【摘要】本文主要介紹臺(tái)達(dá)高響應(yīng)、高解析、集伺服放大器和運(yùn)動(dòng)控制器于一體的網(wǎng)絡(luò)型A2伺服在立式包裝機(jī)中的成功應(yīng)用，A2伺服內(nèi)置的電子凸輪功能使得飛剪曲線的建立輕而易舉，高速抓取（capture）、高速比較（compare）、色標(biāo)遮沒(méi)功能以及自動(dòng)糾偏功能的使用，使得包裝速度、裁切精度上升一個(gè)新的臺(tái)階。

　　【Abstract】This article mainly introduces the successful application in packing machine of a network type servo motor ─ Delta A2 ,which is of high response, high resolution and function as servo driver and MC controller. With a built-in function of electronic cam allows the establishment of the shear curve easily. Furthermore, with the usage of high speed capture, high speed comparion, color code cover function and auto skew adjustment function make a new progress in packing speed and cutting precision.

　　【關(guān)鍵詞】內(nèi)置電子凸輪；高速抓取（capture）；高速比較（compare）；色標(biāo)遮沒(méi)；自動(dòng)糾偏;A2伺服

1   包裝機(jī)簡(jiǎn)介

1.1  包裝機(jī)的分類

　　近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民生活水平的提高，大眾對(duì)食品、醫(yī)藥、日用品等行業(yè)的產(chǎn)品需求日益增加，生產(chǎn)廠家采用傳統(tǒng)的手工包裝作業(yè)，已經(jīng)無(wú)法滿足市場(chǎng)的需求，必然尋求生產(chǎn)自動(dòng)化、提高生產(chǎn)效率的設(shè)備。從而催生出一種高品質(zhì)、高性能的全自動(dòng)包裝機(jī)。包裝機(jī)械大致可以分為立式包裝機(jī)（如圖1所示）與枕式包裝機(jī)。對(duì)于立式包裝，適用于流動(dòng)性較好的液體、粉體、散粒體，主要依靠自身重力，必要時(shí)輔以一定的機(jī)械作用便可完成包裝，而且立式包裝機(jī)一般都具有兩種包裝功能，即跟光標(biāo)裁切和定長(zhǎng)裁切，兩種裁切功能方便切換，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)采用哪種包裝方式取決于包裝膜，包裝膜大體上分為有光標(biāo)和沒(méi)有光標(biāo)，沒(méi)有光標(biāo)的包裝膜采用定長(zhǎng)裁切，反之，采用光標(biāo)裁切；對(duì)于枕式包裝，它主要適用于外形規(guī)整、有足夠硬性的單件或組合件包裝。

1.2  立式包裝機(jī)的工作原理

　　立式包裝機(jī)是將卷筒狀的撓性包裝材料制成袋筒，充入物料后，進(jìn)行封口，三個(gè)功能自動(dòng)連續(xù)完成的機(jī)器。其工作原理為：放在支承裝置上的卷筒薄膜，繞經(jīng)導(dǎo)棍組、張緊裝置，由光電檢測(cè)控制裝置對(duì)包裝材料上商標(biāo)圖案位置進(jìn)行檢測(cè)后，通過(guò)翻領(lǐng)成型器卷成薄膜圓筒裹包在充填管的表面。先用縱向熱封器對(duì)卷成圓筒的接口部位薄膜進(jìn)行縱向熱封，得到密封管筒，然后筒狀薄膜移動(dòng)到橫向熱封器的地方進(jìn)行橫封，構(gòu)成包裝袋筒。計(jì)量裝置把計(jì)量好的物品，通過(guò)上部填充管充填入包裝袋內(nèi)，再由橫向熱封器熱封并在居中切斷，形成包裝袋單元體，同時(shí)形成下一個(gè)筒袋的底部封口。

1.3  立式包裝機(jī)的生產(chǎn)工藝

　　立式包裝機(jī)配合上道的計(jì)量沖填機(jī)械，立式包裝機(jī)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。它的特點(diǎn)是被包裝物料的供料筒設(shè)計(jì)在制袋器內(nèi)側(cè)，制袋與充填物料由上到下沿豎直方向進(jìn)行。它主要由計(jì)量裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、橫封和縱封裝置、翻領(lǐng)成型器、充填管及薄膜牽拉供送機(jī)構(gòu)等部件組成。

2   設(shè)備主要裝置功能

2.1  送膜裝置

　　主要由送膜輥和送膜軸組成，主要是把包裝膜平整、均勻地送到翻領(lǐng)成型器，在本裝置中送膜軸和縱封軸共用一個(gè)伺服，中間是通過(guò)鏈條傳動(dòng)的。

