摘要：本文簡(jiǎn)述了雙通道熱縮膜包裝機(jī)的特點(diǎn)，工藝過(guò)程和控制特點(diǎn)， 3.6-4萬(wàn)啤酒飲料包裝生產(chǎn)線后期包裝的解決方案，論述了CANbus總線和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在雙通道熱縮膜包裝機(jī)中的典型應(yīng)用，包裝周期在控制過(guò)程中的 作用。
關(guān)鍵詞：總線；包裝周期；雙通道；熱縮膜
Feature and Electricity-control of Packaging Machines for Double-channel Heat Shrinking Film
ZHANG You-liang
Xian Hwasum Research Institude of Packing Technology,710086,China
Xian Light Industry Machinery & Design Research Institute
Abstract:The test resumed the feature,the manufacturing process and the highspot of control of packaging machines for double-channel heat shrinking film,the solve scheme of final packing for 3.6~4 myriads beer and drink packaging production line,the application in packaging machines for double-channel heat shrinking film of CANbus total line,system of servo-driving,the function of package period in control process.
Key words:total line;package period;double-channel;heat shrinking film
為了解決啤酒、飲料的后期包裝，熱收縮膜包裝形式的經(jīng)濟(jì)、安全可靠、便于區(qū)域運(yùn)輸銷售等優(yōu)勢(shì)，被國(guó)內(nèi)啤酒、飲料行業(yè)普遍采用。國(guó)產(chǎn)熱縮膜包裝機(jī)已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)啤酒、飲料廠的2萬(wàn)瓶/小時(shí)以下的生產(chǎn)包裝線，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，進(jìn)口熱縮膜包裝機(jī)性價(jià)比已無(wú)優(yōu)勢(shì)。為了解決3.6萬(wàn)瓶~4萬(wàn)瓶/小時(shí)大型啤酒、飲料包裝線的后期包裝，由西安華盛包裝技術(shù)研究所設(shè)計(jì)，寶雞新科機(jī)械有限公司制造，聯(lián)合推出了雙通道熱縮膜包裝機(jī)，2003年9月的北京展覽會(huì)上一亮相，就引起了啤酒、飲料生產(chǎn)廠的重視，成為這次展覽會(huì)國(guó)產(chǎn)設(shè)備的亮點(diǎn)。
1 3.6~4萬(wàn)瓶/小時(shí)啤酒、飲料熱縮包裝的解決方案
1.1方案1
國(guó)內(nèi)現(xiàn)有及進(jìn)口的熱縮膜包裝機(jī)的包裝能力大部分為45包/分鐘，僅能滿足低于2.4萬(wàn)瓶/小時(shí)的包裝生產(chǎn)線。解決3.6~4萬(wàn)瓶/小時(shí)包裝線的熱縮包裝，采用2條45包/分鐘的熱收縮包裝機(jī)并行使用，其缺點(diǎn)是包裝線后端改造費(fèi)用高，能耗大，一條生產(chǎn)線兩班包裝操作人員，加大了后期包裝成本。是解決后期包裝的全誼之計(jì)，不是最佳方案。
1.2方案2
采用1臺(tái)45包/分鐘的熱縮膜包裝機(jī)加紙箱包裝等，優(yōu)點(diǎn)是增加了包裝形式，紙箱包裝適合于長(zhǎng)途運(yùn)輸，包裝檔次比較高；缺點(diǎn)是紙箱包裝采用人工包裝，生產(chǎn)安全不能保證，此方案不可取。紙箱包裝采用自動(dòng)包裝增加包裝后端的設(shè)備投入和技改費(fèi)用，同時(shí)紙箱包裝的成本高于熱縮膜包裝的成本，是解決3.6~4萬(wàn)瓶/小時(shí)包裝生產(chǎn)線的方案之一。
