電子凸輪一般被應(yīng)用在消費(fèi)品包裝設(shè)備如VFFS/HFFS的熱封動(dòng)作;貼標(biāo)機(jī)、紙包裝類的橫切、模切動(dòng)作;以及一些水平灌裝的灌裝頭連續(xù)動(dòng)作中……這些都是電子凸輪技術(shù)的典型應(yīng)用場(chǎng)景。本文主要介紹了貝加萊電子凸輪技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用案例。

　　文/貝加萊工業(yè)自動(dòng)化(中國(guó))有限公司

　　每一臺(tái)用于生產(chǎn)制造用途的機(jī)器，實(shí)際上，都可以被理解為一個(gè)個(gè)的局部單元構(gòu)建起來的機(jī)電系統(tǒng)。通過狀態(tài)協(xié)作起來的——這就是機(jī)器的模塊化設(shè)計(jì)思想。而對(duì)于消費(fèi)品包裝(CPG)類設(shè)備，我們可以看到，它們其實(shí)都是由材料放卷、成型、裁切等動(dòng)作完成的。

　　電子凸輪一般被應(yīng)用在消費(fèi)品包裝設(shè)備如VFFS/HFFS的熱封動(dòng)作;貼標(biāo)機(jī)、紙包裝類的橫切、模切動(dòng)作;以及一些水平灌裝的灌裝頭連續(xù)動(dòng)作中……這些都是電子凸輪技術(shù)的典型應(yīng)用場(chǎng)景。

　　電子凸輪其實(shí)就是把機(jī)械凸輪的運(yùn)動(dòng)軌跡轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，由PLC來構(gòu)造曲線，模擬機(jī)械凸輪的動(dòng)作。電子凸輪之所以有“電子”二字，就是因?yàn)辇X輪與齒輪間不產(chǎn)生機(jī)械的摩擦，不靠傳統(tǒng)的傳動(dòng)裝置進(jìn)行力的傳導(dǎo)，所以設(shè)備的壽命會(huì)長(zhǎng)，同時(shí)控制精度也大幅提升。工程師可以通過軟件方便快捷地調(diào)整參數(shù)優(yōu)化參數(shù)—這就提高了機(jī)器的靈活性。并且，它還可以遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷故障，有效提高生產(chǎn)效率，這些優(yōu)點(diǎn)使得它在機(jī)械領(lǐng)域越來越廣泛的被使用。

　　1 貝加萊電子凸輪優(yōu)勢(shì)

　　機(jī)器自動(dòng)化領(lǐng)域常常提到三個(gè)字“穩(wěn)、準(zhǔn)、快”。對(duì)于設(shè)備機(jī)臺(tái)來說，“穩(wěn)”常常表現(xiàn)為機(jī)械振動(dòng)小，噪音小等等，振動(dòng)和噪音通常都來自電機(jī)，那對(duì)于電子凸輪來說，運(yùn)動(dòng)曲線越光滑，振動(dòng)和噪音肯定就越小。貝加萊的自動(dòng)化控制系統(tǒng)不僅能自動(dòng)生成凸輪曲線，還可以對(duì)速度、加速度甚至加加速度等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化配置，使加速度曲線更加平滑，這樣電流就不會(huì)過沖，機(jī)器運(yùn)行地就會(huì)很穩(wěn)定。

圖1 更為靈活光滑的運(yùn)動(dòng)曲線

　　“準(zhǔn)”，也就是準(zhǔn)確性。上面我們提到，電子凸輪相較于機(jī)械凸輪省略了傳動(dòng)環(huán)節(jié)，所以更加準(zhǔn)確。那如果我們把檢測(cè)到的外部偏差也接入到伺服里，用伺服自帶的偏差執(zhí)行接口還可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償偏差的功能，這樣設(shè)備就能切得更準(zhǔn)、貼得更準(zhǔn)、動(dòng)得更準(zhǔn)。

　　“快”，就是快速性，這也是貝加萊電子凸輪技術(shù)的核心之一!貝加萊的伺服驅(qū)動(dòng)器循環(huán)周期可以低至50μs，開關(guān)頻率可以達(dá)到40kHz，因此，在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，我們可以把原本需要PLC完成的計(jì)算交給伺服驅(qū)動(dòng)器，讓它去計(jì)算、繪制凸輪曲線，同時(shí)伺服驅(qū)動(dòng)器還能夠去響應(yīng)電機(jī)參數(shù)的實(shí)時(shí)變化，滿足用戶對(duì)于設(shè)備高動(dòng)態(tài)、高可靠性、高精度的工藝要求。

　　這里需要說明一點(diǎn)，與傳統(tǒng)PLC加驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)電子凸輪裁切不同。采用貝加萊的ACOPOS系列伺服驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)行電子凸輪裁切時(shí)，由于外接編碼器可以被直接接入到伺服驅(qū)動(dòng)器的第二個(gè)編碼器接口，這使得跟隨關(guān)系可以在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)完成。而其它的PLC則將需要將這個(gè)外接編碼器接入到I/O模塊上被PLC的任務(wù)掃描。這帶來的直接優(yōu)勢(shì)在于它可以獲得更快的響應(yīng)速度，而這意味著可以更高的精度裁切閉環(huán)。