2.2  色標(biāo)傳感器

　　色標(biāo)傳感器常用于檢測(cè)特定色標(biāo)或物體上的斑點(diǎn)，它是通過(guò)與非色標(biāo)區(qū)相比較來(lái)實(shí)現(xiàn)色標(biāo)檢測(cè)，而不是直接測(cè)量顏色。色標(biāo)傳感器實(shí)際是一種反向裝置，光源垂直于目標(biāo)物體安裝，而接收器與物體成銳角方向安裝，讓它只檢測(cè)來(lái)自目標(biāo)物體的散射光，從而避免傳感器直接接收反射光，并且可使光束聚焦很窄。

2.3  翻領(lǐng)成型器

　　圓形翻領(lǐng)成型器主要應(yīng)用于包裝機(jī)械中，是立式自動(dòng)包裝機(jī)的核心部件，用于包裝的塑料薄膜經(jīng)過(guò)翻領(lǐng)成型器自動(dòng)卷成圓筒形，在卷包過(guò)程中，要求塑料薄膜不應(yīng)發(fā)生縱向和橫向拉伸變形，塑料薄膜經(jīng)過(guò)成型器時(shí)摩擦阻力應(yīng)較小。這就要求所購(gòu)買的成型器符合塑料薄膜的自然卷曲變形，即成型器的表面積等于通過(guò)成型器的塑料薄膜的總面積。

2.4  熱封刀

　　準(zhǔn)確來(lái)講，熱封刀的叫法并不精準(zhǔn)，應(yīng)該是加熱片。加熱片是采用合金材質(zhì)制作而成的，其中分為鑷鉻合金和鐵鉻合金等。寬度分為3mm、5mm、8mm、10mm、12mm等五種，硅膠壓條就是為了封口平整嚴(yán)實(shí)并壓花，壓出的形狀就是壓條本身的紋形。多數(shù)采用細(xì)網(wǎng)格式。

3   臺(tái)達(dá)立式包裝機(jī)控制方案原理

　　立式包裝機(jī)的縱封軸（也是送膜軸）作為系統(tǒng)主軸。橫封、劃線、切斷等3軸跟隨主軸運(yùn)作，橫封、劃線、切斷伺服控制器直接抓取膜位色標(biāo)信號(hào)進(jìn)行位置檢測(cè)，薄膜經(jīng)成型器成型后變?yōu)橥材ぃ⑦M(jìn)行縱向熱封，包裝膜向下方運(yùn)動(dòng)，橫封軸動(dòng)作，同時(shí)物料被送進(jìn)筒膜內(nèi)，一起向下繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，等下個(gè)光標(biāo)信號(hào)進(jìn)來(lái)時(shí)橫封軸再動(dòng)作一次，這樣一包的三熱封的動(dòng)作完成，當(dāng)包裝膜繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，色標(biāo)傳感器檢測(cè)到色標(biāo)，驅(qū)動(dòng)器收到色標(biāo)傳感器的信號(hào)后動(dòng)作，在光標(biāo)處劃下一道鋸齒形的切痕，劃線動(dòng)作完成，當(dāng)上位機(jī)（PLC）計(jì)數(shù)到達(dá)5時(shí)，發(fā)出信號(hào)給切斷軸伺服，使得切斷軸伺服能接收到色標(biāo)傳感器的信號(hào)，這樣色標(biāo)傳感器的信號(hào)接到后切斷軸伺服動(dòng)作，5連包的包裝物包裝完成。此系統(tǒng)包括PLC、HMI、伺服以及溫度控制模塊，由于臺(tái)達(dá)ASDA-A2伺服控制器內(nèi)含電子凸輪功能，四臺(tái)伺服即可完成送膜、送料以及裁切工藝，PLC只需做簡(jiǎn)單I/O控制，大大節(jié)省了上位機(jī)的昂貴成本，程序的規(guī)劃也更加簡(jiǎn)單。

4   各軸的功能

4.1  送膜軸

　　此軸采用速度控制，作為整個(gè)系統(tǒng)的主軸。下達(dá)脈沖命令給橫封軸、劃線軸和切斷軸，指揮凸輪軸運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.2  橫封軸

　　在A2伺服的PR（內(nèi)部位置控制模式)控制模式下，使用內(nèi)建的電子凸輪跟隨主軸運(yùn)行，橫封軸接收來(lái)自送膜主軸的脈沖差分信號(hào)OA/OA；OB/OB，沿著燒錄好的凸輪飛剪曲線跟隨主軸運(yùn)動(dòng)，當(dāng)橫封軸伺服控制器檢測(cè)到色標(biāo)光電信號(hào)（DI7有信號(hào)輸入）時(shí)，凸輪嚙合運(yùn)轉(zhuǎn)，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，伺服控制器會(huì)抓取色標(biāo)信號(hào)，利用內(nèi)建的同步抓取修正軸（色標(biāo)補(bǔ)償功能），調(diào)節(jié)凸輪速度，對(duì)裁切位置進(jìn)行自動(dòng)修正，保證裁切準(zhǔn)確。