1.3方案3
啤酒飲料銷售特點(diǎn)區(qū)域性比較強(qiáng)，面對(duì)的是普通消費(fèi)者，因此采用熱縮膜包裝是一種最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的包裝形式，特別是解決了困擾啤酒廠多年的爆瓶問(wèn)題，緩解了生產(chǎn)和消費(fèi)過(guò)程中安全問(wèn)題。為克服方案1、2中的缺點(diǎn)，采用雙通道熱縮膜包裝機(jī)配套3.6~4萬(wàn)瓶/小時(shí)包裝生產(chǎn)線，其優(yōu)點(diǎn)是包裝后端設(shè)備改造費(fèi)用低，略高于單通道熱縮膜包裝機(jī)，操作人員不增加，設(shè)備能耗等同于1臺(tái)單通道熱縮膜包裝機(jī)，是解決3.6-4萬(wàn)萍/小時(shí)啤酒飲料包裝生產(chǎn)線的包裝最佳方案。
2 雙通道熱縮膜包裝機(jī)的特點(diǎn)
2.1雙通道熱縮膜包裝機(jī)的優(yōu)點(diǎn)
高產(chǎn)量是雙通道熱縮膜包裝機(jī)的最大優(yōu)勢(shì)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)3.6~4萬(wàn)瓶/小時(shí)啤酒飲料包裝生產(chǎn)線的熱縮膜包裝，每分鐘70~80包完全滿足了國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的3.6萬(wàn)瓶/小時(shí)以上的包裝生產(chǎn)線。
運(yùn)行平穩(wěn)，由于采用雙通道技術(shù)，單位時(shí)間內(nèi)分瓶次數(shù)相對(duì)減少，使傳動(dòng)系統(tǒng)更加平穩(wěn)、可靠，減少倒瓶故障率。
低能耗運(yùn)行，為啤酒飲料廠減少了生產(chǎn)包裝成本，雙通道熱縮膜包裝機(jī)在熱縮機(jī)通道上作了技術(shù)改進(jìn)，雙通道熱縮機(jī)同單通道熱縮機(jī)加熱功率相同，包裝產(chǎn)量提高1倍。
產(chǎn)品的多品種、多規(guī)格包裝是雙包式熱收縮膜包裝機(jī)在包裝技術(shù)上的一大改進(jìn)，出廠時(shí)可為用戶提供不同規(guī)格、不同包裝形式的運(yùn)行參數(shù)，滿足用戶的包裝和品種的多樣性。
2.2雙通道/單通道熱收縮膜包裝機(jī)的技術(shù)參數(shù)比較
單通道 雙通道
生產(chǎn)能力 45包/分鐘 80包/分鐘
電機(jī)功率 19KW 22KW
包裝規(guī)格 任選 任選
加熱功率 58KW 65KW
托盤(pán) 有 有
外形尺寸 11850X1610X2200 12850X1610X2200
機(jī)器重量 4900kg 5200kg
3 雙通道熱縮膜包裝機(jī)的控制特點(diǎn)
3.1雙通道熱縮膜包裝機(jī)的包裝工藝
雙通道熱縮膜包裝機(jī)主要是由瓶整理輸送、瓶分組、瓶分列（分成兩組）、取紙板（托盤(pán)）、推瓶、膜一分為二、送切膜、裹膜、熱收縮包裝產(chǎn)品的輸送等組成，其包裝工藝過(guò)程如圖1所示。

圖1熱收縮膜包裝機(jī)的包裝工藝流程圖
圖中瓶整理輸送電機(jī)M1變頻調(diào)速控制完成控制，為了降低控制成本、提高自動(dòng)化程度，采用PLC模擬量輸出（4~20mA電流），調(diào)整輸瓶速度。分瓶由1號(hào)分瓶伺服電機(jī)M2和2號(hào)分瓶伺服電機(jī)M3及主驅(qū)動(dòng)電機(jī)M4完成控制。取送紙板、瓶分列、推瓶、裹膜由主驅(qū)動(dòng)電機(jī)M4完成控制。送切膜是由伺服電機(jī)M5完成。熱縮是由熱縮系統(tǒng)完成，包裝產(chǎn)品傳送是由傳送電機(jī)M6完成，控制原理通M1電機(jī)。
3.2雙通道熱縮膜包裝機(jī)的控制系統(tǒng)組成
雙通道熱縮膜包裝的控制系統(tǒng)是由B&R的2003PCC和檢測(cè)元件、人機(jī)界面、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等組成。2003PCC與人機(jī)界面，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)CAN bus進(jìn)行控制，如圖2所示。
