電子凸輪一般被應用在消費品包裝設備如VFFS/HFFS的熱封動作;貼標機、紙包裝類的橫切、模切動作;以及一些水平灌裝的灌裝頭連續(xù)動作中……這些都是電子凸輪技術的典型應用場景。本文主要介紹了貝加萊電子凸輪技術的技術特點和應用案例。

　　文/貝加萊工業(yè)自動化(中國)有限公司

　　每一臺用于生產制造用途的機器，實際上，都可以被理解為一個個的局部單元構建起來的機電系統。通過狀態(tài)協作起來的——這就是機器的模塊化設計思想。而對于消費品包裝(CPG)類設備，我們可以看到，它們其實都是由材料放卷、成型、裁切等動作完成的。

　　電子凸輪一般被應用在消費品包裝設備如VFFS/HFFS的熱封動作;貼標機、紙包裝類的橫切、模切動作;以及一些水平灌裝的灌裝頭連續(xù)動作中……這些都是電子凸輪技術的典型應用場景。

　　電子凸輪其實就是把機械凸輪的運動軌跡轉化為數字信號，由PLC來構造曲線，模擬機械凸輪的動作。電子凸輪之所以有“電子”二字，就是因為齒輪與齒輪間不產生機械的摩擦，不靠傳統的傳動裝置進行力的傳導，所以設備的壽命會長，同時控制精度也大幅提升。工程師可以通過軟件方便快捷地調整參數優(yōu)化參數—這就提高了機器的靈活性。并且，它還可以遠程監(jiān)控和診斷故障，有效提高生產效率，這些優(yōu)點使得它在機械領域越來越廣泛的被使用。

　　1 貝加萊電子凸輪優(yōu)勢

　　機器自動化領域常常提到三個字“穩(wěn)、準、快”。對于設備機臺來說，“穩(wěn)”常常表現為機械振動小，噪音小等等，振動和噪音通常都來自電機，那對于電子凸輪來說，運動曲線越光滑，振動和噪音肯定就越小。貝加萊的自動化控制系統不僅能自動生成凸輪曲線，還可以對速度、加速度甚至加加速度等參數進行優(yōu)化配置，使加速度曲線更加平滑，這樣電流就不會過沖，機器運行地就會很穩(wěn)定。

圖1 更為靈活光滑的運動曲線

　　“準”，也就是準確性。上面我們提到，電子凸輪相較于機械凸輪省略了傳動環(huán)節(jié)，所以更加準確。那如果我們把檢測到的外部偏差也接入到伺服里，用伺服自帶的偏差執(zhí)行接口還可以實現動態(tài)補償偏差的功能，這樣設備就能切得更準、貼得更準、動得更準。

　　“快”，就是快速性，這也是貝加萊電子凸輪技術的核心之一!貝加萊的伺服驅動器循環(huán)周期可以低至50μs，開關頻率可以達到40kHz，因此，在自動化控制系統中，我們可以把原本需要PLC完成的計算交給伺服驅動器，讓它去計算、繪制凸輪曲線，同時伺服驅動器還能夠去響應電機參數的實時變化，滿足用戶對于設備高動態(tài)、高可靠性、高精度的工藝要求。

　　這里需要說明一點，與傳統PLC加驅動器實現電子凸輪裁切不同。采用貝加萊的ACOPOS系列伺服驅動器，進行電子凸輪裁切時，由于外接編碼器可以被直接接入到伺服驅動器的第二個編碼器接口，這使得跟隨關系可以在驅動器內完成。而其它的PLC則將需要將這個外接編碼器接入到I/O模塊上被PLC的任務掃描。這帶來的直接優(yōu)勢在于它可以獲得更快的響應速度，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PLC加外接編碼器架構差別

　　(1)易用性

　　貝加萊的Automation Studio開發(fā)機器的應用項目，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)跳轉可以直接通過填寫表格的形式實現，不需要工程師一行一行地寫代碼，即使是初學者也可以在短時間內上手。當然了，如果想實現復雜度非常高的凸輪工藝，還是要使用自定義凸輪曲線，實現更為精準的控制。

　　(2)靈活性

　　貝加萊“站在巨人的肩膀上”：基于標準的PLCopen功能塊開發(fā)了各種各樣能實現各種功能的獨占功能塊，并且都封裝成庫。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PLCopen的CAM模塊的擴展封裝，提供了更為強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)機操作，更為靈活應用配置。

　　2 在CPG消費品包裝場景的應用

　　在消費品包裝領域，貝加萊的ACOPOS系列伺服系統的電子凸輪裁切被用在很多場景之中。

　　(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域，拉料和熱封動作是一組需要根據袋子的長度進行熱封動作的領域。這些也包括對于紙張/紙盒等的裁切動作。

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)內相同的線速度，以獲得裁切的穩(wěn)定性。而在其它時間里，則會進行加減速，以進行下一個周期。它可以根據需要配置這個裁切尺寸的長度，而在非裁切時需要確保機械的最為光滑的過渡，以降低機械沖擊。它可以實現的動作包括：

　　l 切割過程同步誤差小;

　　l SPF自動同步技術;

　　l 無沖擊切換仿型曲線;

　　l 支持非對稱同步角切割(多于一把切刀);

　　l 切割參數在線調整;

　　l 慣量切刀系統可采用電流環(huán)前饋控制;

　　l 切割批次控制。

　　除此之外，也滿足定長裁切、帶色標切、累積誤差處理等，以更符合裁切的場景應用。

　　(2)回轉式貼標

　　在飲料灌裝旋蓋后，貼標機將會發(fā)揮作用，回轉式貼標機可以達到1200-1800個/分鐘的貼標速度，才能匹配72,000~108,000/小時的飲料灌裝線速度。

圖5 貼標的電子凸輪過程

　　有一些標簽會需要貼在固定的位置，或者對于一些瓶型并非圓形的，那么它的貼標位置必須和射標緊密的匹配位置—才能確保最合適的貼標。這個時候，電子凸輪就有發(fā)揮之地。如圖5所示，在一個電子旋轉周期里，電子凸輪被劃分為貼標區(qū)，回零、拍照起點等多個段。與這種貼標類似的也包括套標機的動作。

　　電子凸輪技術是機器最為常用的一種運動控制功能，它需要非常靈活的根據各種場景來進行配置，以獲得更為快速、靈活的加工，讓機器變得“又快又準”。