西門子SIMOTION在飲料包裝設備上的應用

吳慶龍

[摘 ? ?要]SIMOTION系統將運動控制、工藝控制和邏輯控制融合為一個整體，簡化了制造業工程系統的開發難度，縮短了系統的開發時間，提升了生產效率。介紹了SIMOTION系統和飲料包裝設備，并論述了該系統在飲料包裝設備中的應用。

[關鍵詞]SIMOTION系統;飲料包裝設備;應用

[中圖分類號]TS203;TP273 [文獻標志碼]A [文章編號]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系統概述

1.1 SIMOTION系統構成

SIMOTION系統能夠實現三個方面的功能：①邏輯控制，主要借助PLC實現。②運動控制，其內部包含梯形圖編程，用戶能夠快速掌握這一工具。此外SIMOTION系統自身內置了諸多的工藝包，用戶可以根據自身的實際需要調用相關的工具包，極大地減少了程序開發的工作量。③工藝控制，主要借助自身內部的工藝包實現控制。SIMOTION將以上三種功能集成為一個整體，在減少系統之中各類設備的同時減少了程序的開發數量，在整體上具備了以下幾個方面的優點：①取消了系統之中各個獨立元件之中影響時間響應的接口;②減少了系統之中的中間接口，極大地提升了系統運行的效率和穩定性;③系統中的編程進一步規范，便于進行修改和維護。SIMOTION系統的優點在運動復雜，對運動精度和速度要求較高的制造產業之中得到了較為廣泛的應用。1.2 SIMOTION硬件構成概述

現階段SIMOTION系統在發展過程中主要用到三種硬件平臺：①SIMOTION-C，其以控制器為基礎;②SIMOTION-P，其以計算機為基礎;③SIMOTION-D，其以驅動為基礎。以上三種硬件平臺均能夠實現SIMOTION系統的全部功能。每種硬件平臺具有自身的特點，適用于不同的生產領域。SIMOTION-C集成了數字量、模擬量的輸入和輸出，能夠同步進電機和液壓伺服機構進行有效的鏈接，還能夠借助S7-300進行擴展，適用于生產機械的改造過程之中。SIMOTION-P能夠對大量的數據實現有效的處理。具有USB接口、串口、并口，能夠與顯示器進行鏈接，最多能夠實現對64根軸的有效控制，此外還支持多種通信方式。SIMOTION-D內部集成了驅動控制單元，主要應用在緊湊化和模塊化的設計之中。

2 飲料包裝設備概述

2.1 機械結構概述

飲料廠家在完成產品生產之后主要借助人工裝箱的方式實現產品的包裝，隨著技術的不斷發展，自動裝箱機已經得到了較為廣泛的應用。常見的自動裝箱機械設備主要由兩個部分組成：①外包裝的輸送機構，例如送箱機構。該機構又由多個機械部件組成;②產品的輸送機構，即將企業生產完成的產品輸送到指定的位置。

2.2 飲料包裝機工藝

飲料在完成生產之后首先需要按照一定的要求排成一列并運輸到裝填工位上，工位上提前存放著飲料包裝箱。在控制系統的引導下裝填工位的機械結構和電子元件共同動作，將飲料成功的裝填到包裝箱之中。在完成裝填之后，再由運輸機構將裝填完成的包裝箱運輸到封箱機之中，由封箱機實現封箱，再將其運輸到成品存儲區。

3 SIMOTION系統在飲料包裝設備中的應用

3.1 控制系統構成

飲料包裝主要設備是裝箱機，其控制系統為SIMOTION，在大部分企業中通常采用X12連接口將SIMOTION同操作面板連接為一個整體，進而實現對系統的有效操控。在實際應用的過程之中可以根據X16接口進行有效的擴展，增強SIMOTION系統的數據處理和運算能力。SIMOTION本質上是對PLC運動控制系統和伺服驅動器的有效整合，進而使其能夠對電子元件和機械元件實現高精度高速控制，滿足了飲料包裝設備的工作需要。用戶在使用SIMOTION時可以調用系統之前已經構建完成的各種工具包，因此能夠快速便捷地創建飲料包裝設備的運行流程。現階段在飲料包裝設備之中的SIMOTION系統主要是SIMOTION-D，其是一個緊湊性驅動模塊，能夠實現對包裝機運行邏輯和運動過程的控制。

