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基于禾川 Q1 PAC 的跟随式旋盖机总线解决方案

时间:2021-08-22 20:23:59来源:浙江禾川科技股份有限公司 袁练

导语:​旋盖机是将盖子与瓶装容器旋合在一起的机器,又称为封盖机、压盖机或者锁盖机。旋盖机广泛应用于食品饮料、日化封装、工业用品等领域,跟随式旋盖机是近年来兴起的一种新型智能设备,以优越的效率和可靠的品质闻名业界。跟随式旋盖机的核心工艺主要是输送带与旋盖头的高速高精度同步、旋盖伺服的转矩控制以及触发信号的执行精准度,而要实现这些核心功能主要通过运控系统的电子凸轮、探针与转矩控制功能实现。

      1 旋盖机简介

  随动式旋盖机主要分为来料分瓶、线宽及拧盖高度调整、追剪拧盖、输送线四部分。分瓶部分根据控制分瓶轴和理料输送线的速度差把来瓶分出所需要的间距;线宽及拧盖高度调整部分根据瓶径及瓶高的不同,自动调整线体宽及机架高度;追剪拧盖部分根据扭盖轴通过转矩模式,对传送带的来瓶实现不停歇拧盖作业;输送线主要是完成空瓶子的输送作用,承担起控制主轴角色,如图1所示。

  

双头跟随式旋盖机.png

  图 1 双头跟随式旋盖机

  2 跟随式旋盖机工作流程分析

  跟随式旋盖机的关键工艺是旋盖头跟随、旋盖力矩控制以及探瓶锁存。机器的工作流程是操作员启动机器,输送带带动已经灌料的瓶子,当旋盖进瓶检测传感器检测到瓶子, 伺服探针即刻锁存瓶子此时所在的输送带位置。当瓶子到达旋盖位时,机械爪将瓶盖从料斗取下下降套入瓶口,同时旋盖机座通过电子凸轮跟随输送带做同步运动,达到机械爪跟随瓶子做旋转拧盖运动,当旋盖伺服反馈的力矩到达设定拧紧力矩时,旋盖基座停止做跟随运动并与瓶盖脱离接触返回旋盖起始位,依次反复,如图2所示。

  

主从轴高精度同步电子凸轮实现方法.png

  图 2 主从轴高精度同步电子凸轮实现方法

  3 禾川跟随式旋盖机方案与机器核心工艺

  如图3所示,旋盖机的主要电气部分包括输送瓶子的输送带伺服、调节机台高度的整体升降伺服、实现旋盖头左右平移的跟随伺服、实现上下取盖的机械爪升降伺服、避免瓶子歪斜的夹带伺服以及完成主要目标功能的旋盖伺服。方案主要通过禾川Q1 PAC与X3EB总线伺服实现,Q1 PAC是一种多功能总线型控制器,支持支持 EtherCAT、CANopen、Modbus RTU、 ModbusTCP多种通信协议, 本体自带16对高速脉冲IO,可用于编码器高速输入、步进、脉冲伺服的控制。

  

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  图 3 禾川跟随式旋盖机电气拓扑

  机器的核心工艺主要是通过旋盖头跟随输送带、抓取入瓶信号以及实现主要功能的旋盖力矩控制。抓取入瓶信号采用伺服探针功能实现,采用伺服探针的原因是PLC与伺服通信有扫描周期,如用PLC输入点作为检瓶信号会有位置延迟,用伺服探针则是外部检瓶信号直接反馈到伺服,形成高速锁存,反馈的位置数据更精准。X3E伺服驱动器指定DI8(P04.08)、DI9(P04.09)作为探针1和探针2的输入DI,启用伺服的方法是将进瓶传感器器接至X3EB总线伺服的DI8、DI9引脚。再把伺服面板的也就是将P04.08 设置为 39, P04.09 设置为 40,并通过Codesys设置探针功能(60B8h) 和探针状态字(60B9h),操作功能块如下图4所示。

  

探针锁存功能实现.png

  图 4 探针锁存功能实现

  力矩功能需要设置伺服模式,主要实现方法是通过如下图5所示,功能块1是设置力矩模式,功能块2是设置拧紧力矩值,当旋盖实际力矩达到设定力矩,旋盖头与瓶盖脱离接触,进入下一次动作。

  

力矩控制功能实现.png

  图 5 力矩控制功能实现

  4 旋盖机系统设计功能

  整个系统的功能主要包括手动模式和自动模式,各个模式呈模块化显现,相互独立且互不干扰,机器根据设定在几种模式下进行逻辑切换。这种设计方法保证了机器的稳定运行和避免误操作。机器上电后,处于手动模式,此时可 以调节各设置参数与逻辑条件,设定好相关参数后,按下启动系统进入自动工作模式。对于旋盖机来说一般要设置的开放参数是拧紧力矩值、机台高度、输送带速度等参数,简捷明了,易于终端操作,同时调试好的参数可灵活保存到配方,以便生产调用。当出现伺服报警、超限等异常情况时,机器立即急停报警,并在触摸屏上显示报警原因,提醒操作者排查,如图6所示。

   旋盖机人机操作界面.png

  图 6 旋盖机人机操作界面

  5 结语

  旋盖机的高速高精度是通过伺服电机实现,伺服电机是智能制造的肌肉,而随着智能制造的的不断发展以及装备制造的智能化升级,总线伺服的市场需求越来越大,因为相对于传统脉冲伺服,总线伺服主要有如下优势:接线简化,节约线材成本,减少布线时间,减小出错机;具备故障自诊断特性,可以准确定位错误点,可在人机界面中显示,维护、检修更便捷;方便调试,可通过主控界面直接调整伺服参数;可灵活实现远距离控制;传输精度高、可靠性高,抗干扰能力更强。

禾川跟随式旋盖机电气拓扑.png

标签: 伺服系统人机界面

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