电子凸轮一般被应用在消费品包装设备如VFFS/HFFS的热封动作;贴标机、纸包装类的横切、模切动作;以及一些水平灌装的灌装头连续动作中……这些都是电子凸轮技术的典型应用场景。本文主要介绍了贝加莱电子凸轮技术的技术特点和应用案例。

　　文/贝加莱工业自动化(中国)有限公司

　　每一台用于生产制造用途的机器，实际上，都可以被理解为一个个的局部单元构建起来的机电系统。通过状态协作起来的——这就是机器的模块化设计思想。而对于消费品包装(CPG)类设备，我们可以看到，它们其实都是由材料放卷、成型、裁切等动作完成的。

　　电子凸轮一般被应用在消费品包装设备如VFFS/HFFS的热封动作;贴标机、纸包装类的横切、模切动作;以及一些水平灌装的灌装头连续动作中……这些都是电子凸轮技术的典型应用场景。

　　电子凸轮其实就是把机械凸轮的运动轨迹转化为数字信号，由PLC来构造曲线，模拟机械凸轮的动作。电子凸轮之所以有“电子”二字，就是因为齿轮与齿轮间不产生机械的摩擦，不靠传统的传动装置进行力的传导，所以设备的寿命会长，同时控制精度也大幅提升。工程师可以通过软件方便快捷地调整参数优化参数—这就提高了机器的灵活性。并且，它还可以远程监控和诊断故障，有效提高生产效率，这些优点使得它在机械领域越来越广泛的被使用。

　　1 贝加莱电子凸轮优势

　　机器自动化领域常常提到三个字“稳、准、快”。对于设备机台来说，“稳”常常表现为机械振动小，噪音小等等，振动和噪音通常都来自电机，那对于电子凸轮来说，运动曲线越光滑，振动和噪音肯定就越小。贝加莱的自动化控制系统不仅能自动生成凸轮曲线，还可以对速度、加速度甚至加加速度等参数进行优化配置，使加速度曲线更加平滑，这样电流就不会过冲，机器运行地就会很稳定。

图1 更为灵活光滑的运动曲线

　　“准”，也就是准确性。上面我们提到，电子凸轮相较于机械凸轮省略了传动环节，所以更加准确。那如果我们把检测到的外部偏差也接入到伺服里，用伺服自带的偏差执行接口还可以实现动态补偿偏差的功能，这样设备就能切得更准、贴得更准、动得更准。

　　“快”，就是快速性，这也是贝加莱电子凸轮技术的核心之一!贝加莱的伺服驱动器循环周期可以低至50μs，开关频率可以达到40kHz，因此，在自动化控制系统中，我们可以把原本需要PLC完成的计算交给伺服驱动器，让它去计算、绘制凸轮曲线，同时伺服驱动器还能够去响应电机参数的实时变化，满足用户对于设备高动态、高可靠性、高精度的工艺要求。

　　这里需要说明一点，与传统PLC加驱动器实现电子凸轮裁切不同。采用贝加莱的ACOPOS系列伺服驱动器，进行电子凸轮裁切时，由于外接编码器可以被直接接入到伺服驱动器的第二个编码器接口，这使得跟随关系可以在驱动器内完成。而其它的PLC则将需要将这个外接编码器接入到I/O模块上被PLC的任务扫描。这带来的直接优势在于它可以获得更快的响应速度，而这意味着可以更高的精度裁切闭环。

图2 贝加莱电子凸轮裁切与传统PLC加外接编码器架构差别

　　(1)易用性

　　贝加莱的Automation Studio开发机器的应用项目，就像搭乐高积木是一样的，这其中一块积木就叫mapp Motion。在mapp Motion中，贝加莱的凸轮状态跳转可以直接通过填写表格的形式实现，不需要工程师一行一行地写代码，即使是初学者也可以在短时间内上手。当然了，如果想实现复杂度非常高的凸轮工艺，还是要使用自定义凸轮曲线，实现更为精准的控制。

　　(2)灵活性

　　贝加莱“站在巨人的肩膀上”：基于标准的PLCopen功能块开发了各种各样能实现各种功能的独占功能块，并且都封装成库。工程师可以像搭乐高积木一样灵活组装出自己的“作品”。

图3 PLCopen的CAM与贝加莱CAM模块

　　如图3所示，PLCopen的CAM模块MC_CamIn之上，贝加莱封装了自己的MC_BR_CamIn是对PLCopen的CAM模块的扩展封装，提供了更为强大的功能性输出能力。ReStart、Running、Standby、InCam等状态，符合PLCopen Motion中的状态机操作，更为灵活应用配置。

　　2 在CPG消费品包装场景的应用

　　在消费品包装领域，贝加莱的ACOPOS系列伺服系统的电子凸轮裁切被用在很多场景之中。

　　(1)电子凸轮裁切

　　在立式食品包装(VFFS)、水平包装(HFFS)、生活用纸的塑料薄膜包装等领域，拉料和热封动作是一组需要根据袋子的长度进行热封动作的领域。这些也包括对于纸张/纸盒等的裁切动作。

图4 电子凸轮裁切

　　如图4，在这电子凸轮的裁切/热封中，纸张与刀尖在同步区内相同的线速度，以获得裁切的稳定性。而在其它时间里，则会进行加减速，以进行下一个周期。它可以根据需要配置这个裁切尺寸的长度，而在非裁切时需要确保机械的最为光滑的过渡，以降低机械冲击。它可以实现的动作包括：

　　l 切割过程同步误差小;

　　l SPF自动同步技术;

　　l 无冲击切换仿型曲线;

　　l 支持非对称同步角切割(多于一把切刀);

　　l 切割参数在线调整;

　　l 惯量切刀系统可采用电流环前馈控制;

　　l 切割批次控制。

　　除此之外，也满足定长裁切、带色标切、累积误差处理等，以更符合裁切的场景应用。

　　(2)回转式贴标

　　在饮料灌装旋盖后，贴标机将会发挥作用，回转式贴标机可以达到1200-1800个/分钟的贴标速度，才能匹配72,000~108,000/小时的饮料灌装线速度。

图5 贴标的电子凸轮过程

　　有一些标签会需要贴在固定的位置，或者对于一些瓶型并非圆形的，那么它的贴标位置必须和射标紧密的匹配位置—才能确保最合适的贴标。这个时候，电子凸轮就有发挥之地。如图5所示，在一个电子旋转周期里，电子凸轮被划分为贴标区，回零、拍照起点等多个段。与这种贴标类似的也包括套标机的动作。

　　电子凸轮技术是机器最为常用的一种运动控制功能，它需要非常灵活的根据各种场景来进行配置，以获得更为快速、灵活的加工，让机器变得“又快又准”。