雙通道熱縮膜包裝的特點及電氣控制

摘要：本文簡述了雙通道熱縮膜包裝機的特點，工藝過程和控制特點， 3.6-4萬啤酒飲料包裝生產(chǎn)線后期包裝的解決方案，論述了CANbus總線和伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)在雙通道熱縮膜包裝機中的典型應用，包裝周期在控制過程中的 作用。
關(guān)鍵詞：總線；包裝周期；雙通道；熱縮膜
Feature and Electricity-control of Packaging Machines for Double-channel Heat Shrinking Film
ZHANG You-liang
Xian Hwasum Research Institude of Packing Technology,710086,China
Xian Light Industry Machinery & Design Research Institute
Abstract:The test resumed the feature,the manufacturing process and the highspot of control of packaging machines for double-channel heat shrinking film,the solve scheme of final packing for 3.6~4 myriads beer and drink packaging production line,the application in packaging machines for double-channel heat shrinking film of CANbus total line,system of servo-driving,the function of package period in control process.
Key words:total line;package period;double-channel;heat shrinking film
為了解決啤酒、飲料的后期包裝，熱收縮膜包裝形式的經(jīng)濟、安全可靠、便于區(qū)域運輸銷售等優(yōu)勢，被國內(nèi)啤酒、飲料行業(yè)普遍采用。國產(chǎn)熱縮膜包裝機已廣泛應用于國內(nèi)啤酒、飲料廠的2萬瓶/小時以下的生產(chǎn)包裝線，取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益，進口熱縮膜包裝機性價比已無優(yōu)勢。為了解決3.6萬瓶~4萬瓶/小時大型啤酒、飲料包裝線的后期包裝，由西安華盛包裝技術(shù)研究所設計，寶雞新科機械有限公司制造，聯(lián)合推出了雙通道熱縮膜包裝機，2003年9月的北京展覽會上一亮相，就引起了啤酒、飲料生產(chǎn)廠的重視，成為這次展覽會國產(chǎn)設備的亮點。
1 3.6~4萬瓶/小時啤酒、飲料熱縮包裝的解決方案
1.1方案1
國內(nèi)現(xiàn)有及進口的熱縮膜包裝機的包裝能力大部分為45包/分鐘，僅能滿足低于2.4萬瓶/小時的包裝生產(chǎn)線。解決3.6~4萬瓶/小時包裝線的熱縮包裝，采用2條45包/分鐘的熱收縮包裝機并行使用，其缺點是包裝線后端改造費用高，能耗大，一條生產(chǎn)線兩班包裝操作人員，加大了后期包裝成本。是解決后期包裝的全誼之計，不是最佳方案。
1.2方案2
采用1臺45包/分鐘的熱縮膜包裝機加紙箱包裝等，優(yōu)點是增加了包裝形式，紙箱包裝適合于長途運輸，包裝檔次比較高；缺點是紙箱包裝采用人工包裝，生產(chǎn)安全不能保證，此方案不可取。紙箱包裝采用自動包裝增加包裝后端的設備投入和技改費用，同時紙箱包裝的成本高于熱縮膜包裝的成本，是解決3.6~4萬瓶/小時包裝生產(chǎn)線的方案之一。
1.3方案3
啤酒飲料銷售特點區(qū)域性比較強，面對的是普通消費者，因此采用熱縮膜包裝是一種最經(jīng)濟實惠的包裝形式，特別是解決了困擾啤酒廠多年的爆瓶問題，緩解了生產(chǎn)和消費過程中安全問題。為克服方案1、2中的缺點，采用雙通道熱縮膜包裝機配套3.6~4萬瓶/小時包裝生產(chǎn)線，其優(yōu)點是包裝后端設備改造費用低，略高于單通道熱縮膜包裝機，操作人員不增加，設備能耗等同于1臺單通道熱縮膜包裝機，是解決3.6-4萬萍/小時啤酒飲料包裝生產(chǎn)線的包裝最佳方案。
2 雙通道熱縮膜包裝機的特點
2.1雙通道熱縮膜包裝機的優(yōu)點
高產(chǎn)量是雙通道熱縮膜包裝機的最大優(yōu)勢，填補了國內(nèi)3.6~4萬瓶/小時啤酒飲料包裝生產(chǎn)線的熱縮膜包裝，每分鐘70~80包完全滿足了國內(nèi)現(xiàn)有的3.6萬瓶/小時以上的包裝生產(chǎn)線。
運行平穩(wěn)，由于采用雙通道技術(shù)，單位時間內(nèi)分瓶次數(shù)相對減少，使傳動系統(tǒng)更加平穩(wěn)、可靠，減少倒瓶故障率。
低能耗運行，為啤酒飲料廠減少了生產(chǎn)包裝成本，雙通道熱縮膜包裝機在熱縮機通道上作了技術(shù)改進，雙通道熱縮機同單通道熱縮機加熱功率相同，包裝產(chǎn)量提高1倍。
產(chǎn)品的多品種、多規(guī)格包裝是雙包式熱收縮膜包裝機在包裝技術(shù)上的一大改進，出廠時可為用戶提供不同規(guī)格、不同包裝形式的運行參數(shù)，滿足用戶的包裝和品種的多樣性。
2.2雙通道/單通道熱收縮膜包裝機的技術(shù)參數(shù)比較
單通道 雙通道
生產(chǎn)能力 45包/分鐘 80包/分鐘
電機功率 19KW 22KW
包裝規(guī)格 任選 任選
加熱功率 58KW 65KW
托盤 有 有
外形尺寸 11850X1610X2200 12850X1610X2200
機器重量 4900kg 5200kg
3 雙通道熱縮膜包裝機的控制特點
3.1雙通道熱縮膜包裝機的包裝工藝
雙通道熱縮膜包裝機主要是由瓶整理輸送、瓶分組、瓶分列（分成兩組）、取紙板（托盤）、推瓶、膜一分為二、送切膜、裹膜、熱收縮包裝產(chǎn)品的輸送等組成，其包裝工藝過程如圖1所示。

