1.背景

在自動包裝流水線中，裝箱機是整線系統(tǒng)運行的核心。包裝機械雖不是產(chǎn)品直接生產(chǎn)機械，但它卻是實現(xiàn)生產(chǎn)自動化所必需的。將一個或多個產(chǎn)品包裝到一個個紙箱中，或與透明膜三維包裝機等機械配套聯(lián)動生產(chǎn)，以便產(chǎn)品的運輸和存放。當(dāng)前，國內(nèi)已有越來越多的廠家使用自動裝箱設(shè)備對產(chǎn)品進行裝箱，已廣泛應(yīng)用于煙草、制藥、糧油、食品加工、飲料、果品等的包裝生產(chǎn)線上。

目前，大部分的裝箱機都采用普通異步機和變頻器或步進電機的作為傳動，但是它們在響應(yīng)速度和定位精度上與伺服相比有不小的差距，因此設(shè)備的性能方面也相差很大，在客戶在設(shè)計新型裝箱機時主動找到了北京和利時電機技術(shù)有限公司，希望公司能夠提供與之相配套的“森創(chuàng)”交流伺服系統(tǒng)。

2.挑戰(zhàn)

裝箱通常是包裝線的最后一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡便、自動化程度高的裝箱機，能大大提高裝箱的質(zhì)量及速度。評判一個裝箱機的性能主要參考以下三個方面：

1 機械結(jié)構(gòu)：產(chǎn)品的收集、整理、集束排列是裝箱機的關(guān)鍵，需要設(shè)備合理的布局、連接，易于維護。
2 自動控制：控制系統(tǒng)是所有功能正常運行的保證，也是對故障和出現(xiàn)意外時的自動保護。
3 生產(chǎn)速度：能否達到生產(chǎn)要求。
而作為裝箱機設(shè)備各裝置傳動的電機，就是設(shè)備能否精確、高效、穩(wěn)定的運行的關(guān)鍵。雖然不同裝置的電機傳動是由同一個上位機(通常是進口PLC)進行協(xié)調(diào)控制，但是而它們之間的速度和位置精度使用要求大不相同，并且希望能夠用相對簡單的方式實現(xiàn)對電機速度和位置的控制，要求具有及時全面的故障報警功能。這就要求伺服系統(tǒng)除具有相應(yīng)故障報警信號輸出外，還需要滿足高速響應(yīng)、高精度定位的要求。

3.方案

一臺自動裝箱機，包括：皮帶輸送裝置、分離裝置、整列裝置、間隙輸送填充裝置、成箱打包裝置，各裝置都安裝在同一主機架上。

皮帶輸送裝置一端與上道工序相連，依次是分離裝置、整列裝置、間隙輸送填充裝置、成箱打包裝置，每一部件均單獨動力驅(qū)動，能單獨運轉(zhuǎn)、調(diào)試。皮帶輸送裝置速度恒定，成箱打包裝置速度位置要求不高因此可以用變頻器控制；分離裝置要求高速響應(yīng)起停控制，沒有位置要求，因此考慮用伺服的速度控制方式運行；整列裝置速度要求不是很高，但要求位置精確，受負載擾動小，綜合成本等原因考慮用三項步進電機控制；間隙輸送裝置對位置要求精度高，速度也相應(yīng)要高，因此必須用伺服電機。再輔以HMI、PLC、各種光電傳感器、氣缸、電磁閥等元器件，裝箱機控制部分的架構(gòu)基本完成。

4.難點

對于分離裝置而言，需要通過皮帶傳送速度的快慢變化達到分離待包裝物的目的。單純追求起停的加速度，會使設(shè)備工作在不穩(wěn)定狀態(tài)，因此需要伺服在克服負載的剛性和慣性變化的同時，仍然保持優(yōu)良的高速響應(yīng)特性。

間隙輸送填充裝置的位置精度、速度要求也比較高，但是當(dāng)采用位置方式控制時，發(fā)現(xiàn)間隙輸送填充裝置的重復(fù)定位精度不高，即使從將伺服電機的編碼器信號引入PLC從而形成全閉環(huán)系統(tǒng)仍然無法提高重復(fù)定位精度，這是因為定位精度主要取決于間隙輸送填充裝置的機械加工精度。

上述兩個裝置的控制方式基本相同。得益于“森創(chuàng)”交流伺服系統(tǒng)多樣、獨特的內(nèi)部速度控制方式，選擇其中“單段起停控制方式”，輔以傳感器作為位置檢測開關(guān)，當(dāng)傳感器產(chǎn)生信號時，伺服按照設(shè)定的參數(shù)減速至“0”，而啟動時由PLC給出信號，伺服按照設(shè)定的參數(shù)加速至設(shè)定值。電機轉(zhuǎn)速等相關(guān)參數(shù)均可通過驅(qū)動器面板的按鈕以數(shù)字方式寫入，設(shè)備一次調(diào)試完成后不需要再次輸入。采用“單段起停控制方式”，既避免了間隙的標(biāo)志間隔不同導(dǎo)致系統(tǒng)定位的差別，又避免了驅(qū)動器的輸入信號的干擾隱患，大大提高了設(shè)備的精確性和穩(wěn)定性。通過外部簡單的兩點I/O控制就實現(xiàn)了電機的定位與調(diào)速，滿足了設(shè)備的使用要求。具有運轉(zhuǎn)時間保護功能并且時間可調(diào)，也就是如果收到啟動指令后在設(shè)定的時間內(nèi)收不到傳感器或PLC發(fā)來的停止信號，驅(qū)動就報警保護，這種保護可以復(fù)位。一旦待包裝物檢測故障，或者是傳感器壞了等原因，驅(qū)動本身就會保護報警。這些功能使客戶感到非常方便。雖然該設(shè)備對伺服的使用比較簡單，但是對伺服的性能要求較高，公司的技術(shù)人員可根據(jù)設(shè)備的不同規(guī)格和需要，對伺服系統(tǒng)進行相應(yīng)的調(diào)整，這也反映出了北京和利時電機技術(shù)有限公司作為擁有自己核心開發(fā)技術(shù)的公司的一種優(yōu)勢所在。

5.效益

經(jīng)過與客戶的不懈的努力和積極配合，新設(shè)計的裝箱機可以完成物品的輸送積累、分離、整齊排列、自動成箱等一系列全自動的動作。新型裝箱機結(jié)構(gòu)合理，性能可靠，裝箱質(zhì)量好，操作簡便，能準確高效地進行塊狀物料的裝箱作業(yè)。我們有理由相信，在生產(chǎn)設(shè)備的自動化程度及生產(chǎn)效率提高就可使產(chǎn)品生產(chǎn)贏得時間贏得市場的今天，采用伺服系統(tǒng)作為主要傳動手段的高性能全自動裝箱機有著更為廣闊的舞臺。

事實證明,“森創(chuàng)”作為運動控制產(chǎn)品品牌推出以來,在紡織、機械加工、激光、雕刻、印刷、醫(yī)療、包裝、軍工、電子、制藥、金融機具等行業(yè)都有類似成功案例的應(yīng)用,并已經(jīng)得到廣大用戶的認可和接納,成為國內(nèi)運動控制電機和驅(qū)動的首選品牌之一。