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摘要：一次性杯、碗、盤、碟等塑料包裝制品正廣泛應(yīng)用于飲料、食品、蔬菜、水果以及工業(yè)制品領(lǐng)域。隨著需求的不斷增長，各種包裝制品用量逐年增加，同時對其生產(chǎn)設(shè)備的需求日益提高，吸塑成型機(jī)市場前景看好。

關(guān)鍵字：熱成型機(jī) 包裝制品 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 矩陣式加熱 定位曲線 運(yùn)動控制 力矩限幅 PackML功能模板

1 前言

隨 著技術(shù)的革新，成型設(shè)備不斷更新?lián)Q代，傳統(tǒng)的液壓型吸塑機(jī)已經(jīng)無法滿足市場的需求，自動化程度更高的伺服系統(tǒng)正逐漸取而代之，熱成型技術(shù)的不斷發(fā)展使其應(yīng) 用領(lǐng)域日趨廣泛，各個設(shè)備供應(yīng)商針對客戶一機(jī)多用、高靈活性等需要不斷推出新產(chǎn)品。在激烈的市場競爭下，為幫助用戶更加有效地利用資源從而降低成本提高效 益，必須不斷改進(jìn)控制系統(tǒng)，使之能夠出色地完成用戶的各項(xiàng)需求，通過提升機(jī)械設(shè)備的自動化程度，充分利用原材料，降低生產(chǎn)成本，減少維護(hù)時間，進(jìn)而幫助用 戶提升市場競爭力，共同贏得長久穩(wěn)定的客戶群體。Lenze產(chǎn)品以優(yōu)異的性能、高精確度、高運(yùn)行可靠度，甚至可客戶定制化等特點(diǎn)出色地滿足了此類設(shè)備的各 項(xiàng)要求。

2 多工位成型機(jī)的結(jié)構(gòu)

目 前，熱成型機(jī)的控制系統(tǒng)一般采用日系和歐系品牌，日系主要為安川系統(tǒng)，歐系則有Lenze倫茨、B&R貝加萊、SIEMENS西門子。熱成型設(shè)備 的制造工藝不斷提高，機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)速度逐漸加快；在片材加熱溫度、模具規(guī)格、壓合時間等常規(guī)條件下均衡對比，國內(nèi)生產(chǎn)的設(shè)備其穩(wěn)定工作速度不超過40模 /分鐘，臺灣設(shè)備基本超過國內(nèi)，歐洲進(jìn)口的設(shè)備可達(dá)60模/分鐘甚至更高，如何提升設(shè)備產(chǎn)能已經(jīng)成為競爭制勝的必要手段，目前采用Lenze控制系統(tǒng)的熱 成型機(jī)已達(dá)到進(jìn)口設(shè)備的生產(chǎn)速度，其工作穩(wěn)定、運(yùn)行平穩(wěn)的特點(diǎn)成功地幫助客戶打開了海外市場。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，各項(xiàng)功能必將日臻完善。

生產(chǎn)工藝：

圖1多工位成型機(jī)工藝流程

3 Lenze產(chǎn)品簡介

Lenze 是業(yè)界最具創(chuàng)新性的企業(yè)之一，以驅(qū)動和自動化為核心競爭力，設(shè)備采用3200C運(yùn)動控制器組態(tài)i700系列伺服驅(qū)動器構(gòu)建多軸系統(tǒng)，標(biāo)配EtherCAT 運(yùn)動總線，采用再生能量單元或者功率模塊連接制動電阻的形式來處理能量回饋，保證了設(shè)備的安全可靠。模臺定位功能采用Lenze 8400motec變頻一體機(jī)，通過上位機(jī)的CANOpen接口建立通訊，控制各個站的工作運(yùn)行，加熱系統(tǒng)采用PROFIBUS接口通訊控制西門子 HCS716I溫度控制器，優(yōu)化的程序算法使溫控系統(tǒng)更加快速、精確。

3.1 3200C運(yùn)動控制器

最 小1毫秒的執(zhí)行周期，支持CANOpen、EtherCAT、Profibus等標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，組態(tài)分布式IO系統(tǒng)，多種模塊組合控制設(shè)備的運(yùn)行，最新的 PLC Designer3.8版編程軟件，完成了機(jī)器的模擬、組態(tài)、編程及監(jiān)控等各項(xiàng)功能，標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3的編程規(guī)范降低了使用者的入門難度，只需熟 悉常規(guī)編程技巧即可靈活應(yīng)用，極大縮減了程序的開發(fā)周期。

3.2 i700伺服驅(qū)動器

伺服本身提供EtherCAT標(biāo)準(zhǔn)總線接口，設(shè)備順次連接后自動掃描即可檢測到每一個工作站，無需繁瑣的硬件撥碼設(shè)置，有效地減少了硬件排錯時間，提供旋轉(zhuǎn)變壓器和編碼器兩種伺服電機(jī)的反饋接口，用戶可自行選擇，充分體現(xiàn)了Lenze伺服靈活易用的特點(diǎn)。

