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                  包裝生產線解決方案

                  啤酒產品薄膜包裝的實現


                  內容:

                  目前,各種品牌的啤酒爭先涌入市場,各個啤酒生產廠家為了搶占商機,也在不斷地提高啤酒的質量與產量。因此,更新原有舊的啤酒生產設備已成為啤酒生產廠家必須要考慮的因素。生產啤酒時,從開始的釀造、灌裝、殺菌到最后的貼標、包裝,每一個生產環節都關系著最后啤酒的產量。自動化程度要求較高使得包裝長久以來都是整個啤酒生產的一個薄弱環節。國外的熱收縮薄膜包裝機(以下簡稱膜包機)已經能夠很好地完成最后的啤酒包裝,如意大利DYMAC、SMI、OCME,德國的KRONES。由于國外的膜包機價格昂貴,國內的許多啤酒生產廠商都改用成本較為低廉的集體手工捆扎或者是簡單的機械手搬移作為啤酒裝箱方式,尤其以集體手工捆扎形式較多。這樣,前幾個環節生產出的瓶裝啤酒會大量擁積到最后,使得前幾個生產環節常常因最后遲緩的手工捆扎而減慢速度。此外,瓶裝啤酒的偶爾爆裂時常會傷及正在進行捆扎操作的工作人員。2002年6月我國在頒布的GB4927-2001啤酒新標準中明確規定,全面取締手工捆扎式包裝。在借鑒了國外膜包機的先進理念后,國內的幾個輕工機械廠家和其他的啤酒生產設備制造廠家也都根據市場的需求,陸續推出了國產的膜包機。

                  系統的配置與方案

                  在一般情況下,膜包機可以由主驅動、進瓶、分瓶、送紙板、送切膜和熱通道六個部分組成。按照不同的設計思想,各個廠家生產的膜包機的機械結構不盡相同,所選擇的可編程控制系統以及伺服控制系統也不一樣。以科時敏公司的膜包機為例,本文將介紹作為控制部分的貝加萊可編程控制(PCC)系統和伺服控制(ACOPOS)系統。

                  1.膜包機的硬件機構

                  擁有同步電子齒輪、電子凸輪的伺服控制系統早已經取代繁瑣的機械凸輪機構,可以比較容易地按照設計者的要求實現運動對象之間的同步關系。膜包機的幾個運動機構就是使用了伺服電機作為驅動軸,完成了從進瓶、送紙板到送切膜的任務。使用一臺伺服電機的主驅動會作為其他幾根軸的同步對象,所有的角度相位關系也都根據主驅動電機而定。圖1為五個電機在機器中的大致位置。

                   

                   

                  2.控制系統

                  使用貝加萊的伺服控制系統完全能夠滿足膜包機所有電機的基本運動控制和它們之間的同步運動控制。集成了包裝過程中的邏輯控制并帶有顯示功能的人機面板PP41,一方面可以通過參數的輸入給運動控制部分傳達命令以及運動特征參數,另一方面可以及時反饋當前機器的運行狀況和報警狀態。CAN總線具有強有力的錯誤檢測能力及差分驅動功能,在強噪聲十分苛刻的環境中仍運行良好。因此,在傳媒傳輸和線路設計方面,CAN總線可以很容易適合大多數應用場合。通過現場總線(CAN BUS),人機面板(PP41)和各個伺服控制器之間的通信變得十分可靠,尤其為伺服運動控制系統中的在線修改同步特征參數提供了保證 (圖2)。

                   

                   

                   

                  控制過程中的功能實現

                  ACOPOS SERVO在膜包機中要完成的任務是:驅動推瓶桿和挑膜桿、送紙板、送切膜和分瓶。其中發生同步關系的任務有送紙板、送膜和切膜。圖3示意了幾個軸之間的主從關系,箭頭左邊為主,右邊為從。送瓶電機雖然沒有參與同步,但是在分瓶過程中,它和壓板、擋板都是以主電機的相位角度作為依據,執行著相互關聯的啟停,共同完成分瓶任務。

                   

                   

                  1.白膜的送切

                  送膜和切膜是膜包機中最重要的環節,也是控制過程中最困難的部分,尤其是送膜。

                  白膜的送切還應該注意一個很重要的問題:不同裹包速度下的膜長控制。為了保證上膜后膜輥筒不再因為慣性而繼續出膜,都會在膜輥筒旁邊加上剎車裝置。受了剎車裝置的拉拽因素的影響,再加上上膜輥筒的摩擦因素,使得實際的膜長在不同的裹包速度下會有變化。換句話說就是如果上膜電機的一次上膜量不變,那么,隨著裹包速度的增加,實際的上膜長度會越來越短。因此,我們需要增加一個不同裹包速度的上膜補償量。

                  2.分瓶

                  分瓶控制在膜包機中,一直都是一個不可忽視的問題,分瓶裝置的分瓶好壞直接會影響后面的裹包速度,從而影響整個生產線的速度。目前,分瓶裝置也有兩種機構采用較多,一種是使用兩個電機軸,與主電機保持一快一慢的同步關系;另外一種是使用壓板、擋板和進瓶電機軸根據主電機的相位相互配合的啟停。第二種方式的分瓶裝置阻止了倒瓶現象,提高了分瓶速度。

                  3.入口進瓶與熱通道出瓶

                  除了送切膜和分瓶,入口進瓶與熱通道出瓶也不能降低控制要求。入口和熱通道分別都應該配置一個變頻器,平穩地控制進出瓶的輸送。根據工藝的要求,入口輸送帶與熱通道輸送帶的速度應該和主電機保持一個比例關系。這樣可以保證主電機、入口輸送、分瓶、熱通道輸送做到基本同步。入口輸送的快慢控制著瓶之間的松緊,從而對分瓶的好壞產生影響。熱通道輸送的快慢加上溫度的高低也會使裹包后的膜收縮程度不同。因此,前后輸送的同步配合也是一個需要考慮的因素。

                  彩膜送切的探討

                   白膜沒有位置的限制,可以從任何一個位置開始,只要保證每次送切的膜長一致就可以。相比之下,彩膜送切的位置與膜長所要求的精度高很多。除了薄膜長度以外,送切后彩膜的圖案對稱度也是一個檢驗的標準。一般地,印制出來的彩膜都會在兩段對稱圖案的后面留有一個空白段,是待切部分。每一個空白待切部分的薄膜邊緣都會有一個黑色的一小塊色標印記(Print)。利用一個光電傳感器可以在送膜過程中捕獲這一個印記,從而讓伺服控制器得到這個信息。工藝上要求,印記一旦被檢測到,上膜電機會完成一段位移,然后開始切膜。如果上膜電機一直以一定的速度運動,那么,切膜電機從檢測到印記與上膜電機同步到最后完成切膜應該是容易控制的。但是,上膜電機仍然需要和主電機保持同步,完成先慢后快的軌跡。當然,勻速送切彩膜方式可以用作第一次的手動校準。因此,在科時敏的膜包機中采用了一種動態控制上膜長度的方法來控制彩膜的送切,達到了一定的工藝要求。其實,彩膜的送切應該還有其他很好的方法值得研究,國外的先進經驗也是值得借鑒的。

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