PLC及伺服控制器構(gòu)成的新型旋轉(zhuǎn)式裝箱機(jī)

本文介紹的新型旋轉(zhuǎn)式裝箱機(jī)由PLC及伺服控制器控制，抓手均勻分布在立柱周圍，抓手間距適中，跟隨主機(jī)旋轉(zhuǎn)，很大程度上縮短裝箱周期，大大地提高了設(shè)備產(chǎn)能。

裝箱機(jī)位于包裝流水線后端，將容器排列組合后，放入成型的空箱中。其運(yùn)行速度及穩(wěn)定性直接影響整線效率。傳統(tǒng)的四連桿式、平移式或者是機(jī)器人式裝箱機(jī)，均為間歇工作方式，空運(yùn)行時(shí)間占據(jù)了整個(gè)裝箱周期的很大一部分。這種局限性導(dǎo)致了設(shè)備產(chǎn)能很難再突破。

隨著生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展及電氣自動(dòng)化水平提高，對(duì)裝箱機(jī)速度提出了更高的要求，迫切需要進(jìn)行提升。本文介紹的新型旋轉(zhuǎn)式裝箱機(jī)由PLC及伺服控制器控制，抓手均勻分布在立柱周圍，抓手間距適中，跟隨主機(jī)旋轉(zhuǎn)，很大程度上縮短裝箱周期，大大地提高了設(shè)備產(chǎn)能。

旋轉(zhuǎn)式裝箱機(jī)示意，如圖1。機(jī)架上安裝6組形狀相同的抓手，主機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)抓手依次旋轉(zhuǎn)到位置1抓取容旋轉(zhuǎn)式裝箱機(jī)示意，如圖1。機(jī)架上安裝6組形狀相同的抓手，主機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)抓手依次旋轉(zhuǎn)到位置抓取容器。在生產(chǎn)過程中，裝箱機(jī)入口處的容器都是緊挨著的，通過兩臺(tái)伺服交流電機(jī)的配合動(dòng)作，將容器分成具有一定間隔且連續(xù)不斷的包型。特別注意的是，分離后的容器與旋轉(zhuǎn)運(yùn)行抓手相位同步。當(dāng)輸送帶將容器運(yùn)送到位置1時(shí)，抓手恰好也到達(dá)。接下來的一小段時(shí)間內(nèi)，抓手和容器以相同的速度向前運(yùn)行，然后機(jī)械結(jié)構(gòu)將抓手放下抓取容器。該組抓手旋轉(zhuǎn)到位置2時(shí)，后面一組抓手到達(dá)位置1，依次循環(huán)抓取容器。當(dāng)抓有容器的抓手旋轉(zhuǎn)到位置4時(shí)，空紙箱恰好運(yùn)送到該處，再次通過機(jī)械結(jié)構(gòu)降低抓手高度將容器放入紙箱，完成一次抓放動(dòng)作。由于每組抓手之間安裝間距固定且相距很近，每次抓取容器的間隔時(shí)間就會(huì)相對(duì)變短，這樣提高了設(shè)備的產(chǎn)能。

隨著電力電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及新型功率開關(guān)器件、專用集成電路和控制算法的發(fā)展，大大提高了伺服系統(tǒng)的性能，使其在各行業(yè)得到了廣泛的發(fā)展。交流伺服電機(jī)安裝有高精度的編碼器，它能夠準(zhǔn)確地測量出伺服電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)角或平移位置，然后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并及時(shí)地反饋給與之相對(duì)應(yīng)的伺服控制器，構(gòu)成閉環(huán)控制。伺服控制器經(jīng)過準(zhǔn)確的計(jì)算從而精確地控制伺服電機(jī)的運(yùn)行。交流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，調(diào)速范圍廣，輸出轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)，定位精確，低速運(yùn)行時(shí)無爬行、無震動(dòng)，機(jī)械特性硬，是今后的發(fā)展趨勢(shì)。

旋轉(zhuǎn)式裝箱機(jī)的電氣部分由可編程控制器PLC來控制。PLC通過循環(huán)掃描DI輸入的數(shù)字信號(hào)，繼而在內(nèi)部遵循控制程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后通過DO輸出數(shù)字控制信號(hào)控制變頻器的啟停以及擋箱氣缸的開關(guān)。前端進(jìn)瓶部分及主機(jī)的交流異步電機(jī)由變頻器驅(qū)動(dòng)，進(jìn)入抓手位置前的分瓶撥叉部分則由交流伺服電機(jī)控制。見圖2。

本系統(tǒng)選用兩臺(tái)內(nèi)部各自集成一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器的交流伺服電機(jī)，每臺(tái)交流伺服電機(jī)都由一個(gè)單獨(dú)的伺服控制器控制。兩臺(tái)伺服控制器之間通過CAN總線通訊，速率可達(dá)1MB/s。每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，出錯(cuò)率極低，大大提高了兩臺(tái)伺服電機(jī)的同步性及穩(wěn)定性。通過撥碼將兩臺(tái)伺服控制器的通訊站號(hào)分別設(shè)為1和2，使得第一臺(tái)伺服控制器作為主控制器，而第二臺(tái)伺服控制器作為從控制器。運(yùn)行過程中旋轉(zhuǎn)編碼器將電機(jī)軸的實(shí)際轉(zhuǎn)角反饋給伺服驅(qū)動(dòng)器，在位置環(huán)方式下構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)位置控制系統(tǒng)，從而保證裝箱機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)通過主伺服控制器上的增量式編碼器卡，讀取安裝抓手的主軸交流異步電機(jī)尾端的另一個(gè)增最式編碼器的值，在主伺服控制器內(nèi)進(jìn)行運(yùn)算比較，由伺服驅(qū)動(dòng)器調(diào)整交流伺服電機(jī)的運(yùn)行速度，以此同步控制整個(gè)裝箱機(jī)。另外主伺服控制器通過PROFIBUS DP總線將主機(jī)的編碼器值傳送給PLC，通過與人機(jī)界面上設(shè)定的控制擋箱氣缸開關(guān)的數(shù)值相比較，來決定電磁閥的工作狀態(tài)，以此將空的紙箱同步輸送到放箱位置。

電氣系統(tǒng)特點(diǎn)包括，一是采用可編程控制器PLC作為主要的控制部分，它的可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，編程簡單，安裝方便，使用壽命長。二是采用先進(jìn)的交流伺服電機(jī)，速度控制響應(yīng)快，定位準(zhǔn)確，使得生產(chǎn)效率大大提高。三是采用彩色液品觸摸屏作為人機(jī)對(duì)話窗口，顯示清晰直觀，操作方便。

由于交流伺服控制的精確度高，每次分瓶后容器的位置幾乎相同，使容器與抓手能達(dá)到很好的同步性，穩(wěn)定性好，目前能夠達(dá)到每分鐘36箱。設(shè)備調(diào)試簡單，維護(hù)方便，為用戶大幅度提高生產(chǎn)效率奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，受到了一致好評(píng)。旋轉(zhuǎn)式裝箱機(jī)潛力大，進(jìn)一步完善后，能有效提升產(chǎn)能，為用戶帶來良好的產(chǎn)品體驗(yàn)，助用戶取得預(yù)期的效益。
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