陈祖建, 应用工程师, 伦茨（上海）传动系统有限公司
摘要：基于全自动的开箱、装箱、封箱理念，本文阐述了装封箱机的工艺及技术难点，介绍了基于 Lenze 产品的解决方案，总结了 Lenze 9400HighLine 伺服控制器在驱动控制领域的优势。
关键字：Lenze 装封箱机 9400HighLine 圆弧插补
1 前言
随着社会的发展与科技的进步，物流包装行业的自动化程度越来越高，原来需要几个人十几个人才能完成的任务，由于科技的注入，只需要一两个人即可完成。装封箱机，顾名思义即是把物品装在箱子里并封好。本文所讲的装封箱机主要针对烟草行业，把成条的烟规则地自动装进箱子里并封存好。该装封箱机是在充分借鉴国内外现有同类产品优点的基础上自主研发的新一代烟用条盒装封箱设备，具有纸箱自动供给系统、视觉系统等，可简便实现大、小箱互换。
2 装封箱机工艺简介
装封箱机在开始端分条烟和烟箱两路工艺，烟箱通过 AGV 小车送到纸箱自动供应站，通过抓取提升等操作把纸箱放到烟箱汇合点，同时通过两轴插补把箱子打开并用机械手把箱口撑开等待条烟进箱，另一路为条烟通过条烟输送带送到条烟堆叠处进行堆叠，堆成 5叠或 10 叠后通过推垛把条烟推进箱子。最后通过烟箱主推把烟箱运送出去，在这个过程中进行封口贴标等动作，流程见如下工艺流程图。
图 1 工艺流程图
在电气控制方面，采用集中-分散控制的形式，逻辑关系的控制通过 PLC 完成，驱动定位等方面的程序通过 Lenze 伺服控制器 9400HighLine 来完成，以减少了编程人员的工作量，提高控制精度和灵活性。
图 2 电气控制系统图
3 Lenze 解决方案及特点
本方案采用 Lenze 驱动产品，包括 9400HighLine 系列伺服控制器，8400StateLine变频器及 MCS 伺服减速电机。其中，9400HighLine 伺服控制器具有可视化自由编程，多种寻零模式及速度位置等模式切换等特点，可根据不同的工位及运动特点采用不同的功能模式。9400HighLine 还可实现各种驱动控制方案，本方案根据应用需要使用了9400HighLine 定位、TP 窗口、Cam、TP 纠偏等功能。
堆叠机构是将条烟输入机构送来的条烟，按五条一层、五层一垛的规律整理、码垛，在机械结构上通过减速机由举升、开合、交接三个凸轮结构组成， 其间接性工作制要求速度快、启动平滑、停止稳定。本系统采用 9400HighLine 的 Cam 功能，由于此工位是朝一个方向运行，时间久了会产生累计误差，故需要 TP 纠偏功能来消除累计误差。提升和水平搬运使用 Limit 定位功能，上位机只需将控制器的位置值和启动命令发送给9400HighLine，9400HighLine 即可独立运行到指定位置，大大减少上位机的编程任务。
推烟机构是将条烟推入纸箱，由减速电机驱动链条滑车机构完成推烟动作。推烟板由上下两部分组成。推烟时，上下两部分工作面平齐；回程时，下半部分向后翻折。保证回程时不会占用条烟堆叠所需的空间，以提高机器效率。
开箱动作是整个系统的关键动作，它需要两台电机以插补的形式运行四分之一圆弧，如果速度过慢则生产效率太低而丧失了竞争优势，若速度过快则会把箱子拉破。箱子的搬运及开箱示意图如下 ，在开箱过程中起点和终点均有一根轴在切线方向，这就导致了在正常速度下，切线方向上的那根轴的速度理论上将达到无穷大。为了解决这个问题，本方案采用双凸轮结构，X 轴跟随虚拟主轴运行一个五阶多项式，使其在开始和结束过程均可慢速运行，而在中间则快速运行，这样既保证了运行时间又防止了过冲现象。Y 轴控制器跟随 X轴运行插补，走四分之一圆弧插补。
图 3 箱子搬运及开箱示意图
4 Lenze 方案亮点
1) 独立的运动控制解决方案，基本上所有的驱动控制算法及编程都可以在9400HighLine 伺服控制器中实现，上位机只需简单地给伺服控制器发送控制信息即可，大大减少了客户的编程任务。
2) 灵活可视化的编程方式，伺服控制器的编程软件 Lenze Engineering 采用 CFC 语言编程，编程直观，操作方便，具有在线诊断及示波器等功能，在调试过程中能轻易的监控系统的运行状态。
3) 可选多种通信接口， 8400 系列变频器支持 CAN，ProfiBus，EtherCAT，EtherNET 等多种通信协议，开放性广。
4) 8400 系列变频器分为高中低三挡，基本上可覆盖所有变频器应用。可根据客户的需要进行定制化开发，节约了客户成本。
5 展望
该装封箱是专为烟草企业而设计的专用设备，系统速度为 8 箱/分钟。在目前人工成本逐年走高的趋势下，提高生产自动化水平成为各个行业争先实现的目标，这意味着他们对生产设备的自动化依赖程度也将越来越高，而装封箱机设备就是在这样一个市场背景下应运而生。本文所述装封箱机只需对机械结构稍作修改即可应用到许多其它类似领域，也就是说，条形物品的装箱应用都会是此装封箱机设备的潜在市场。
