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臺達(dá)PLC在連續(xù)立式包裝落料秤控制中的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2012-01-08 來源:中國自動化網(wǎng)

中心議題:

  • 連續(xù)立式包裝機(jī)工藝
  • 落料填充難點(diǎn)分析
  • 落料填充解決方案及程序設(shè)計(jì)

解決方案:

  • 以實(shí)際凸輪運(yùn)行周期促發(fā)電磁閥


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)功能自動連續(xù)完成的機(jī)器。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。立式包裝通常分為連續(xù)式包裝機(jī)和間歇式包裝機(jī)。

1 連續(xù)立式包裝機(jī)工藝介紹

如圖1所示,間歇式垂直包裝機(jī)的橫封裝置固定在一個(gè)位置上,每次封口的時(shí)候,拉薄膜的動作定制,封口達(dá)到一定時(shí)間以后才能脫開再繼續(xù)拉薄膜,而連續(xù)式垂直包裝機(jī)則可以不停止拉薄膜動作,在實(shí)施完全壓合動作過程中整個(gè)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?yàn)檫B續(xù)式生產(chǎn)效率高,目前連續(xù)式代替間歇式是個(gè)趨勢。但是同樣是連續(xù)式,有機(jī)械凸輪實(shí)現(xiàn)的,有利用伺服電機(jī)利用電子凸輪實(shí)現(xiàn)兩種方式。其中機(jī)械式在跟換包裝膜長度時(shí)需調(diào)整機(jī)械應(yīng)用十分不方便,且機(jī)械慣性大,速度不能提高。所以連續(xù)式包裝機(jī)用電子凸輪控制伺服方式就成為首選。


圖1  間歇式垂直包裝機(jī)

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(guān)文章也已有介紹,本文重點(diǎn)介紹關(guān)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(gè)物料信號就進(jìn)行相應(yīng)的一次運(yùn)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。

2  落料填充難點(diǎn)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(nèi)需要2~4秒得時(shí)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

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情況一,如果落料時(shí)間短可以忽略不計(jì)(加中間斗,落料時(shí)間300ms),實(shí)際運(yùn)行時(shí)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(jī)熱封為電子凸輪,可從程序中設(shè)置角度。)


圖3  落料時(shí)間忽略不計(jì)情況下的運(yùn)行圖

根據(jù)熱封的電子凸輪周期0~360設(shè)定促發(fā)開啟放料閥即可。比如,在開機(jī)前假設(shè)設(shè)定50度,放料。實(shí)際出現(xiàn)夾料。調(diào)整促發(fā)角度到150,直到合適為止。因?yàn)槁淞蠒r(shí)間足夠短,一個(gè)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(shí),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(nèi),落料時(shí)間長,大約有1~4s時(shí)間不等。

假設(shè)落料秤從開啟電磁閥到落到袋里大約有2s的時(shí)間。實(shí)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(shè)定速度為60袋時(shí)需先打開電磁閥,等即將落到底部時(shí)啟動拉模及封切。


圖4 控制過程圖

在打開第一個(gè)電磁閥間隔1s后打開第二個(gè)電磁閥。如此則在落料桶內(nèi)同時(shí)有兩包料,必須保證在后續(xù)的熱封電子凸輪運(yùn)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

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運(yùn)行時(shí)序圖如圖6所示。


圖6  運(yùn)行時(shí)序圖

每次當(dāng)前橫封的為前隔一袋的,圖6為基本60袋的時(shí)序圖,對應(yīng)不同速度時(shí)序圖也要改變假設(shè)是120袋,500ms一個(gè)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(nèi)已有四袋。


圖7  運(yùn)行時(shí)序圖

這樣由于凸輪滯后幾個(gè)周期運(yùn)行,就無法采取上述凸輪周期內(nèi)位置點(diǎn)促發(fā)的方案,只用按照設(shè)定填充速度,采用時(shí)間促發(fā)放料電磁閥難點(diǎn)主要在于如果設(shè)定60袋,假設(shè)電磁閥按照每1s一個(gè)周期打開,實(shí)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(shí)間長了就會運(yùn)行中偏差越大。導(dǎo)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(shí)間為周期,開啟電磁閥,無法使實(shí)際運(yùn)行的凸輪周期與其完全吻合。只能以實(shí)際凸輪運(yùn)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(yùn)行之前,先用時(shí)間促發(fā)電磁閥。在前面兩個(gè)周期,凸輪實(shí)際未走,用時(shí)間周期促發(fā)電磁閥,等到第三個(gè)周期凸輪才實(shí)際運(yùn)行。切換到設(shè)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(shí)間促發(fā)電磁閥,長期運(yùn)行放料周期與凸輪運(yùn)行周期累積誤差的問題,如圖8所示。


圖8  運(yùn)行時(shí)序圖

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4 程序?qū)崿F(xiàn)

在人機(jī)上選擇開關(guān)打到填充模式,如圖9所示。


圖9  人機(jī)界面示意圖

在人機(jī)上設(shè)定落料時(shí)間和填充速度,如圖10所示。


圖10  人機(jī)界面示意圖

通過程序計(jì)算實(shí)際需提前放幾袋,假設(shè)落料時(shí)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(shí)間促發(fā),如圖11、12、13所示。
經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行,分別速度由40-60-80-120試運(yùn)行,包裝填充穩(wěn)定。


圖11  計(jì)算界面

圖12  依靠時(shí)間促發(fā)兩袋后允許角度促發(fā)

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圖13  開始時(shí)間周期促發(fā)電磁閥2次,后轉(zhuǎn)為凸輪角度促發(fā)

5 結(jié)束語

由臺達(dá)人機(jī)、PLC、變頻器和伺服組成的立式自動包裝機(jī)控制系統(tǒng)輕松實(shí)現(xiàn)用戶提出的要求;穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品品質(zhì),簡單便易的操作方法,體現(xiàn)了臺達(dá)機(jī)電產(chǎn)品整合系統(tǒng)的優(yōu)越性;系統(tǒng)實(shí)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(shè)備的便利性。

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