汇川解决方案在高速立式包装机上应用

立式包装机

立式食品包装机是常见的包装机械种类之一，常用于包装颗粒类、粉状类、甚至小块状类物品，根据包装物类型、比重、每包重量的不同，包装速度差异比较大，一般可达每分钟10~80包。

本次应用AM600+IS620N实现汇川控制与驱动的高速立式包装机，运行最高速度可达150pcs/min，达到了国内业界顶先水平。

一、设备介绍

高速立式包装机与常规间歇式立式包装机在机械上基本一致，但是横封切刀辊在垂直方向也是运动的，由另一台伺服系统带动（刀台轴）。高速立式包装机的拉料辊是一直运动的，节省了横封切刀的动作时间，提高效率。

1.1关键部件与工艺：

1）放卷机构 

包装膜放在放卷机构上，为了提高效率，减少设备停机率，一般放卷机构有2个，上下结构。放卷一般是被动放料。

在放卷机构的后端有个牵引轴，采用的是摆杆张力检测，误差比例控制的方法控制牵引轴。

2）纵向热封机构（简称纵封） 

包装膜经过薄膜换向器，有原来平面形变成圆筒形，两边有重叠处，需要热封（即纵封）。

纵向热封机构有被动热封 和 主动热封的区别；被动热封即包装膜由包装膜下拉机构驱动，但是重叠处有滞后，美观、热封效果较差。 主动热封即在这里加上伺服系统机构，与包装膜下拉机构的皮带同速。

3）包装膜下拉机构 （简称拉料）

包装膜下拉机构的作用是将包装膜向下送，如上结构示意图。在包装膜下拉机构的垂直方向有一段橡胶皮带，橡胶皮带上有负压空气。依靠合适的吸附力，将刚竖封后的筒状包装膜吸附在皮带橡胶面的外侧面，被橡胶皮带下拉。

薄膜下拉机构是为了保证生产的速度均匀可控，实际运行中，因为存在机械阻力，薄膜是可能出现一定程度的打滑的现象，主要表现为薄膜下行速度滞后于橡胶皮带的速度，（这也是需要色标的原因之一）。

为了消弥打滑带来的误差，色标检测后有一套完整的计算模型，对下拉机构的拉料轴进行动态补偿。

4）横封台上下移动机构 （简称刀台）

为了提高包装机的生产效率，包装膜的下拉速度为恒速运行，热压横切刀台的热压过程需要时间，因此刀台必需在跟随包装膜运动中，对包装膜加热使之热合封闭，最后气动刀片将热合膜区间的中间切断，热合膜的下半部分成为了包装成品的顶部封口；热合膜的上半部分成为新的包装底部封口。

刀台为上下往返运动，由伺服反复正反转来驱动，刀台上的机械与电气部件的重量较大，虽然在机械上安装了配重气缸，但还是需要1.5~2.0kW左右的伺服驱动。为了减少刀台上下运动中的机械冲击，减少同步皮带的拉伸冲击，伺服的加减速过程的控制特性尤显重要。

刀台的长度预留足够：

：拉料轴线速；

：横封轴动作时间；

：刀台轴加速时间；

注：一般将刀台的轨迹分为加速区、同步区、减速区、反向区。加速区与减速区对称，加速区的行程一般是整个行程( )的 1/6；反向区要注意电机不能长时间超速；

5）横向热封、切刀机构（简称横封） 

在刀台的升降运动过程中，其中的热封横切部件需要作配合动作：在刀台下行并追上薄膜上的色标、速度同步后，夹钳式横封烙铁由伺服驱动开始闭合，为缩短动作时间，伺服先以位置模式运行，夹口快闭合时，转为力矩模式，避免夹口太紧导致伺服过载，或不完全到位导致封装不严。动作时序要求如右图：

刀架的夹紧动作由伺服驱动，这样可保证动作的及时可控，伺服为先位置模式、后力矩模式、再位置模式的控制方式；

切刀的动作与回缩由气动元件驱动，因为是气动驱动，要考虑动作延时，且延时与空气压力有关，即气压比较低时，延时时间稍加增大。

注：为了提高效率，横封时间适量速度。

1.2 设备重要技术指标：

包装效率 150pcs/min；

包装袋长：120~300mm；

精度：（企业要求）+/-1mm；(国标2mm；)

机械噪音：≤75 db；

二、汇川系统电控方案

2.1 电气要求

控制器：驱动4轴能力，具有位置同步控制、凸轮控制、追标控制、中断输入控制；以及高速实时现场总线的能力；

伺服电机：拉料轴：750W/3000rpm适合；

刀台轴：1.5~2KW/3000rpm、小惯量且带抱闸；

横封轴：750W/3000rpm，小惯量；

纵封轴：750W/3000rpm；

另外，所以的驱动器具有高速现场实时总线。刀台轴和横封轴需要频繁启停，需要匹配制动电阻，横封轴：50 Ω，200W；刀台轴：50Ω,200W；

2.2 控制系统图

如下图，包装部分共有4轴伺服驱动器，AM600作为主控器，通过EtherCAT总线与这4个IS620N伺服驱动器连接。

设备起动与停机的处理

启动之前，要事先将热封烙铁加热、负压泵启动，等待其达到设定的状态；检测包装料、原料都已到位；检测电子称工作正常，在均无异常的情况下，启动下拉动作，开始生产运行；

接到停机命令，将一个完成的包装动作完成之后，才停机，避免浪费。