圖1熱收縮膜包裝機的包裝工藝流程圖
圖中瓶整理輸送電機M1變頻調(diào)速控制完成控制，為了降低控制成本、提高自動化程度，采用PLC模擬量輸出（4~20mA電流），調(diào)整輸瓶速度。分瓶由1號分瓶伺服電機M2和2號分瓶伺服電機M3及主驅(qū)動電機M4完成控制。取送紙板、瓶分列、推瓶、裹膜由主驅(qū)動電機M4完成控制。送切膜是由伺服電機M5完成。熱縮是由熱縮系統(tǒng)完成，包裝產(chǎn)品傳送是由傳送電機M6完成，控制原理通M1電機。
3.2雙通道熱縮膜包裝機的控制系統(tǒng)組成
雙通道熱縮膜包裝的控制系統(tǒng)是由B&R的2003PCC和檢測元件、人機界面、伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)等組成。2003PCC與人機界面，伺服電機驅(qū)動器通過CAN bus進行控制，如圖2所示。
伺服電機M2、M3、M4、M5主從關(guān)系同步運行，主驅(qū)動電機M4作為主電機，其它M2、M3、M5電機作為從電機，通過CAN bus

與主電機同步運行，M2、M3、M5電機同時又以自身的運動曲線進行運行。
3.3機器運行位置的檢測和包裝周期
在伺服控制中，伺服電機裝有旋轉(zhuǎn)編碼器，根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器的反饋信號，伺服控制器對伺服電機進行閉環(huán)控制，旋轉(zhuǎn)編碼器比較經(jīng)濟的選擇是增量型編碼器，它與電機轉(zhuǎn)速成正比的頻率產(chǎn)生脈沖，伺服控制器對脈沖計數(shù)，以便進行控制。通過CAN bus總線，伺服控制器將所計數(shù)傳送到PCC（存放在MT中）中，MT的數(shù)值就反映出機器的運行位置。
在包裝過程中，推瓶桿推出一組瓶子完成一個包裝，在推瓶桿經(jīng)過處安裝一個檢測開關(guān)B1，利用B1對MT復位，MT的數(shù)值周期性變化，MT中的數(shù)據(jù)就反映出包裝周期內(nèi)的位置數(shù)據(jù)。在每一個包裝周期內(nèi)，取紙板、放紙板、送切膜、分瓶等，同MT有一一對應的數(shù)據(jù)關(guān)系，根據(jù)一一對應的數(shù)據(jù)對機器的每一個動作進行控制。
3.4取紙板（托盤）的控制
在啤酒的熱縮膜包裝中，要求帶托盤的包裝。雙通道熱縮膜包裝機中，采用雙通道送紙板機構(gòu)，利用同一控制信號進行同步控制。
取紙板的原理是通過高速氣流產(chǎn)生微真空（真空發(fā)生器），進行吸紙板。如果產(chǎn)品通過，B2檢測到信號，根據(jù)MT中的數(shù)據(jù)，判斷吸盤到達放紙板處，開電磁閥Y1產(chǎn)生真空吸紙板，根據(jù)MT中的數(shù)據(jù)，判斷到達釋放紙板的位置，關(guān)電磁閥Y1，開電磁閥Y2破壞真空，釋放紙板，其控制時序圖如圖3所示。

