双通道热缩膜包装的特点及电气控制

摘要：本文简述了双通道热缩膜包装机的特点，工艺过程和控制特点， 3.6-4万啤酒饮料包装生产线后期包装的解决方案，论述了CANbus总线和伺服电机驱动系统在双通道热缩膜包装机中的典型应用，包装周期在控制过程中的 作用。
关键词：总线；包装周期；双通道；热缩膜
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
为了解决啤酒、饮料的后期包装，热收缩膜包装形式的经济、安全可靠、便于区域运输销售等优势，被国内啤酒、饮料行业普遍采用。国产热缩膜包装机已广泛应用于国内啤酒、饮料厂的2万瓶/小时以下的生产包装线，取得了明显的经济效益和社会效益，进口热缩膜包装机性价比已无优势。为了解决3.6万瓶~4万瓶/小时大型啤酒、饮料包装线的后期包装，由西安华盛包装技术研究所设计，宝鸡新科机械有限公司制造，联合推出了双通道热缩膜包装机，2003年9月的北京展览会上一亮相，就引起了啤酒、饮料生产厂的重视，成为这次展览会国产设备的亮点。
1 3.6~4万瓶/小时啤酒、饮料热缩包装的解决方案
1.1方案1
国内现有及进口的热缩膜包装机的包装能力大部分为45包/分钟，仅能满足低于2.4万瓶/小时的包装生产线。解决3.6~4万瓶/小时包装线的热缩包装，采用2条45包/分钟的热收缩包装机并行使用，其缺点是包装线后端改造费用高，能耗大，一条生产线两班包装操作人员，加大了后期包装成本。是解决后期包装的全谊之计，不是最佳方案。
1.2方案2
采用1台45包/分钟的热缩膜包装机加纸箱包装等，优点是增加了包装形式，纸箱包装适合于长途运输，包装档次比较高；缺点是纸箱包装采用人工包装，生产安全不能保证，此方案不可取。纸箱包装采用自动包装增加包装后端的设备投入和技改费用，同时纸箱包装的成本高于热缩膜包装的成本，是解决3.6~4万瓶/小时包装生产线的方案之一。
1.3方案3
啤酒饮料销售特点区域性比较强，面对的是普通消费者，因此采用热缩膜包装是一种最经济实惠的包装形式，特别是解决了困扰啤酒厂多年的爆瓶问题，缓解了生产和消费过程中安全问题。为克服方案1、2中的缺点，采用双通道热缩膜包装机配套3.6~4万瓶/小时包装生产线，其优点是包装后端设备改造费用低，略高于单通道热缩膜包装机，操作人员不增加，设备能耗等同于1台单通道热缩膜包装机，是解决3.6-4万萍/小时啤酒饮料包装生产线的包装最佳方案。
2 双通道热缩膜包装机的特点
2.1双通道热缩膜包装机的优点
高产量是双通道热缩膜包装机的最大优势，填补了国内3.6~4万瓶/小时啤酒饮料包装生产线的热缩膜包装，每分钟70~80包完全满足了国内现有的3.6万瓶/小时以上的包装生产线。
运行平稳，由于采用双通道技术，单位时间内分瓶次数相对减少，使传动系统更加平稳、可靠，减少倒瓶故障率。
低能耗运行，为啤酒饮料厂减少了生产包装成本，双通道热缩膜包装机在热缩机通道上作了技术改进，双通道热缩机同单通道热缩机加热功率相同，包装产量提高1倍。
产品的多品种、多规格包装是双包式热收缩膜包装机在包装技术上的一大改进，出厂时可为用户提供不同规格、不同包装形式的运行参数，满足用户的包装和品种的多样性。
2.2双通道/单通道热收缩膜包装机的技术参数比较
单通道 双通道
生产能力 45包/分钟 80包/分钟
电机功率 19KW 22KW
包装规格 任选 任选
加热功率 58KW 65KW
托盘 有 有
外形尺寸 11850X1610X2200 12850X1610X2200
机器重量 4900kg 5200kg
3 双通道热缩膜包装机的控制特点
3.1双通道热缩膜包装机的包装工艺
双通道热缩膜包装机主要是由瓶整理输送、瓶分组、瓶分列（分成两组）、取纸板（托盘）、推瓶、膜一分为二、送切膜、裹膜、热收缩包装产品的输送等组成，其包装工艺过程如图1所示。

图1热收缩膜包装机的包装工艺流程图
图中瓶整理输送电机M1变频调速控制完成控制，为了降低控制成本、提高自动化程度，采用PLC模拟量输出（4~20mA电流），调整输瓶速度。分瓶由1号分瓶伺服电机M2和2号分瓶伺服电机M3及主驱动电机M4完成控制。取送纸板、瓶分列、推瓶、裹膜由主驱动电机M4完成控制。送切膜是由伺服电机M5完成。热缩是由热缩系统完成，包装产品传送是由传送电机M6完成，控制原理通M1电机。
3.2双通道热缩膜包装机的控制系统组成
双通道热缩膜包装的控制系统是由B&R的2003PCC和检测元件、人机界面、伺服电机驱动系统等组成。2003PCC与人机界面，伺服电机驱动器通过CAN bus进行控制，如图2所示。
伺服电机M2、M3、M4、M5主从关系同步运行，主驱动电机M4作为主电机，其它M2、M3、M5电机作为从电机，通过CAN bus

