁切准确。

4.3 划线轴

此轴和横封轴一样，是处于PR（内部位置控制模式）控制模式下，使用内建的电子凸轮跟随主轴运行，接收来自主轴的差分脉冲信号，它的作用是对包装膜进行点划线或者锯齿形的裁切，便于单包包装物的撕断或扯开。

4.4 切断轴

此轴也是和横封轴一样，是处于PR（内部位置控制模式）控制模式下，使用内建的电子凸轮跟随主轴运行，接收来自主轴的差分脉冲信号，它的作用是对包装物在裁切位置进行切断，根据客户的要求，可进行连包切断，可实现1～10连包的切断。

5 凸轮曲线的规划

台达ASD-A2伺服内建PR（内部位置控制模式）模式，PR模式下，内建64段定位程序，不仅可以实现原点复归、位置控制、定速控制，还具有位置和速度插断、重叠功能、参数写入，以及定位程序段之间的跳跃和调用，同时具有电子凸轮功能，高速抓取（capture）和比较（compare）功能，横封轴、划线轴和切断轴的原点复归，无需上位机的参与，即可完成。

6 凸轮曲线的建立

台达ASDA-A2伺服控制器内建飞剪凸轮模型，使得飞剪电子凸轮曲线的建立简单易行， ASDA-A2 PC soft支持自动飞剪、自动飞剪（同步区）、自动飞剪（同步区可调）等多种飞剪曲线将会自动生成飞剪曲线。考虑到不同包装膜的热封难易程度，在裁切区设立同步区。

7 A2伺服特有的同步抓取修正轴功能

A2伺服控制器内建同步抓取修正轴功能（即传统的色标自动补偿功能），伺服控制器利用内建的高速脉冲抓取功能，通过色标光电抓取主动轴两次色标间的脉冲数目，与伺服控制器内部用户所设定的理论裁切量（P5-78的设定值）通过compare功能做比较，根据同步修正的修正率（P5-80）对两者之间的误差值（P5-79）做修正，伺服控制器最终依据修正后的脉冲命令（P5-77）运行。

8 遮没功能

A2伺服控制器内建色标遮没功能，可有效避免包装膜污染，色标错印所引起的光电误动作，增加了整个系统的稳定性。P5-78为裁切长度的脉冲设定值，P5-96为遮没区脉冲长度，此功能设定后，在遮没区域内，即使色标误动作，也不会影响到整个系统的性能。

9 结语

台达A2伺服在立式包装上的成功应用，表明台达在立式包装机行业有了成功的解决方案，它具有以下特点：

（1）裁切速度在袋长为80mm时达到180包/分钟，误差精度为±0.3mm；

（2）可实现1～10连包的生产，满足客户的特殊需求；

（3）整个裁切过程由伺服自动完成，PLC只是进行简单的逻辑控制，大大降低了上位机控制难度和成本负担；

（4）裁切使用的是A2特有的电子凸轮功能，相对于机械凸轮，它具有简单、无磨损、易维护、更换曲线方便的优点，大大降低了后续设备的维护费用；

（5）A2特有的自动同步修正功能、色标遮没功能的使用，使得设备的运行更稳定，操作更方便。