圖3 取紙板控制時序圖
系統(tǒng)在控制中，對取送紙板進行了檢測控制，如果檢測倒分瓶組，沒有檢測到所取紙板停機，手工補好紙板后方可開機。
3.5分瓶電機的控制
3.5.1分瓶原理
在熱收縮膜包裝機中，包裝段的瓶傳送通過主驅(qū)動電機傳送，分瓶是將排列緊密的瓶子分成3x6或其它組合的瓶子組。其分瓶原理如圖4所示，兩個分瓶電機的傳送鏈上，分別裝有等距離的兩組擋瓶爪，兩個電機快慢交替運行，將排列整齊的瓶子成3x6瓶組，經(jīng)過分列機構(gòu)，將瓶子分成二組3x3瓶組，通過主驅(qū)動電機傳送到下一個工位。
3.5.2分瓶電機的控制
從分瓶的原理可以看出，分瓶電機M2、M3有規(guī)律的交替快慢

運行。其特點示以主驅(qū)動M4電機脈沖數(shù)作為同步信號（X方向），M2、M3電機自身的脈沖數(shù)（Y方向），按照如圖5的運動曲線進行運行，即M4運行作為主電機，M2、M3電機作為從電機按照特定的曲線同步運行，M2、M3電機只有在M4電機運行的情況下運行。

圖5 分瓶電機M2、M3運行曲線圖
3.5.3分瓶電機同步位參數(shù)的設定
分瓶電機M2、M3按照一定的規(guī)律運行，運行的起始位和電機的停止位就要有一個參考位，在人機界面上，一般設定M2和M3相對于某一個參考點的位置，產(chǎn)品不同，包裝形式不同，其參考位不同，電機切換點不同。
3.6送切膜電機的控制
3.6.1送切膜電機的運動曲線

根據(jù)包裝工藝的要求，送切膜電機的運行曲線如圖6所示，OA
段為托盤下壓膜的長度，OA’為3x3瓶子移動OA長主驅(qū)動電機運行的脈沖數(shù)。AB段為裹膜和托盤后半部壓膜的長度，送膜電機運行的脈沖數(shù)，AB段運行過程中，送膜速度比較快，保證導膜桿順利的把膜裹在包裝產(chǎn)品上。BC段為膜切斷后，將膜送到膜出口的長度，送膜電機運行的脈沖數(shù)，確保下次膜順利導出。送切膜電機作為主驅(qū)動電機的從機同步運行，主驅(qū)動電機的脈沖數(shù)是送切膜電機運行曲線的時間軸，OC’為一個送膜周期數(shù)，O點由PCC根據(jù)MT中的值確定，A’是高速送膜的起點，B’是高速送膜的終點，C’是送一個膜長的終點。主驅(qū)動電機和送膜電機以主從關(guān)系運行，在一個送膜周期內(nèi)，主驅(qū)動電機停，送膜電機跟隨主驅(qū)動電機停，主驅(qū)動電機開，送膜電機跟隨主驅(qū)動電機開。
3.6.2送切膜電機的控制參數(shù)設置
送切膜電機的控制參數(shù)設置包括送膜位置參數(shù)、切刀定位參數(shù)
卷膜制動參數(shù)的設置。這些參數(shù)的設定適合于所有包裝規(guī)格和品種的包裝形式。不同的包裝規(guī)格，送膜電機的運行曲線不同。在人機界面上，設置送膜位置參數(shù)、切刀定位參數(shù)、卷膜制動參數(shù)和包裝規(guī)格曲線參數(shù)的選擇。
4.結(jié)束語
熱收縮膜包裝機的電氣控制根據(jù)機械結(jié)構(gòu)的不同而不同，其控制方式差異比較大，由于雙通道熱收縮膜包裝機是在單通道熱收縮膜包裝機的基礎上設計的，因此本文于作者在《包裝與食品機械》2002第5期發(fā)表的《熱收縮膜包裝機的電氣控制》一文有相同之處，但在控制上采用完全不同的控制系統(tǒng)，兩種控制方案各有特點，均為熱縮膜包裝機控制比較成熟的方案之一。為了保護生產(chǎn)廠和設計單位的技術(shù)權(quán)益，文中的參數(shù)作了技術(shù)處理。