3.3 MCA異步伺服電機(jī)

此設(shè)備采用Lenze 的MCA異步伺服電機(jī)，旋轉(zhuǎn)變壓器的反饋，配置GKS、GFL標(biāo)準(zhǔn)減速器使機(jī)電產(chǎn)品合理配合，充分發(fā)揮了系統(tǒng)性能，有效地降低了運(yùn)行噪音并使之運(yùn)行平穩(wěn)，機(jī)械抱閘確保設(shè)備的正常工作或突發(fā)斷電時工作臺的安全可控。

4 Lenze i700多軸系統(tǒng)解決方案

Lenze 可提供整套系統(tǒng)解決方案，以四工位高速成型機(jī)為例，系統(tǒng)以3200C運(yùn)動控制器為核心，組態(tài)8臺i700伺服控制器驅(qū)動MCA電機(jī)，完成片材的送料、成 型、沖孔、裁剪及堆疊等功能。采用Lenze標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動控制功能，完成各個軸的抱閘、回零、定位及運(yùn)動曲線控制功能，減少了系統(tǒng)的開發(fā)周期并提高了重復(fù)利用 率。
控制程序和設(shè)備的參數(shù)全部存儲在3200C標(biāo)配的存儲卡內(nèi)，即使發(fā)生了故障，只需備份卡內(nèi)數(shù)據(jù)，待更換新的控制器后插卡上電，控制器即會自動 裝載數(shù)據(jù)并運(yùn)行程序，通過狀態(tài)指示燈即可判斷PLC的運(yùn)行狀態(tài)，極大地提高了設(shè)備的升級及維護(hù)效率。高度集成的程序設(shè)計(jì)軟件PLC Designer可完成整個項(xiàng)目的組態(tài)、調(diào)試工作，讓各個軸的操作及運(yùn)行數(shù)據(jù)變得一目了然，同時控制器也具備Web遠(yuǎn)程協(xié)議功能，只需搭建互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問 終端即可實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的實(shí)時監(jiān)控，方便設(shè)備制造商隨時掌握設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

成型機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示：

圖2多工位成型機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)

5 技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)
    1. 運(yùn)動控制器3200C，搭載Intel® Atom™ 1.6G高速處理器，集成邏輯、運(yùn)動控制功能，分級存儲區(qū)域用來裝載人機(jī)界面程序，摒棄了傳統(tǒng)的總線通訊方式，加快了交互處理速度，縮減了人機(jī)界面的響應(yīng)時間。
    2. 進(jìn)線電源經(jīng)過濾波確保了其穩(wěn)定性，i700軸模塊的對稱安裝方式確保可更加有效地利用該母線電壓，功率單元配置制動電阻，在負(fù)載頻繁的往復(fù)運(yùn)行中有效轉(zhuǎn)化 剩余能量，從而消除了對設(shè)備的回饋沖擊，提升了使用壽命；通過提高扭矩限幅顯著地提升了帶載能力，使驅(qū)動單元的性能發(fā)揮到極致。優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)可最大限度 地利用系統(tǒng)資源。
    3. 通過分析機(jī)械結(jié)構(gòu)，建立曲柄搖桿負(fù)載結(jié)構(gòu)的幾何模型，得到軸的運(yùn)行角度與模臺升降的位置對應(yīng)關(guān)系，建立數(shù)學(xué)模型生成運(yùn)行曲線，得到機(jī)械運(yùn)行的參數(shù)最優(yōu)值，更加充分地發(fā)揮了伺服的性能。
    4. 在人機(jī)界面的前置接口，使用普通U盤即可備份系統(tǒng)數(shù)據(jù)，使維護(hù)變得極為簡單。

6 發(fā)展趨勢

隨 著人們環(huán)保意識的提高，可降解片材必將逐步取代傳統(tǒng)的樹脂材料，那么必須全面改進(jìn)設(shè)備以適應(yīng)新材的各項(xiàng)特性，在提升用戶市場競爭力的同時也改善了我們的生 存環(huán)境，目前可降解材料已經(jīng)成功推向包裝市場，不久即將得到廣泛的應(yīng)用，在可預(yù)期的未來納米片材或?qū)V泛應(yīng)用于包裝領(lǐng)域。

Lenze 3200C控制器通過DP主站接口組態(tài)西門子HCS716I從站，設(shè)置溫控標(biāo)準(zhǔn)時間基值，優(yōu)化算法后提升了加熱系統(tǒng)的前饋環(huán)節(jié)，在15分鐘以內(nèi)即可加熱到 預(yù)定溫度，穩(wěn)定后的溫度波動在±0.5度以內(nèi)，滿足用戶的需求且在同類設(shè)備中處于領(lǐng)先水平。在后續(xù)的升級過程中用戶可采用紅外加熱方式，片材的受熱將更加 均勻，產(chǎn)品品質(zhì)將得到提升。隨著系統(tǒng)的升級，Lenze也在積極開發(fā)新的工程應(yīng)用系統(tǒng)，在后續(xù)的調(diào)試中將采用新的運(yùn)動控制PackML功能來實(shí)現(xiàn)，可極大 縮短新設(shè)備的運(yùn)動控制部分的開發(fā)周期，顯著提高設(shè)計(jì)人員的工作效率。