交流伺服技术在包装应用领域的发展

2025-03-12


交流伺服技术概述

交流伺服技术是一种闭环控制技术,其控制原理是在传统的三环PID控制理论的基础上发展而来,吸收了各种现代运动控制理论的复合控制方案。交流伺服电机作为一种执行电动机,具有高精度、高效率、高可靠性等优点。步进电机的步距角一般为1.8°(两相)或0.72°(五相),而交流伺服电机的精度取决于电机编码器的精度。这些优良性能使得交流伺服技术在包装领域的应用越来越受到人们的重视。

交流伺服技术在包装机械中的传统与现代应用对比

在包装机械发展的早期,传统控制方案占据主导地位。传统控制方案可能在精度、效率和可靠性等方面存在一定的局限性。而随着交流伺服技术的出现,包装机械的控制方案得到了显著的提升。

以一些普通的包装设备为例,传统控制可能无法精确控制包装材料的输送速度和位置,导致包装的质量参差不齐。而采用交流伺服技术控制方案后,能够实现对包装过程中各个动作的精确控制。例如在包装材料的送膜过程中,交流伺服电机可以根据预设的参数,精确地控制送膜的速度和长度,使得包装膜的使用更加精准,减少了浪费,提高了包装的质量和效率。

交流伺服技术在枕式包装机上的应用

枕式包装机又称接缝式裹包机,是一种卧式三面封口,能自动完成制袋、填充、封口、切断、成品排除等工序的包装设备,可实现食品、日用化工、医药等行业自动化生产线的流水包装,适应的包装物一般为块状、筒状、粒状物品,如方便面、面包、冷饮、纸巾等,包装成品形式多样,有单件包装、集合包装、带托盘包装、无托盘集合包装等。

市场上的枕式包装机根据传动机构可分为单变频、双变频、单变频 + 单伺服、双伺服、三伺服等多种类型,常见的是单变频 + 单伺服、双伺服两种,传动机构均由送膜电机和主轴电机构成。单伺服型枕式包装机主轴电机是变频器,双伺服型主轴电机也是伺服,但两种机型工作方式和原理大同小异。

枕式包装机的送膜和送料是同步进行的。送膜电机带动走膜胶辊和纵封机构转动,薄膜经成型器成型后变成为筒膜,并进行纵向热封,同时物料被送进筒膜内,通过夹运一起向前经过横封横切部位,由主轴电机带动回转式的横封横切刀对筒膜进行横向封切,输出包装成品。交流伺服技术的应用使得送膜电机和主轴电机能够更加精确地协同工作,提高了包装的速度和精度。

交流伺服技术在GD包装机上的应用升级

GD包装机包括X1、X2包装机,设备的拉线驱动装置原本采用的是直流电机。山东中烟工业公司青岛卷烟厂大部分直流电机已使用5年以上,进入老化期,故障率较高,影响正常生产,急需进行设备的技术升级。

随着电子技术的不断进步与发展,交流伺服技术在工业得到广泛应用。该车间采用了德国伦茨公司先进的伺服控制器和同步型伺服电机对原机的直流电机及直流控制系统进行了改造。利用原机的速度命令信号作为伺服控制器的基准信号,同时利用原机的线性传感器送给原机控制系统的频率信号,经F/V变换后送给伺服控制器作为速度调整信号,两者共同作用使电机的转速符合设备所需的速度,同时利用检测断线的接近开关提供断线检测和系统报警功能。

通过这次改造,大大减少了系统的维护工作量,同时降低了故障率,提高了有效作业率,充分体现了交流伺服技术在包装设备升级改造中的优势。

交流伺服技术在烟草包装设备上的应用创新

目前我国烟草行业中,高档、高速烟支包装设备基本依靠进口,因其技术成熟而深受欢迎。但由于这些设备基本采用机械传动,随着防伪要求的不断提高,有些功能已无法满足需求,改造和升级迫在眉睫。

彩膜定位包装系统正是基于这种形势应运而生,它采用了伺服电机、高性能运动控制器和触摸屏,使彩膜上的图案和烟盒上的图案精确重叠,大大提高了防伪性能。其基本原理是通过编码器跟踪主轴位置,控制伺服电机严格跟随主轴,主轴转一圈,伺服电机带动包装膜前进一个定长。当检测到色标时,通过高速输入,缓存当前主轴编码器位置,并和设定值进行比较,调整伺服电机,使检测到薄膜色标时正好位于设定位置,以实现薄膜图案和烟盒图案精确重叠的目的。

在控制方面也存在一定难点。编码器的安装要和主轴完全同步,并且尽量同心,防止编码器读数的跳变。为了提高精度,编码器线数较高,所以需要控制器有足够的输入频率。伺服电机采用1.5KW、低转速、大扭矩、高精度的型号,刚性好,跟踪精度高。色标传感器使用光纤传感器,灵敏度高,可靠性好,控制器检测到色标时,应用硬件缓存记录当时的编码器值,精度高,不受程序执行延时影响。

交流伺服技术在包装应用领域的未来发展趋势

高精度化

随着消费者对包装质量和外观要求的不断提高,交流伺服技术将朝着更高精度的方向发展。未来的交流伺服系统能够实现更加微小的位移和角度控制,进一步提高包装的精准度,例如在一些精密电子元件的包装中,能够实现微米级的定位和包装。

智能化

智能化是未来交流伺服技术在包装领域发展的重要趋势。通过引入人工智能和大数据技术,交流伺服系统可以实现自我诊断、自我调整和优化。例如,系统可以根据包装材料的特性、环境温度和湿度等因素,自动调整伺服电机的运行参数,以达到最佳的包装效果。同时,智能化的交流伺服系统还可以实现远程监控和故障预警,提高设备的维护效率和可靠性。

集成化

未来的包装设备将越来越多地采用集成化的设计理念,交流伺服技术也将与其他技术如传感器技术、视觉技术等更加紧密地集成在一起。通过集成化的设计,可以实现包装设备的多功能化和自动化,提高包装生产线的整体效率和灵活性。例如,将视觉检测系统与交流伺服系统集成,在包装过程中实时检测产品的质量和位置,及时调整伺服电机的动作,保证包装的质量。

节能环保

在全球倡导节能环保的大背景下,交流伺服技术在包装领域也将更加注重节能和环保。未来的交流伺服电机将采用更加高效的电机设计和控制算法,降低能耗。同时,交流伺服系统还可以与能量回收装置相结合,将制动过程中产生的能量回收利用,进一步提高能源利用效率。

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