1 隨動(dòng)式智能灌裝機(jī)機(jī)體介紹

　　隨動(dòng)式智能灌裝機(jī)采取的控制方案是禾川Q1PAC+X3EB總線伺服。機(jī)體主要由來(lái)料分瓶、線寬及灌高調(diào)整、平移灌裝、液嘴升降、推活塞、輸送線、液儲(chǔ)罐組成。分瓶部分根據(jù)控制分瓶軸和理料輸送線的速度差把來(lái)瓶分出所需要的間距;線寬及灌高調(diào)整部分根據(jù)瓶徑及瓶高的不同，自動(dòng)調(diào)整線體寬及機(jī)架高度;平移灌裝部分主要作用是帶著罐頭機(jī)構(gòu)同步平移跟隨瓶子灌裝液體。液嘴升降是指配合液面高度自動(dòng)調(diào)整液嘴高度，以改善灌裝效果;推活塞部分主要作用是負(fù)責(zé)從液體存儲(chǔ)罐抽出罐液， 根據(jù)多段速控制把液體通過(guò)管道打進(jìn)灌裝頭。理料輸送線主要是完成料瓶的輸送作用，承擔(dān)起控制主軸角色。液體存儲(chǔ)罐根據(jù)液位傳感器來(lái)控制罐液的存儲(chǔ)。

圖 1 禾川 Q1 PAC

圖 2 隨動(dòng)式智能灌裝機(jī)

　2 隨動(dòng)式智能灌裝機(jī)關(guān)鍵工藝分析

　　隨動(dòng)智能灌裝機(jī)的關(guān)鍵工藝是跟隨，即灌裝頭嚴(yán)格與輸送帶保持實(shí)時(shí)同步，實(shí)現(xiàn)灌裝頭與輸送帶嚴(yán)格同步的方法是通過(guò)控制器電子凸輪功能實(shí)現(xiàn)。如圖3所示方法，即當(dāng)進(jìn)瓶傳感器檢測(cè)到瓶子時(shí)，系統(tǒng)即刻鎖存當(dāng)前輸送帶位置，當(dāng)輸送帶當(dāng)前位置-鎖存位置=灌裝頭到進(jìn)瓶傳感器距離時(shí)，即瓶子到達(dá)灌裝頭位同步條件滿足，以輸送帶作為主軸通過(guò)電子凸輪帶動(dòng)從軸灌裝頭做同步運(yùn)動(dòng)，當(dāng)灌裝頭軸從加速區(qū)到達(dá)同步區(qū)后，活塞開(kāi)始推料液體從灌裝頭流入容器，當(dāng)活塞推料行程到達(dá)時(shí)，灌裝頭軸脫離與輸送帶的同步停止運(yùn)動(dòng)，然后活塞與灌裝頭返回啟動(dòng)位，等待下一個(gè)工作信號(hào)的到來(lái)。

　圖 3 采用編碼器反饋輸送帶位置方法

　　3 隨動(dòng)式灌裝機(jī)效率影響因素分析

　　灌裝機(jī)的生產(chǎn)效率通常定義為每分鐘灌裝完成的產(chǎn)品數(shù)，直觀來(lái)說(shuō)就是經(jīng)過(guò)輸送帶瓶子的數(shù)量。從人的直接感觀效果來(lái)說(shuō)，通常第一認(rèn)知是輸送帶運(yùn)動(dòng)速度越高，產(chǎn)量越高，但從機(jī)器整體運(yùn)行分析隨動(dòng)式灌裝機(jī)是活塞定位、灌裝頭與輸送帶同步平移運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一協(xié)同。機(jī)器的工作步序是輸送帶做連續(xù)運(yùn)動(dòng)，灌裝頭根據(jù)檢瓶信號(hào)做跟隨同步運(yùn)動(dòng)， 同時(shí)灌裝頭進(jìn)入同步區(qū)后活塞進(jìn)行推料定位， 推料結(jié)束即灌裝完成后灌裝頭停止運(yùn)動(dòng)， 系統(tǒng)回歸啟動(dòng)工作位。