伺服電機(jī)M2、M3、M4、M5主從關(guān)系同步運(yùn)行，主驅(qū)動(dòng)電機(jī)M4作為主電機(jī)，其它M2、M3、M5電機(jī)作為從電機(jī)，通過(guò)CAN bus

與主電機(jī)同步運(yùn)行，M2、M3、M5電機(jī)同時(shí)又以自身的運(yùn)動(dòng)曲線進(jìn)行運(yùn)行。
3.3機(jī)器運(yùn)行位置的檢測(cè)和包裝周期
在伺服控制中，伺服電機(jī)裝有旋轉(zhuǎn)編碼器，根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器的反饋信號(hào)，伺服控制器對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制，旋轉(zhuǎn)編碼器比較經(jīng)濟(jì)的選擇是增量型編碼器，它與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比的頻率產(chǎn)生脈沖，伺服控制器對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，以便進(jìn)行控制。通過(guò)CAN bus總線，伺服控制器將所計(jì)數(shù)傳送到PCC（存放在MT中）中，MT的數(shù)值就反映出機(jī)器的運(yùn)行位置。
在包裝過(guò)程中，推瓶桿推出一組瓶子完成一個(gè)包裝，在推瓶桿經(jīng)過(guò)處安裝一個(gè)檢測(cè)開(kāi)關(guān)B1，利用B1對(duì)MT復(fù)位，MT的數(shù)值周期性變化，MT中的數(shù)據(jù)就反映出包裝周期內(nèi)的位置數(shù)據(jù)。在每一個(gè)包裝周期內(nèi)，取紙板、放紙板、送切膜、分瓶等，同MT有一一對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)系，根據(jù)一一對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)器的每一個(gè)動(dòng)作進(jìn)行控制。
3.4取紙板（托盤(pán)）的控制
在啤酒的熱縮膜包裝中，要求帶托盤(pán)的包裝。雙通道熱縮膜包裝機(jī)中，采用雙通道送紙板機(jī)構(gòu)，利用同一控制信號(hào)進(jìn)行同步控制。
取紙板的原理是通過(guò)高速氣流產(chǎn)生微真空（真空發(fā)生器），進(jìn)行吸紙板。如果產(chǎn)品通過(guò)，B2檢測(cè)到信號(hào)，根據(jù)MT中的數(shù)據(jù)，判斷吸盤(pán)到達(dá)放紙板處，開(kāi)電磁閥Y1產(chǎn)生真空吸紙板，根據(jù)MT中的數(shù)據(jù)，判斷到達(dá)釋放紙板的位置，關(guān)電磁閥Y1，開(kāi)電磁閥Y2破壞真空，釋放紙板，其控制時(shí)序圖如圖3所示。

圖3 取紙板控制時(shí)序圖
系統(tǒng)在控制中，對(duì)取送紙板進(jìn)行了檢測(cè)控制，如果檢測(cè)倒分瓶組，沒(méi)有檢測(cè)到所取紙板停機(jī)，手工補(bǔ)好紙板后方可開(kāi)機(jī)。
3.5分瓶電機(jī)的控制
3.5.1分瓶原理
在熱收縮膜包裝機(jī)中，包裝段的瓶傳送通過(guò)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳送，分瓶是將排列緊密的瓶子分成3x6或其它組合的瓶子組。其分瓶原理如圖4所示，兩個(gè)分瓶電機(jī)的傳送鏈上，分別裝有等距離的兩組擋瓶爪，兩個(gè)電機(jī)快慢交替運(yùn)行，將排列整齊的瓶子成3x6瓶組，經(jīng)過(guò)分列機(jī)構(gòu)，將瓶子分成二組3x3瓶組，通過(guò)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳送到下一個(gè)工位。
3.5.2分瓶電機(jī)的控制
從分瓶的原理可以看出，分瓶電機(jī)M2、M3有規(guī)律的交替快慢

