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，進行封口，三個功能自動連續(xù)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(xù)式包裝機和間歇式包裝機。
圖1 間歇式垂直包裝機
1 連續(xù)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位置上，每次封口的時候，拉薄膜的動作定制，封口達到一定時間以后才能脫開再繼續(xù)拉薄膜，而連續(xù)式垂直包裝機則可以不停止拉薄膜動作，在實施完全壓合動作過程中整個橫封臺保持與薄膜牽引一致的速度，完成以后退開橫封臺，到一定位置后再飛快退回到上面的位置上。因為連續(xù)式生產(chǎn)效率高，目前連續(xù)式代替間歇式是個趨勢。但是同樣是連續(xù)式，有機械凸輪實現(xiàn)的，有利用伺服電機利用電子凸輪實現(xiàn)兩種方式。其中機械式在跟換包裝膜長度時需調(diào)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(xù)式包裝機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，客戶已在德國漢諾威參加過包裝展，相關(guān)文章也已有介紹，本文重點介紹關(guān)于電子秤落料填充與包裝之間的配合問題。
過去間歇式填充包裝為根據(jù)物料信號啟動包裝動作，即來一個物料信號就進行相應的一次運膜、縱封、橫封等動作，邏輯簡單。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秒得時間。對于連續(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，如果落料時間短可以忽略不計（加中間斗，落料時間300ms)，實際運行時如圖3，在熱封伺服固定角度促發(fā)開秤電磁閥即可（連續(xù)式包裝機熱封為電子凸輪，可從程序中設(shè)置角度。）
圖3 落料時間忽略不計情況下的運行圖
根據(jù)熱封的電子凸輪周期0～360設(shè)定促發(fā)開啟放料閥即可。比如，在開機前假設(shè)設(shè)定50度，放料。實際出現(xiàn)夾料。調(diào)整促發(fā)角度到150，直到合適為止。因為落料時間足夠短，一個周期按120袋來算也有500ms。
情況二是往往客戶不加中間斗的情況很多，在包裝食品級顆粒物時，避免中間環(huán)節(jié)污染，往往不加中間斗。也就是從打開放料到落到袋內(nèi)，落料時間長，大約有1～4s時間不等。
假設(shè)落料秤從開啟電磁閥到落到袋里大約有2s的時間。實際切袋速度為每分30袋到120袋，以每分60袋來算控制，控制過程如圖4所示，左邊為下料信道，在設(shè)定速度為60袋時需先打開電磁閥，等即將落到底部時啟動拉模及封切。
圖4 控制過程圖
在打開第一個電磁閥間隔1s后打開第二個電磁閥。如此則在落料桶內(nèi)同時有兩包料，必須保證在后續(xù)的熱封電子凸輪運行周期此完全吻合才能確保無誤，如圖5所示。
圖5 控制過程圖
運行時序圖如圖6所示。
圖6 運行時序圖
每次當前橫封的為前隔一袋的，圖6為基本60袋的時序圖，對應不同速度時序圖也要改變假設(shè)是120袋，500ms一個周期，前面需提前依次打開可能四次電磁閥；熱封凸輪第一次熱封的是開始放料的第一袋，是已經(jīng)放的第四袋。熱封啟動前在空中料道內(nèi)已有四袋。
圖7 運行時序圖
這樣由于凸輪滯后幾個周期運行，就無法采取上述凸輪周期內(nèi)位置點促發(fā)的方案，只用按照設(shè)定填充速度，采用時間促發(fā)放料電磁閥難點主要在于如果設(shè)定60袋，假設(shè)電磁閥按照每1s一個周期打開，實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，這樣時間長了就會運行中偏差越大。導致夾料，如圖7所示。
3 落料填充解決方案
現(xiàn)在主要的問題是如果以時間為周期，開啟電磁閥，無法使實際運行的凸輪周期與其完全吻合。只能以實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，先用時間促發(fā)電磁閥。在前面兩個周期，凸輪實際未走，用時間周期促發(fā)電磁閥，等到第三個周期凸輪才實際運行。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無法依靠角度促發(fā)放料電磁閥的問題，又解決了單純依靠時間促發(fā)電磁閥，長期運行放料周期與凸輪運行周期累積誤差的問題，如圖8所示。
圖8 運行時序圖
4 程序?qū)崿F(xiàn)
在人機上選擇開關(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(shè)定落料時間和填充速度，如圖10所示。
圖10 人機界面示意圖
通過程序計算實際需提前放幾袋，假設(shè)落料時間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間促發(fā)，如圖11、12、13所示。
經(jīng)過實際運行，分別速度由40-60-80-120試運行，包裝填充穩(wěn)定。
圖11 計算界面
圖12 依靠時間促發(fā)兩袋后允許角度促發(fā)
圖13 開始時間周期促發(fā)電磁閥2次，后轉(zhuǎn)為凸輪角度促發(fā)
5 結(jié)束語
由臺達人機、PLC、變頻器和伺服組成的立式自動包裝機控制系統(tǒng)輕松實現(xiàn)用戶提出的要求；穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品品質(zhì)，簡單便易的操作方法，體現(xiàn)了臺達機電產(chǎn)品整合系統(tǒng)的優(yōu)越性；系統(tǒng)實現(xiàn)了全自動生產(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。
作者簡介：
余強，男，出生于1969 年 12 月，畢業(yè)于安徽機電學院電氣工程系工業(yè)自動化專業(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化分公司工程部，現(xiàn)就職于中達電通股份有限股份有限公司PLC產(chǎn)品開發(fā)處，主要專注于PLC在自動化的高端運用，包括各類機械設(shè)備的精密運動控制及工程項目的過程控制的研究與市場