　　整個(gè)流程中最核心的工序是灌裝頭同步后“活塞推料”，活塞推料灌裝嘴出液系統(tǒng)灌裝進(jìn)行中，活塞推料完成灌裝嘴脫瓶停止跟隨，因此活塞的運(yùn)動(dòng)時(shí)間決定著灌裝頭的同步時(shí)間。活塞的推料時(shí)間與灌裝頭的運(yùn)動(dòng)時(shí)間是一致的，灌裝容量不變，如將輸送帶的速度調(diào)高，那么灌裝頭行程+=灌裝頭時(shí)間*(灌裝頭速度+)，灌裝頭走的行程長(zhǎng)了返回時(shí)間必然增加且對(duì)運(yùn)動(dòng)區(qū)間有硬性要求，因此改變單一的輸送帶的速度對(duì)整體灌裝效率并無(wú)意義，由上分析，提高機(jī)器工作效率的最佳方法是提高“活塞推料速度”，推料時(shí)間減少，灌裝頭運(yùn)動(dòng)時(shí)間減少，機(jī)器整體效率提高。而圍繞著機(jī)器效率的核心，“活塞推料速度”所必然伴隨的是液體的壓力效應(yīng)，推料速度越快意味著在單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)同一橫截面的液體越多，即液體流量越大， 液體的壓力越大，液體越具有沖擊力;試想一個(gè)灌裝頭每秒出液1KG，可想而知此時(shí)液體的壓力。高速的液體碰到灌裝瓶會(huì)產(chǎn)生濺液，因此為了保持生產(chǎn)的穩(wěn)定性就要抑制濺液。抑制濺液的本質(zhì)是減低液流的壓力，即一般通過(guò)調(diào)節(jié)活塞運(yùn)動(dòng)速度實(shí)現(xiàn)，故濺液是影響機(jī)器整體效率的首要因素。在保證機(jī)器不濺液穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，應(yīng)盡可能提高活塞運(yùn)動(dòng)速度，減少灌裝時(shí)間，提高機(jī)器整體效率。其次才是根據(jù)灌裝頭行程調(diào)節(jié)相適應(yīng)的輸送帶速度。

圖 4 主從軸高精度高速同步電子凸輪的實(shí)現(xiàn)

圖 5 隨動(dòng)式灌裝機(jī)人機(jī)操作界面

　　4 隨動(dòng)式灌裝機(jī)抑制濺液方法

　　高速流動(dòng)下的液體必然產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊力，這是物質(zhì)的物理屬性，難以通過(guò)控制方法改變，但是可以根據(jù)液體在不同外部環(huán)境下做出與之相適應(yīng)的控制工藝。通?？梢园颜麄€(gè)灌液流程分為低灌段、中灌段、高灌段3個(gè)階段，低灌段是液流直接與瓶子底部進(jìn)行不同質(zhì)沖擊，液流與瓶子容易產(chǎn)生較大的壓力波，此段速度不宜太高;當(dāng)瓶子底部有一定液體即可進(jìn)入中灌段，中灌段速度最高行程最大是灌裝的主要行程，當(dāng)液體快到達(dá)瓶子頂部時(shí)，此時(shí)應(yīng)降低速度防止濺液。低中高3個(gè)灌段對(duì)應(yīng)著與之相應(yīng)的行程比例并可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。其次可以通過(guò)管道設(shè)計(jì)或減壓灌裝嘴適當(dāng)調(diào)節(jié)液流壓力，提高灌裝速度。

圖 6 禾川智能灌裝機(jī)解決方案

　　5 總線型個(gè)性化定制解決方案分享

　　消費(fèi)需求的變化正在使得生廠商和服務(wù)商改變傳統(tǒng)模式，市場(chǎng)逐漸走向消費(fèi)者為導(dǎo)向的創(chuàng)新型道路，柔性快速的供應(yīng)鏈正在成為企業(yè)的關(guān)鍵競(jìng)爭(zhēng)力。多樣化生產(chǎn)場(chǎng)景形成了多樣化的生產(chǎn)需求，滿足個(gè)性化定制需求是新制造的核心競(jìng)爭(zhēng)力，浙江禾川科技股份有限公司能夠?yàn)榭蛻籼峁┤轿坏淖詣?dòng)化核心零部件與整體解決方案，滿足廣大設(shè)備廠商對(duì)定制化解決方案的需求。

　　禾川灌裝方案主要通過(guò)禾川Q1 PA C與X3EB總線伺服實(shí)現(xiàn)，Q1 PAC是一種多功能總線型控制器，支持EtherCAT、CANopen、Modbus RTU、 ModbusTCP 多種通信協(xié)議，本體自帶16對(duì)高速脈沖IO，可用于編碼器高速輸入、步進(jìn)、脈沖伺服的控制。通過(guò)Q1， 客戶可以選擇多樣化的電氣配置，如輸送帶采用伺服電機(jī)、變頻器+普通電機(jī)+編碼器、步進(jìn)電機(jī)+編碼器等，并能根據(jù)客戶需求提供整體的定制解決方案，滿足生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)個(gè)性化的需要。

　　禾川總線方案能精確判斷、智能選瓶、精確灌裝，高速高精度實(shí)現(xiàn)同步跟隨、灌液體積實(shí)時(shí)可調(diào)、多段速控制罐液、異常不灌液、瓶子不同規(guī)格灌液、多級(jí)配方選擇與保存、減少重復(fù)操作，操作清晰、簡(jiǎn)單易用、功能全面， 并能實(shí)時(shí)根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行功能優(yōu)化。