4.3  劃線軸

　　此軸和橫封軸一樣，是處于PR（內(nèi)部位置控制模式）控制模式下，使用內(nèi)建的電子凸輪跟隨主軸運(yùn)行，接收來(lái)自主軸的差分脈沖信號(hào)，它的作用是對(duì)包裝膜進(jìn)行點(diǎn)劃線或者鋸齒形的裁切，便于單包包裝物的撕斷或扯開(kāi)。

4.4  切斷軸

　　此軸也是和橫封軸一樣，是處于PR（內(nèi)部位置控制模式）控制模式下，使用內(nèi)建的電子凸輪跟隨主軸運(yùn)行，接收來(lái)自主軸的差分脈沖信號(hào)，它的作用是對(duì)包裝物在裁切位置進(jìn)行切斷，根據(jù)客戶的要求，可進(jìn)行連包切斷，可實(shí)現(xiàn)1～10連包的切斷。

5、凸輪曲線的規(guī)劃

　　臺(tái)達(dá)ASD-A2伺服內(nèi)建PR（內(nèi)部位置控制模式）模式，PR模式下，內(nèi)建64段定位程序，不僅可以實(shí)現(xiàn)原點(diǎn)復(fù)歸、位置控制、定速控制，還具有位置和速度插斷、重疊功能、參數(shù)寫入，以及定位程序段之間的跳躍和調(diào)用，同時(shí)具有電子凸輪功能，高速抓取（capture）和比較（compare）功能，橫封軸、劃線軸和切斷軸的原點(diǎn)復(fù)歸，無(wú)需上位機(jī)的參與，即可完成。

6   凸輪曲線的建立

　　臺(tái)達(dá)ASDA-A2伺服控制器內(nèi)建飛剪凸輪模型，使得飛剪電子凸輪曲線的建立簡(jiǎn)單易行， ASDA-A2 PC soft支持自動(dòng)飛剪、自動(dòng)飛剪（同步區(qū)）、自動(dòng)飛剪（同步區(qū)可調(diào)）等多種飛剪曲線將會(huì)自動(dòng)生成飛剪曲線。考慮到不同包裝膜的熱封難易程度，在裁切區(qū)設(shè)立同步區(qū)。

7、A2伺服特有的同步抓取修正軸功能

　　A2伺服控制器內(nèi)建同步抓取修正軸功能（即傳統(tǒng)的色標(biāo)自動(dòng)補(bǔ)償功能），伺服控制器利用內(nèi)建的高速脈沖抓取功能，通過(guò)色標(biāo)光電抓取主動(dòng)軸兩次色標(biāo)間的脈沖數(shù)目，與伺服控制器內(nèi)部用戶所設(shè)定的理論裁切量（P5-78的設(shè)定值）通過(guò)compare功能做比較，根據(jù)同步修正的修正率（P5-80）對(duì)兩者之間的誤差值（P5-79）做修正，伺服控制器最終依據(jù)修正后的脈沖命令（P5-77）運(yùn)行。

8   遮沒(méi)功能

　　A2伺服控制器內(nèi)建色標(biāo)遮沒(méi)功能，可有效避免包裝膜污染，色標(biāo)錯(cuò)印所引起的光電誤動(dòng)作，增加了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。P5-78為裁切長(zhǎng)度的脈沖設(shè)定值，P5-96為遮沒(méi)區(qū)脈沖長(zhǎng)度，此功能設(shè)定后，在遮沒(méi)區(qū)域內(nèi)，即使色標(biāo)誤動(dòng)作，也不會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能。

9   結(jié)語(yǔ)

　　臺(tái)達(dá)A2伺服在立式包裝上的成功應(yīng)用，表明臺(tái)達(dá)在立式包裝機(jī)行業(yè)有了成功的解決方案，它具有以下特點(diǎn)：

　　（1）裁切速度在袋長(zhǎng)為80mm時(shí)達(dá)到180包/分鐘，誤差精度為±0.3mm；

　　（2）可實(shí)現(xiàn)1～10連包的生產(chǎn)，滿足客戶的特殊需求；

　　（3）整個(gè)裁切過(guò)程由伺服自動(dòng)完成，PLC只是進(jìn)行簡(jiǎn)單的邏輯控制，大大降低了上位機(jī)控制難度和成本負(fù)擔(dān)；

　　（4）裁切使用的是A2特有的電子凸輪功能，相對(duì)于機(jī)械凸輪，它具有簡(jiǎn)單、無(wú)磨損、易維護(hù)、更換曲線方便的優(yōu)點(diǎn)，大大降低了后續(xù)設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用；

　　（5）A2特有的自動(dòng)同步修正功能、色標(biāo)遮沒(méi)功能的使用，使得設(shè)備的運(yùn)行更穩(wěn)定，操作更方便。