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。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)。
圖1 間歇式垂直包裝機(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(dòng)作定制，封口達(dá)到一定時(shí)間以后才能脫開(kāi)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(dòng)作，在實(shí)施完全壓合動(dòng)作過(guò)程中整個(gè)橫封臺(tái)保持與薄膜牽引一致的速度，完成以后退開(kāi)橫封臺(tái)，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(shì)。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(zhǎng)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。
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(guó)漢諾威參加過(guò)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(wèn)題。
過(guò)去間歇式填充包裝為根據(jù)物料信號(hào)啟動(dòng)包裝動(dòng)作，即來(lái)一個(gè)物料信號(hào)就進(jìn)行相應(yīng)的一次運(yùn)膜、縱封、橫封等動(dòng)作，邏輯簡(jiǎn)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
圖2 落料填充示意圖
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(duì)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。
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(kāi)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(kāi)啟放料閥即可。比如，在開(kāi)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(lái)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(jí)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(kāi)放料到落到袋內(nèi)，落料時(shí)間長(zhǎng)，大約有1～4s時(shí)間不等。
假設(shè)落料秤從開(kāi)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(lái)算控制，控制過(guò)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(kāi)電磁閥，等即將落到底部時(shí)啟動(dòng)拉模及封切。
圖4 控制過(guò)程圖
在打開(kāi)第一個(gè)電磁閥間隔1s后打開(kāi)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(wú)誤，如圖5所示。
圖5 控制過(guò)程圖
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(duì)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(kāi)可能四次電磁閥；熱封凸輪第一次熱封的是開(kāi)始放料的第一袋，是已經(jīng)放的第四袋。熱封啟動(dòng)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(wú)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(kāi)，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(zhǎng)了就會(huì)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(wèn)題是如果以時(shí)間為周期，開(kāi)啟電磁閥，無(wú)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(dòng)無(wú)法依靠角度促發(fā)放料電磁閥的問(wèn)題，又解決了單純依靠時(shí)間促發(fā)電磁閥，長(zhǎng)期運(yùn)行放料周期與凸輪運(yùn)行周期累積誤差的問(wèn)題，如圖8所示。
圖8 運(yùn)行時(shí)序圖
4 程序?qū)崿F(xiàn)
在人機(jī)上選擇開(kāi)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(guò)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(guò)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)
圖13 開(kāi)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(yǔ)
由臺(tái)達(dá)人機(jī)、PLC、變頻器和伺服組成的立式自動(dòng)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(jiǎn)單便易的操作方法，體現(xiàn)了臺(tái)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(dòng)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。
作者簡(jiǎn)介：
余強(qiáng)，男，出生于1969 年 12 月，畢業(yè)于安徽機(jī)電學(xué)院電氣工程系工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)，曾就職于信息產(chǎn)業(yè)部第八研究所和科大創(chuàng)新股份有限公司自動(dòng)化分公司工程部，現(xiàn)就職于中達(dá)電通股份有限股份有限公司PLC產(chǎn)品開(kāi)發(fā)處，主要專注于PLC在自動(dòng)化的高端運(yùn)用，包括各類機(jī)械設(shè)備的精密運(yùn)動(dòng)控制及工程項(xiàng)目的過(guò)程控制的研究與市場(chǎng)