西门子纸袋包装机控制系统解决方案

文:西门子数字化工业2023年第二期

       随着人们环保意识的提升以及国家限塑令的颁布,不仅 在咖啡行业,纸袋消费逐渐取代塑料包装,被应用在越来越 多的消费场景下,如商超购物和外卖快餐等。

  根据资料显示,2021年全球纸袋机市场规模大约为50亿 元(人民币),预计2028年将达到86亿元。目前欧洲是全球 最大的纸袋机市场,但相信在不久的将来,中国将成为全球 最大的纸袋机市场。

  1 小纸袋,大学问

  纸袋虽然普通,但有着非常细致的分类,按日常用途,一般 可分为购物袋、干果袋、服装袋、休闲食品袋、面包袋、呕吐袋、 垃圾袋等;按照制作工艺,一般可分为单张礼盒袋、尖底纸袋、无 绳方底纸袋、有绳手提纸袋等。

  如此繁多的种类,为纸袋包装机厂商带来许多挑战:

  (1)柔性化差

  个性化纸袋愈发受到消费者青睐,小批量、多品种的订单越 来越多。这就要求纸袋机具备方便换型、“一键”变规格、集成多 种袋型生产单元等柔性化生产功能。

  (2)前后端自动化程度低

  纸袋包装行业的高速发展,导致了行业内高技术操作人员的 短缺,同时,纸袋机前端换料、后端纸袋包装、检测、打包等环节 目前还严重依赖人工,导致纸袋生产商成本居高不下。因此,纸袋 机自动化程度迫切需要进一步提高,做到简单易用,维护方便。

  (3)材料浪费严重

  纸袋生产商要求尽可能减少原材料的浪费,因此纸袋机在生 产带色标的纸袋时需要在最短的时间内完成稳定的色标纠偏,将试 运行纸袋(无效纸袋)数量尽量减少,从而提升纸张利用率,降低 生产成本。

  (4)设备投入市场时间长

  在进行技术升级、开发新样机过程中, 纸袋机OEM需要纸袋 机解决方案提供方能够支持他们完成精准选型、快速样机验证及程

  序开发等,尽可能缩短新设备投入市场的时间。

  2 纸袋机如何生产纸袋

  纸袋机主要分为带手把纸袋机和无绳纸袋机。

  全自动带手把方底纸袋机主要由手挽机、贴把机、和主机等 三部分组成,其中手挽机将成卷圆绳和贴片卷筒纸制成手把,通过 一系列的输送装置将成型的手把送到贴把工位。

  贴把工位将原色或印刷好的卷筒纸进行贴片位点断、贴片位 涂胶、自动粘贴手把,再由主机将贴有手把的纸张进行涂边胶、成 型纸筒、底部压痕、切断牵引、切刀切断、折底成型并输送出袋, 整个制袋过程可一次性完成。

  具体工艺流程可参考图1所示。

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图 1 全自动带手把方底纸袋机工艺流程图

  其中主机工艺流程中的步骤三和步骤五最容易产生材料浪 费,同时也是小批量,多品种纸袋的关键转换节点。在图中没有被 展现的前端和后端步骤,例如上料还有打包目前对人工的依赖程度 普遍还比较严重,自动化程度低。

  而不论是主机,手挽机还是贴把机,每一个工艺步骤在正式 投入生产或者技术升级之前都需要经历设备调试,而这往往需要耗 费大量的人工和时间。

  全自动无绳方底纸袋机相比带手把方底纸袋机少了手挽和贴 把部分,机械机构和工艺流程更简单,生产效率更高,主机部分的 功能及工艺实现和带手把方底纸袋中的主机是一样的。

  在机械设备中,控制系统是不可缺少的一部分,那么纸袋机 设备的核心技术有哪些呢?

       3 纸袋机设备三大核心技术

  (1)不停机切换袋长,提高生产效率

  纸袋机的切断工艺是一种典型的横切应用,如图2所示, 针对无标原纸,通过规划2条运动凸轮曲线,在生产加工运行 中,当检测到纸袋长度变化后,即开始进行新规格切刀运行曲 线的规划和切换,避免了降速或停机,从而提高了生产效率。

切刀

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图 2 纸袋机的切断工艺是一种典型的横切应用

  (2)开发多种追标方式,提高调试效率

  针对有色标的原纸生产,需要在色标处进行切断作业,即 当色标到达切刀正下方时,刀也要到达切断处,为了实现这一 需求,在高速探针传感器检测到色标时,控制系统需要进行运 算并控制刀轴进行对应相位的调整。为了满足不同用户的操作 习惯和减少材料浪费,纸袋机解决方案提供方需要开发多种追 标算法,提高不同原纸的调试效率。

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图 3 有色标原纸的追标与切断

  (3)迭代升级,提高柔性化

  随着消费升级和大众审美的提升,纸袋机设备机械和工艺 也需迭代升级,针对需要增加印刷单元、自动对版和自动上下 料等柔性化需求,纸袋机解决方案提供方需要提供丰富的软硬 件产品,以满足用户的多样化和柔性化需求。

  4 小结

  面对不断进化的市场和越来越多样以及严苛的客户需求, 纸袋包装机的解决方案也需要快速革新,做到与时俱进。作为 制造行业的引领者,西门子以专业而丰富的技术能力,赋予纸 袋包装机强大的性能优势,并在汹涌浪潮中拔得头筹。

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