中心議題：

• 連續立式包裝機工藝
• 落料填充難點(diǎn)分析
• 落料填充解決方案及程序設計

解決方案：

• 以實(shí)際凸輪運行周期促發(fā)電磁閥

立式包裝機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)連續完成的機器。配合上道的計量沖填機械，立式包裝機常用于包裝塊狀、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式包裝機和間歇式包裝機。

1 連續立式包裝機工藝介紹

如圖1所示，間歇式垂直包裝機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，封口達到一定時(shí)間以后才能脫開(kāi)再繼續拉薄膜，而連續式垂直包裝機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)橫封臺保持與薄膜牽引一致的速度，完成以后退開(kāi)橫封臺，到一定位置后再飛快退回到上面的位置上。因為連續式生產(chǎn)效率高，目前連續式代替間歇式是個(gè)趨勢。但是同樣是連續式，有機械凸輪實(shí)現的，有利用伺服電機利用電子凸輪實(shí)現兩種方式。其中機械式在跟換包裝膜長(cháng)度時(shí)需調整機械應用十分不方便，且機械慣性大，速度不能提高。所以連續式包裝機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

目前，制袋、封口、日期打印、切斷袋膜等功能前期已完善，客戶(hù)已在德國漢諾威參加過(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物料信號啟動(dòng)包裝動(dòng)作，即來(lái)一個(gè)物料信號就進(jìn)行相應的一次運膜、縱封、橫封等動(dòng)作，邏輯簡(jiǎn)單。而現在為連續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。從空中落到袋內需要2～4秒得時(shí)間。對于連續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（加中間斗，落料時(shí)間300ms)，實(shí)際運行時(shí)如圖3，在熱封伺服固定角度促發(fā)開(kāi)秤電磁閥即可（連續式包裝機熱封為電子凸輪，可從程序中設置角度。）

圖3  落料時(shí)間忽略不計情況下的運行圖

根據熱封的電子凸輪周期0～360設定促發(fā)開(kāi)啟放料閥即可。比如，在開(kāi)機前假設設定50度，放料。實(shí)際出現夾料。調整促發(fā)角度到150，直到合適為止。因為落料時(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(hù)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)節污染，往往不加中間斗。也就是從打開(kāi)放料到落到袋內，落料時(shí)間長(cháng)，大約有1～4s時(shí)間不等。

假設落料秤從開(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。如此則在落料桶內同時(shí)有兩包料，必須保證在后續的熱封電子凸輪運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

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運行時(shí)序圖如圖6所示。

圖6  運行時(shí)序圖

每次當前橫封的為前隔一袋的，圖6為基本60袋的時(shí)序圖，對應不同速度時(shí)序圖也要改變假設是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)前在空中料道內已有四袋。

圖7  運行時(shí)序圖

這樣由于凸輪滯后幾個(gè)周期運行，就無(wú)法采取上述凸輪周期內位置點(diǎn)促發(fā)的方案，只用按照設定填充速度，采用時(shí)間促發(fā)放料電磁閥難點(diǎn)主要在于如果設定60袋，假設電磁閥按照每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(cháng)了就會(huì )運行中偏差越大。導致夾料，如圖7所示。

3 落料填充解決方案

現在主要的問(wèn)題是如果以時(shí)間為周期，開(kāi)啟電磁閥，無(wú)法使實(shí)際運行的凸輪周期與其完全吻合。只能以實(shí)際凸輪運行周期促發(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)際運行。切換到設定角度輸出電磁閥，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(cháng)期運行放料周期與凸輪運行周期累積誤差的問(wèn)題，如圖8所示。

圖8  運行時(shí)序圖

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4 程序實(shí)現

在人機上選擇開(kāi)關(guān)打到填充模式，如圖9所示。

圖9  人機界面示意圖

在人機上設定落料時(shí)間和填充速度，如圖10所示。

圖10  人機界面示意圖

通過(guò)程序計算實(shí)際需提前放幾袋，假設落料時(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)際運行，分別速度由40-60-80-120試運行，包裝填充穩定。

圖11  計算界面

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(kāi)始時(shí)間周期促發(fā)電磁閥2次，后轉為凸輪角度促發(fā)

5 結束語(yǔ)

由臺達人機、PLC、變頻器和伺服組成的立式自動(dòng)包裝機控制系統輕松實(shí)現用戶(hù)提出的要求；穩定可靠的產(chǎn)品品質(zhì)，簡(jiǎn)單便易的操作方法，體現了臺達機電產(chǎn)品整合系統的優(yōu)越性；系統實(shí)現了全自動(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)人員檢修設備的便利性。