西門子SIMOTION在飲料包裝設(shè)備上的應(yīng)用

吳慶龍

[摘 ? ?要]SIMOTION系統(tǒng)將運(yùn)動(dòng)控制、工藝控制和邏輯控制融合為一個(gè)整體，簡化了制造業(yè)工程系統(tǒng)的開發(fā)難度，縮短了系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間，提升了生產(chǎn)效率。介紹了SIMOTION系統(tǒng)和飲料包裝設(shè)備，并論述了該系統(tǒng)在飲料包裝設(shè)備中的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]SIMOTION系統(tǒng);飲料包裝設(shè)備;應(yīng)用

[中圖分類號(hào)]TS203;TP273 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）03–0–02

[Abstract]The SIMOTION system integrates motion control， process control and logic control into a whole， which effectively simplifies the development difficulty of manufacturing engineering systems， shortens the development time of the system， and effectively improves production efficiency. This article first introduces the SIMOTION system and beverage packaging equipment， and then discusses the application of the system in beverage packaging equipment.

[Keywords]SIMOTION system; beverage packaging equipment; application

1 SIMOTION系統(tǒng)概述

1.1 SIMOTION系統(tǒng)構(gòu)成

SIMOTION系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)三個(gè)方面的功能：①邏輯控制，主要借助PLC實(shí)現(xiàn)。②運(yùn)動(dòng)控制，其內(nèi)部包含梯形圖編程，用戶能夠快速掌握這一工具。此外SIMOTION系統(tǒng)自身內(nèi)置了諸多的工藝包，用戶可以根據(jù)自身的實(shí)際需要調(diào)用相關(guān)的工具包，極大地減少了程序開發(fā)的工作量。③工藝控制，主要借助自身內(nèi)部的工藝包實(shí)現(xiàn)控制。SIMOTION將以上三種功能集成為一個(gè)整體，在減少系統(tǒng)之中各類設(shè)備的同時(shí)減少了程序的開發(fā)數(shù)量，在整體上具備了以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：①取消了系統(tǒng)之中各個(gè)獨(dú)立元件之中影響時(shí)間響應(yīng)的接口;②減少了系統(tǒng)之中的中間接口，極大地提升了系統(tǒng)運(yùn)行的效率和穩(wěn)定性;③系統(tǒng)中的編程進(jìn)一步規(guī)范，便于進(jìn)行修改和維護(hù)。SIMOTION系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，對(duì)運(yùn)動(dòng)精度和速度要求較高的制造產(chǎn)業(yè)之中得到了較為廣泛的應(yīng)用。1.2 SIMOTION硬件構(gòu)成概述

現(xiàn)階段SIMOTION系統(tǒng)在發(fā)展過程中主要用到三種硬件平臺(tái)：①SIMOTION-C，其以控制器為基礎(chǔ);②SIMOTION-P，其以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ);③SIMOTION-D，其以驅(qū)動(dòng)為基礎(chǔ)。以上三種硬件平臺(tái)均能夠?qū)崿F(xiàn)SIMOTION系統(tǒng)的全部功能。每種硬件平臺(tái)具有自身的特點(diǎn)，適用于不同的生產(chǎn)領(lǐng)域。SIMOTION-C集成了數(shù)字量、模擬量的輸入和輸出，能夠同步進(jìn)電機(jī)和液壓伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)行有效的鏈接，還能夠借助S7-300進(jìn)行擴(kuò)展，適用于生產(chǎn)機(jī)械的改造過程之中。SIMOTION-P能夠?qū)Υ罅康臄?shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)有效的處理。具有USB接口、串口、并口，能夠與顯示器進(jìn)行鏈接，最多能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)64根軸的有效控制，此外還支持多種通信方式。SIMOTION-D內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)控制單元，主要應(yīng)用在緊湊化和模塊化的設(shè)計(jì)之中。

2 飲料包裝設(shè)備概述

2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)概述

飲料廠家在完成產(chǎn)品生產(chǎn)之后主要借助人工裝箱的方式實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的包裝，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)裝箱機(jī)已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用。常見的自動(dòng)裝箱機(jī)械設(shè)備主要由兩個(gè)部分組成：①外包裝的輸送機(jī)構(gòu)，例如送箱機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)又由多個(gè)機(jī)械部件組成;②產(chǎn)品的輸送機(jī)構(gòu)，即將企業(yè)生產(chǎn)完成的產(chǎn)品輸送到指定的位置。