運(yùn)行。其特點(diǎn)示以主驅(qū)動(dòng)M4電機(jī)脈沖數(shù)作為同步信號(hào)（X方向），M2、M3電機(jī)自身的脈沖數(shù)（Y方向），按照如圖5的運(yùn)動(dòng)曲線進(jìn)行運(yùn)行，即M4運(yùn)行作為主電機(jī)，M2、M3電機(jī)作為從電機(jī)按照特定的曲線同步運(yùn)行，M2、M3電機(jī)只有在M4電機(jī)運(yùn)行的情況下運(yùn)行。

圖5 分瓶電機(jī)M2、M3運(yùn)行曲線圖
3.5.3分瓶電機(jī)同步位參數(shù)的設(shè)定
分瓶電機(jī)M2、M3按照一定的規(guī)律運(yùn)行，運(yùn)行的起始位和電機(jī)的停止位就要有一個(gè)參考位，在人機(jī)界面上，一般設(shè)定M2和M3相對(duì)于某一個(gè)參考點(diǎn)的位置，產(chǎn)品不同，包裝形式不同，其參考位不同，電機(jī)切換點(diǎn)不同。
3.6送切膜電機(jī)的控制
3.6.1送切膜電機(jī)的運(yùn)動(dòng)曲線

根據(jù)包裝工藝的要求，送切膜電機(jī)的運(yùn)行曲線如圖6所示，OA
段為托盤(pán)下壓膜的長(zhǎng)度，OA’為3x3瓶子移動(dòng)OA長(zhǎng)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行的脈沖數(shù)。AB段為裹膜和托盤(pán)后半部壓膜的長(zhǎng)度，送膜電機(jī)運(yùn)行的脈沖數(shù)，AB段運(yùn)行過(guò)程中，送膜速度比較快，保證導(dǎo)膜桿順利的把膜裹在包裝產(chǎn)品上。BC段為膜切斷后，將膜送到膜出口的長(zhǎng)度，送膜電機(jī)運(yùn)行的脈沖數(shù)，確保下次膜順利導(dǎo)出。送切膜電機(jī)作為主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的從機(jī)同步運(yùn)行，主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的脈沖數(shù)是送切膜電機(jī)運(yùn)行曲線的時(shí)間軸，OC’為一個(gè)送膜周期數(shù)，O點(diǎn)由PCC根據(jù)MT中的值確定，A’是高速送膜的起點(diǎn)，B’是高速送膜的終點(diǎn)，C’是送一個(gè)膜長(zhǎng)的終點(diǎn)。主驅(qū)動(dòng)電機(jī)和送膜電機(jī)以主從關(guān)系運(yùn)行，在一個(gè)送膜周期內(nèi)，主驅(qū)動(dòng)電機(jī)停，送膜電機(jī)跟隨主驅(qū)動(dòng)電機(jī)停，主驅(qū)動(dòng)電機(jī)開(kāi)，送膜電機(jī)跟隨主驅(qū)動(dòng)電機(jī)開(kāi)。
3.6.2送切膜電機(jī)的控制參數(shù)設(shè)置
送切膜電機(jī)的控制參數(shù)設(shè)置包括送膜位置參數(shù)、切刀定位參數(shù)
卷膜制動(dòng)參數(shù)的設(shè)置。這些參數(shù)的設(shè)定適合于所有包裝規(guī)格和品種的包裝形式。不同的包裝規(guī)格，送膜電機(jī)的運(yùn)行曲線不同。在人機(jī)界面上，設(shè)置送膜位置參數(shù)、切刀定位參數(shù)、卷膜制動(dòng)參數(shù)和包裝規(guī)格曲線參數(shù)的選擇。
4.結(jié)束語(yǔ)
熱收縮膜包裝機(jī)的電氣控制根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)的不同而不同，其控制方式差異比較大，由于雙通道熱收縮膜包裝機(jī)是在單通道熱收縮膜包裝機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，因此本文于作者在《包裝與食品機(jī)械》2002第5期發(fā)表的《熱收縮膜包裝機(jī)的電氣控制》一文有相同之處，但在控制上采用完全不同的控制系統(tǒng)，兩種控制方案各有特點(diǎn)，均為熱縮膜包裝機(jī)控制比較成熟的方案之一。為了保護(hù)生產(chǎn)廠和設(shè)計(jì)單位的技術(shù)權(quán)益，文中的參數(shù)作了技術(shù)處理。