伺服控制在包装领域的应用现状

发表时间:2015/2/15 作者:佚名 
伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量跟随输入目标(或给定值)任意变化的自动控制系统。其主要组件之一就是控制器,这是影响伺服系统性能指标的主要因素。

  伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量跟随输入目标(或给定值)任意变化的自动控制系统。其主要组件之一就是控制器,这是影响伺服系统性能指标的主要因素。常用的运动控制器包括PLC、PC-Based运动控制卡、专用系统和驱动器集成运动控制,运动控制系统则通过伺服驱动装置将预定指令变成期望的机构运动。

  2004年,中国的伺服产品更多的是集成于专用控制器的设备,占据近60%的市场,PC是伺服产品的第二大平台,占据20%的市场,同时PLC也是设备的主控制器;但目前只有少数欧洲厂商提供的驱动器集成了运动控制器,且用于对安装空间要求较高的场合。

  那么伺服系统如果应用于包装生产线上,会给运动控制系统带来怎么的好处甚至是革新?为此,本刊特邀三位业内专家就“伺服控制在包装领域的应用”一文,引出各自对于该技术发展及在国内外应用现状的观点与见解,希望与行业人士共勉。对于专家们的大力支持,在此表示由衷感谢。

一、包装技术促进伺服系统的发展

  尽管多数制药商对他们的新设备表现得很平静,但伺服动力包装系统仍在工厂中占据了应有的地位。当柔性生产设备成为消费品生产厂家的支柱时,必要的调整却成为在制药应用中的强大阻力。

  博世包装公司已为药品制造商生产了多种伺服控制机器。该公司的电子工程主管戴维•布劳表示,“制药厂刚刚领略到伺服的好处——生产方法的简易改变使短期和小批量生产更加经济,不必再花费4~6小时去清洗、高压灭菌及改变凸轮和零件,而只需花几分钟,就可以对机器重新编程,装上不同类型或尺寸的部件,使机器重新运转起来。同时,伺服系统也更加简易、清洁、不易崩溃”。

  与传统轴传动包装系统采用PLC控制和机械连接相比,伺服系统要依赖基于PC的控制系统,这种情况带来了更多的问题。许多制药企业为使用伺服设备宁愿多走一段路,尤其是当他们有更多的专业药品需要多种包装时,制药企业都在寻找能够给他们带来更大灵活性的设备。

二、伺服系统的优势

  罗克韦尔自动化公司的商务发展经理迈克•瓦格纳表示,“暂不说商业压力,以伺服系统为基础的设备要比轴传动设备具有更多优势。在伺服系统以前,包装设备有一个大的交流电动机以固定的速度运转,远离主轴的机械连接控制每一个包装程序,将轴运动从一个速度转换成另一个速度,或者将旋转运动转换成直线运动。主轴每转动一次,就从另一端产出一个产品。当你想将小瓶换成大瓶或者改变包装尺寸或形状时,就必须对设备进行重新调整” 。

  而伺服系统改变了这种情况,没有了到主轴的机械连接,每一个伺服系统(包括电动机、齿轮头和软件)是独立运转的。这样做的好处是:无论是压力、速度、位置,都可以改变。以前,改变这些会花费7个小时,除非有足够大的批量以保证调整的有效性和理想的生产周期,否则很难改变。现在,只需3~5分钟就可完成调整,且方法很简单。

  将伺服系统从电动机驱动轴分离开来,使它们可以对包装过程中的每一个事件进行独立调整。美国皮斯特公司的副总裁鲍勃•哈塔维哥表示,“一个简单的低速到中速的灌装线,由一些简单设备和一个主机组成,所有设备相互倚赖、协调工作,随着系统数据的采集,灌装线上的伺服系统能够独立调整发生的任何生产问题”。德国ELAU公司的全球营销经理约翰•克瓦认为,“伺服系统也将速度和精确度提升到了一个全新的水平。70%~80%销售到制药企业的打捆机、外包机、容器打包机、托盘堆垛机都将使用伺服系统”。

  伺服系统的一个主要特点是它的闭环反馈,以伺服系统为基础的封口机控制转矩的精度可以达到±0.02%,而标准离合器驱动的封口机的精度仅为20%,由此很清楚看到伺服系统的价值所在。例如,在存储每一个盖子的转矩值后,如果需要召回,只需召回1000瓶,而不是以往的100万瓶。同样的数据也可以用来分析封口机磨损的程度以决定是否需要维修。自从伺服系统使用了更小的电机,就极少需要维修了。通常,伺服系统的两次故障之间的间隔是20万小时。

  现在的伺服系统带给人们一种远比过去有价值的感觉,5年前,一个普通的伺服系统价格为1万美元,如今,只卖5000美元,且价格还在下降。在一个价格100000美元的机器上,加10个伺服系统,价格将提高50%。相应的,在价格50万~100万美元的更大机器上增加10个同样的伺服系统,花费并不明显,但回报却是巨大的。

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