2.2 飲料包裝機(jī)工藝

飲料在完成生產(chǎn)之后首先需要按照一定的要求排成一列并運(yùn)輸?shù)窖b填工位上，工位上提前存放著飲料包裝箱。在控制系統(tǒng)的引導(dǎo)下裝填工位的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電子元件共同動(dòng)作，將飲料成功的裝填到包裝箱之中。在完成裝填之后，再由運(yùn)輸機(jī)構(gòu)將裝填完成的包裝箱運(yùn)輸?shù)椒庀錂C(jī)之中，由封箱機(jī)實(shí)現(xiàn)封箱，再將其運(yùn)輸?shù)匠善反鎯?chǔ)區(qū)。

3 SIMOTION系統(tǒng)在飲料包裝設(shè)備中的應(yīng)用

3.1 控制系統(tǒng)構(gòu)成

飲料包裝主要設(shè)備是裝箱機(jī)，其控制系統(tǒng)為SIMOTION，在大部分企業(yè)中通常采用X12連接口將SIMOTION同操作面板連接為一個(gè)整體，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的有效操控。在實(shí)際應(yīng)用的過程之中可以根據(jù)X16接口進(jìn)行有效的擴(kuò)展，增強(qiáng)SIMOTION系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算能力。SIMOTION本質(zhì)上是對(duì)PLC運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和伺服驅(qū)動(dòng)器的有效整合，進(jìn)而使其能夠?qū)﹄娮釉蜋C(jī)械元件實(shí)現(xiàn)高精度高速控制，滿足了飲料包裝設(shè)備的工作需要。用戶在使用SIMOTION時(shí)可以調(diào)用系統(tǒng)之前已經(jīng)構(gòu)建完成的各種工具包，因此能夠快速便捷地創(chuàng)建飲料包裝設(shè)備的運(yùn)行流程?，F(xiàn)階段在飲料包裝設(shè)備之中的SIMOTION系統(tǒng)主要是SIMOTION-D，其是一個(gè)緊湊性驅(qū)動(dòng)模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)包裝機(jī)運(yùn)行邏輯和運(yùn)動(dòng)過程的控制。

飲料包裝設(shè)備常用的電源是SLM智能型電源模塊，其是由三個(gè)交流電組合而成的直流電，能夠?yàn)榘b機(jī)之中的各個(gè)模塊提供運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。SLM智能電源模塊可供給的最大電壓為480 V，最小電壓為380 V，可輸出的最大功率為為36 kW，最小功率為5 kW。智能模塊能夠根據(jù)各個(gè)模塊的實(shí)際需要，動(dòng)態(tài)地調(diào)整輸出功率和電壓，進(jìn)而在滿足各個(gè)模塊運(yùn)動(dòng)需求的同時(shí)，降低運(yùn)動(dòng)過程之中的能量損耗。

西門子SIMOTION系統(tǒng)能夠滿足對(duì)不同類型飲料進(jìn)行包裝的需求。飲料包裝工藝和流程可以依據(jù)企業(yè)的實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。借助操作屏，操作人員可以對(duì)飲料的排列間距以及順序進(jìn)行有效的控制。通常飲料包裝機(jī)械中的分道電機(jī)采用伺服控制，其動(dòng)作精度較高，能夠準(zhǔn)確地將飲料整列。為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高效準(zhǔn)確裝填，飲料包裝設(shè)備采用導(dǎo)軌電缸實(shí)現(xiàn)裝填動(dòng)作。飲料的裝填設(shè)備上采用了位置控制裝置，進(jìn)而保證每瓶飲料都能夠在飲料包裝設(shè)備上進(jìn)行準(zhǔn)確的填裝作業(yè)。

西門子公司的SIMOTION系統(tǒng)內(nèi)置了軟件研發(fā)設(shè)計(jì)的全部內(nèi)容，在實(shí)際開發(fā)的過程之中具有軟硬件組態(tài)，在線檢測(cè)、編程等諸多的性能，便捷了操作人員學(xué)習(xí)系統(tǒng)應(yīng)用和開發(fā)自身所需要的軟件程序。SIMOTION系統(tǒng)在初始應(yīng)用時(shí)采用圖文的方式對(duì)用戶進(jìn)行引導(dǎo)，降低了編程的難度，此外該系統(tǒng)還支持多種編程方式，豐富了編程人員的選擇。