圖2 貝加萊電子凸輪裁切與傳統(tǒng)PLC加外接編碼器架構(gòu)差別

　　(1)易用性

　　貝加萊的Automation Studio開發(fā)機(jī)器的應(yīng)用項(xiàng)目，就像搭樂高積木是一樣的，這其中一塊積木就叫mapp Motion。在mapp Motion中，貝加萊的凸輪狀態(tài)跳轉(zhuǎn)可以直接通過填寫表格的形式實(shí)現(xiàn)，不需要工程師一行一行地寫代碼，即使是初學(xué)者也可以在短時(shí)間內(nèi)上手。當(dāng)然了，如果想實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度非常高的凸輪工藝，還是要使用自定義凸輪曲線，實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)的控制。

　　(2)靈活性

　　貝加萊“站在巨人的肩膀上”：基于標(biāo)準(zhǔn)的PLCopen功能塊開發(fā)了各種各樣能實(shí)現(xiàn)各種功能的獨(dú)占功能塊，并且都封裝成庫(kù)。工程師可以像搭樂高積木一樣靈活組裝出自己的“作品”。

圖3 PLCopen的CAM與貝加萊CAM模塊

　　如圖3所示，PLCopen的CAM模塊MC_CamIn之上，貝加萊封裝了自己的MC_BR_CamIn是對(duì)PLCopen的CAM模塊的擴(kuò)展封裝，提供了更為強(qiáng)大的功能性輸出能力。ReStart、Running、Standby、InCam等狀態(tài)，符合PLCopen Motion中的狀態(tài)機(jī)操作，更為靈活應(yīng)用配置。

　　2 在CPG消費(fèi)品包裝場(chǎng)景的應(yīng)用

　　在消費(fèi)品包裝領(lǐng)域，貝加萊的ACOPOS系列伺服系統(tǒng)的電子凸輪裁切被用在很多場(chǎng)景之中。

　　(1)電子凸輪裁切

　　在立式食品包裝(VFFS)、水平包裝(HFFS)、生活用紙的塑料薄膜包裝等領(lǐng)域，拉料和熱封動(dòng)作是一組需要根據(jù)袋子的長(zhǎng)度進(jìn)行熱封動(dòng)作的領(lǐng)域。這些也包括對(duì)于紙張/紙盒等的裁切動(dòng)作。

圖4 電子凸輪裁切

　　如圖4，在這電子凸輪的裁切/熱封中，紙張與刀尖在同步區(qū)內(nèi)相同的線速度，以獲得裁切的穩(wěn)定性。而在其它時(shí)間里，則會(huì)進(jìn)行加減速，以進(jìn)行下一個(gè)周期。它可以根據(jù)需要配置這個(gè)裁切尺寸的長(zhǎng)度，而在非裁切時(shí)需要確保機(jī)械的最為光滑的過渡，以降低機(jī)械沖擊。它可以實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作包括：

　　l 切割過程同步誤差小;

　　l SPF自動(dòng)同步技術(shù);

　　l 無沖擊切換仿型曲線;

　　l 支持非對(duì)稱同步角切割(多于一把切刀);

　　l 切割參數(shù)在線調(diào)整;

　　l 慣量切刀系統(tǒng)可采用電流環(huán)前饋控制;

　　l 切割批次控制。

　　除此之外，也滿足定長(zhǎng)裁切、帶色標(biāo)切、累積誤差處理等，以更符合裁切的場(chǎng)景應(yīng)用。

　　(2)回轉(zhuǎn)式貼標(biāo)

　　在飲料灌裝旋蓋后，貼標(biāo)機(jī)將會(huì)發(fā)揮作用，回轉(zhuǎn)式貼標(biāo)機(jī)可以達(dá)到1200-1800個(gè)/分鐘的貼標(biāo)速度，才能匹配72,000~108,000/小時(shí)的飲料灌裝線速度。

圖5 貼標(biāo)的電子凸輪過程

　　有一些標(biāo)簽會(huì)需要貼在固定的位置，或者對(duì)于一些瓶型并非圓形的，那么它的貼標(biāo)位置必須和射標(biāo)緊密的匹配位置—才能確保最合適的貼標(biāo)。這個(gè)時(shí)候，電子凸輪就有發(fā)揮之地。如圖5所示，在一個(gè)電子旋轉(zhuǎn)周期里，電子凸輪被劃分為貼標(biāo)區(qū)，回零、拍照起點(diǎn)等多個(gè)段。與這種貼標(biāo)類似的也包括套標(biāo)機(jī)的動(dòng)作。

　　電子凸輪技術(shù)是機(jī)器最為常用的一種運(yùn)動(dòng)控制功能，它需要非常靈活的根據(jù)各種場(chǎng)景來進(jìn)行配置，以獲得更為快速、靈活的加工，讓機(jī)器變得“又快又準(zhǔn)”。