飲料包裝設備常用的電源是SLM智能型電源模塊，其是由三個交流電組合而成的直流電，能夠為包裝機之中的各個模塊提供運動的動力。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。智能模塊能夠根據各個模塊的實際需要，動態地調整輸出功率和電壓，進而在滿足各個模塊運動需求的同時，降低運動過程之中的能量損耗。

西門子SIMOTION系統能夠滿足對不同類型飲料進行包裝的需求。飲料包裝工藝和流程可以依據企業的實際需要進行調整。借助操作屏，操作人員可以對飲料的排列間距以及順序進行有效的控制。通常飲料包裝機械中的分道電機采用伺服控制，其動作精度較高，能夠準確地將飲料整列。為實現產品的高效準確裝填，飲料包裝設備采用導軌電缸實現裝填動作。飲料的裝填設備上采用了位置控制裝置，進而保證每瓶飲料都能夠在飲料包裝設備上進行準確的填裝作業。

西門子公司的SIMOTION系統內置了軟件研發設計的全部內容，在實際開發的過程之中具有軟硬件組態，在線檢測、編程等諸多的性能，便捷了操作人員學習系統應用和開發自身所需要的軟件程序。SIMOTION系統在初始應用時采用圖文的方式對用戶進行引導，降低了編程的難度，此外該系統還支持多種編程方式，豐富了編程人員的選擇。

3.2 控制系統完成的功能

SIMOTION系統在飲料包裝機中主要實現了以下幾個方面的控制。

3.2.1 對飲料包裝設備的整個工作流程進行控制

飲料包裝機在工作時由三個子程序進行控制：①分瓶;②裝填;③紙箱成型。

3.2.2 對飲料包裝設備的運動過程進行有效的控制

飲料包裝機在實現裝填的過程中，各個機構的運動全部由SIMOTION系統進行控制。

3.2.3 產品的分道整列

飲料包裝設備常用的傳動形式有兩種：①鏈式傳動，其運動過程中會存在誤差的積累。②帶式傳動，其運行過程中定位精度較低。為盡可能提高飲料包裝機的運動精度，通常選用鏈式傳動。鏈式傳動之中誤差的主要來源是定位誤差，進而導致分道板同進瓶隔板之間的連接精度下降。在飲料包裝機運行的過程中，為保證系統的安全平穩工作就必須要在該位置處設置獨立的光電傳感器，進而對分道板和進瓶隔板之間的連接精度實現實時監控。系統正常運行時分道板和進瓶隔板之間的距離應該控制在1.5 mm之內。當光電傳感器依據自身傳輸的信號確定分道板和進瓶隔板之間的間距大于1.5 mm時會自動告警并停止系統運行，維護人員可以對分道板和進瓶隔板的距離進行有效的調節，并對系統的運動精度進行調整。

3.3 產品裝填

飲料包裝設備在對于產品填裝中主要流程為電機回零、自動裝填、自動退出、手動裝填、手動退出。飲料包裝設備所使用的電機為填裝何服電機，電機所擁有的編碼器類型為多極旋變型，并不具備對于運行信息記憶工程，但是在裝箱機上必須安裝伺服電機設定裝置，設定運動零點。西門子設計人員在對于飲料包裝設備研究中，在電缸上安裝了電感式開關，承擔起伺服電機零點信號的作用。裝箱機在實際運行中，操作板面上裝填何服電機會提示未對零點的信號。只有工作人員在對伺服電機上零點進行設置后，裝箱機才能夠正常穩定運行。

4 結束語

SIMOTION系統的出現解決了復雜機械系統的控制問題，減少了企業在復雜機械生產系統中的投入，提升了企業的運行效率。西門子推出SIMOTION運動控制系統的主要對象就是中國的飲料企業，在西門子公司與我國飲料企業不斷的完善升級中，SIMOTION所具有的性能越加完善，深入研究SIMOTION系統的特點，以及在飲料自動包裝機械之中具體發揮的作用，對于進一步發揮SIMOTION系統自身的優勢，提升企業的生產效率具有非常重要的意義。

參考文獻

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