与主电机同步运行，M2、M3、M5电机同时又以自身的运动曲线进行运行。
3.3机器运行位置的检测和包装周期
在伺服控制中，伺服电机装有旋转编码器，根据旋转编码器的反馈信号，伺服控制器对伺服电机进行闭环控制，旋转编码器比较经济的选择是增量型编码器，它与电机转速成正比的频率产生脉冲，伺服控制器对脉冲计数，以便进行控制。通过CAN bus总线，伺服控制器将所计数传送到PCC（存放在MT中）中，MT的数值就反映出机器的运行位置。
在包装过程中，推瓶杆推出一组瓶子完成一个包装，在推瓶杆经过处安装一个检测开关B1，利用B1对MT复位，MT的数值周期性变化，MT中的数据就反映出包装周期内的位置数据。在每一个包装周期内，取纸板、放纸板、送切膜、分瓶等，同MT有一一对应的数据关系，根据一一对应的数据对机器的每一个动作进行控制。
3.4取纸板（托盘）的控制
在啤酒的热缩膜包装中，要求带托盘的包装。双通道热缩膜包装机中，采用双通道送纸板机构，利用同一控制信号进行同步控制。
取纸板的原理是通过高速气流产生微真空（真空发生器），进行吸纸板。如果产品通过，B2检测到信号，根据MT中的数据，判断吸盘到达放纸板处，开电磁阀Y1产生真空吸纸板，根据MT中的数据，判断到达释放纸板的位置，关电磁阀Y1，开电磁阀Y2破坏真空，释放纸板，其控制时序图如图3所示。

图3 取纸板控制时序图
系统在控制中，对取送纸板进行了检测控制，如果检测倒分瓶组，没有检测到所取纸板停机，手工补好纸板后方可开机。
3.5分瓶电机的控制
3.5.1分瓶原理
在热收缩膜包装机中，包装段的瓶传送通过主驱动电机传送，分瓶是将排列紧密的瓶子分成3x6或其它组合的瓶子组。其分瓶原理如图4所示，两个分瓶电机的传送链上，分别装有等距离的两组挡瓶爪，两个电机快慢交替运行，将排列整齐的瓶子成3x6瓶组，经过分列机构，将瓶子分成二组3x3瓶组，通过主驱动电机传送到下一个工位。
3.5.2分瓶电机的控制
从分瓶的原理可以看出，分瓶电机M2、M3有规律的交替快慢

运行。其特点示以主驱动M4电机脉冲数作为同步信号（X方向），M2、M3电机自身的脉冲数（Y方向），按照如图5的运动曲线进行运行，即M4运行作为主电机，M2、M3电机作为从电机按照特定的曲线同步运行，M2、M3电机只有在M4电机运行的情况下运行。

图5 分瓶电机M2、M3运行曲线图
3.5.3分瓶电机同步位参数的设定
分瓶电机M2、M3按照一定的规律运行，运行的起始位和电机的停止位就要有一个参考位，在人机界面上，一般设定M2和M3相对于某一个参考点的位置，产品不同，包装形式不同，其参考位不同，电机切换点不同。
3.6送切膜电机的控制
3.6.1送切膜电机的运动曲线

根据包装工艺的要求，送切膜电机的运行曲线如图6所示，OA
段为托盘下压膜的长度，OA’为3x3瓶子移动OA长主驱动电机运行的脉冲数。AB段为裹膜和托盘后半部压膜的长度，送膜电机运行的脉冲数，AB段运行过程中，送膜速度比较快，保证导膜杆顺利的把膜裹在包装产品上。BC段为膜切断后，将膜送到膜出口的长度，送膜电机运行的脉冲数，确保下次膜顺利导出。送切膜电机作为主驱动电机的从机同步运行，主驱动电机的脉冲数是送切膜电机运行曲线的时间轴，OC’为一个送膜周期数，O点由PCC根据MT中的值确定，A’是高速送膜的起点，B’是高速送膜的终点，C’是送一个膜长的终点。主驱动电机和送膜电机以主从关系运行，在一个送膜周期内，主驱动电机停，送膜电机跟随主驱动电机停，主驱动电机开，送膜电机跟随主驱动电机开。
3.6.2送切膜电机的控制参数设置
送切膜电机的控制参数设置包括送膜位置参数、切刀定位参数
卷膜制动参数的设置。这些参数的设定适合于所有包装规格和品种的包装形式。不同的包装规格，送膜电机的运行曲线不同。在人机界面上，设置送膜位置参数、切刀定位参数、卷膜制动参数和包装规格曲线参数的选择。
4.结束语
热收缩膜包装机的电气控制根据机械结构的不同而不同，其控制方式差异比较大，由于双通道热收缩膜包装机是在单通道热收缩膜包装机的基础上设计的，因此本文于作者在《包装与食品机械》2002第5期发表的《热收缩膜包装机的电气控制》一文有相同之处，但在控制上采用完全不同的控制系统，两种控制方案各有特点，均为热缩膜包装机控制比较成熟的方案之一。为了保护生产厂和设计单位的技术权益，文中的参数作了技术处理。