3.2 控制系統(tǒng)完成的功能

SIMOTION系統(tǒng)在飲料包裝機(jī)中主要實(shí)現(xiàn)了以下幾個(gè)方面的控制。

3.2.1 對(duì)飲料包裝設(shè)備的整個(gè)工作流程進(jìn)行控制

飲料包裝機(jī)在工作時(shí)由三個(gè)子程序進(jìn)行控制：①分瓶;②裝填;③紙箱成型。

3.2.2 對(duì)飲料包裝設(shè)備的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行有效的控制

飲料包裝機(jī)在實(shí)現(xiàn)裝填的過程中，各個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)全部由SIMOTION系統(tǒng)進(jìn)行控制。

3.2.3 產(chǎn)品的分道整列

飲料包裝設(shè)備常用的傳動(dòng)形式有兩種：①鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)，其運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)存在誤差的積累。②帶式傳動(dòng)，其運(yùn)行過程中定位精度較低。為盡可能提高飲料包裝機(jī)的運(yùn)動(dòng)精度，通常選用鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)。鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)之中誤差的主要來源是定位誤差，進(jìn)而導(dǎo)致分道板同進(jìn)瓶隔板之間的連接精度下降。在飲料包裝機(jī)運(yùn)行的過程中，為保證系統(tǒng)的安全平穩(wěn)工作就必須要在該位置處設(shè)置獨(dú)立的光電傳感器，進(jìn)而對(duì)分道板和進(jìn)瓶隔板之間的連接精度實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)分道板和進(jìn)瓶隔板之間的距離應(yīng)該控制在1.5 mm之內(nèi)。當(dāng)光電傳感器依據(jù)自身傳輸?shù)男盘?hào)確定分道板和進(jìn)瓶隔板之間的間距大于1.5 mm時(shí)會(huì)自動(dòng)告警并停止系統(tǒng)運(yùn)行，維護(hù)人員可以對(duì)分道板和進(jìn)瓶隔板的距離進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，并對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度進(jìn)行調(diào)整。

3.3 產(chǎn)品裝填

飲料包裝設(shè)備在對(duì)于產(chǎn)品填裝中主要流程為電機(jī)回零、自動(dòng)裝填、自動(dòng)退出、手動(dòng)裝填、手動(dòng)退出。飲料包裝設(shè)備所使用的電機(jī)為填裝何服電機(jī)，電機(jī)所擁有的編碼器類型為多極旋變型，并不具備對(duì)于運(yùn)行信息記憶工程，但是在裝箱機(jī)上必須安裝伺服電機(jī)設(shè)定裝置，設(shè)定運(yùn)動(dòng)零點(diǎn)。西門子設(shè)計(jì)人員在對(duì)于飲料包裝設(shè)備研究中，在電缸上安裝了電感式開關(guān)，承擔(dān)起伺服電機(jī)零點(diǎn)信號(hào)的作用。裝箱機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，操作板面上裝填何服電機(jī)會(huì)提示未對(duì)零點(diǎn)的信號(hào)。只有工作人員在對(duì)伺服電機(jī)上零點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置后，裝箱機(jī)才能夠正常穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)束語

SIMOTION系統(tǒng)的出現(xiàn)解決了復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的控制問題，減少了企業(yè)在復(fù)雜機(jī)械生產(chǎn)系統(tǒng)中的投入，提升了企業(yè)的運(yùn)行效率。西門子推出SIMOTION運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的主要對(duì)象就是中國的飲料企業(yè)，在西門子公司與我國飲料企業(yè)不斷的完善升級(jí)中，SIMOTION所具有的性能越加完善，深入研究SIMOTION系統(tǒng)的特點(diǎn)，以及在飲料自動(dòng)包裝機(jī)械之中具體發(fā)揮的作用，對(duì)于進(jìn)一步發(fā)揮SIMOTION系統(tǒng)自身的優(yōu)勢(shì)，提升企業(yè)的生產(chǎn)效率具有非常重要的意義。

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