無菌冷灌裝生產線上的自動化技術
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隨著 PET 瓶包裝在世界范圍的蓬勃發(fā)展，國內外大型包裝設備制造企業(yè)開始致力于熱 灌裝技術逐漸轉向超高溫滅菌后的無菌冷灌裝技術，這將為傳統(tǒng)的PET瓶灌裝技術帶來一 場革命，已成為國際上果汁和軟飲料發(fā)展的主要趨勢。
采用 PET 瓶無菌冷灌裝生產的飲料，具有口味更新鮮、營養(yǎng)更豐富、使用更安全等優(yōu) 點。與熱灌裝相比，可減少包裝材料成本。瓶子的形狀也可隨意變換并降低熱應力，有利 于包裝的外觀設計。產品還能夠最大限度地保證產品的自然風味，迎合市場需求。采用無 菌冷灌裝也可延長產品的貨架保質期。由于設備本身具備嚴格的消毒、滅菌程序及百級的 灌裝無菌環(huán)境，產品包裝的無菌條件可得到極好的保障。
2 無菌冷灌裝設備的構成
無菌冷灌裝設備是灌裝生產線中重要的組成部分，主要負責原料的無菌灌裝，主要包 括：殺菌機、沖瓶機、行星輪、灌裝機和旋蓋機。殺菌機：在無菌冷灌裝生產線中，瓶子 在灌裝之前要達到并保持無菌狀態(tài)。為達到此目的，瓶子在兩臺殺菌機中利用殺菌液進行 瓶子的內、外部殺菌，采用兩臺殺菌機是為了保證殺菌液的能夠有效的殺死殺菌的時間， 以達到徹底殺菌的目的。沖瓶機：殺菌后的瓶子在沖洗機處采用無菌水進行沖洗，其目的 是清除瓶子內殘留的殺菌液。行星輪：行星輪是連接各個單元的中間機構，其上面安裝瓶 夾，用于將瓶子送往各個單元。灌裝機：灌裝機就是將已經處理好的無菌的瓶中灌注所需 容量的無菌產品的設備。旋蓋機：旋蓋機將灌裝好產品的瓶子，進行自動旋蓋。（詳見下 面圖1無菌冷灌裝工藝流程圖）
圖 1 無菌冷灌裝工藝流程圖
此Lenze解決方案采用伺服分離式進行傳動，生產速度可達4 萬瓶每小時，精度小于 0.05 瓶。Lenze針對無菌冷灌裝生產線的設置要求，提供了基于驅動器的控制系統(tǒng)這一解 決方案?；隍寗悠鞯目刂葡到y(tǒng)解決方案具有運動控制程序模塊化的突出優(yōu)勢，驅動器本 身不僅可作為伺服電機的驅動單元，同時也支持多種PLC 編程語言。所有與運動相關的邏 輯控制均可由伺服控制器來完成，如尋零控制、自動回歸同步位、虛軸控制、斷電同步停 車以及伺服的邏輯控制等功能。這樣上位機只需通過通訊模塊或者外部端子發(fā)送簡單的控 制指令即可實施命令。這種方式減輕了上位機的運行負擔，也保證了復雜運動控制器的穩(wěn) 定性。用戶只需選擇合適的PLC完成邏輯控制即可，從而讓方案更加靈活、穩(wěn)定和可靠。
3.1 Lenze主要產品
（1）9400伺服：9400系列伺服是Lenze新一代高端伺服系列產品，分為單軸和多 軸兩種系列。產品采用32 位操作系統(tǒng)以確保伺服的高效穩(wěn)定運行，產品內部可支持 Modular 工作方式和余數補償機制，有效避免了計算誤差和累積誤差的產生。此外，9400 還采用簡單易學的CFC 編程語言，具有多任務處理系統(tǒng)，并使用全新的安裝方式，具有模塊化設計，易于集成等優(yōu)點，并且標配CAN 總線接口以及8 路開關量輸入、4 路開關量輸 出、2 路模擬量輸入和2 路模擬量輸出，同時，它還配有兩個通訊擴展端口，可安裝 Ethernet、CanOpen、DeviceNet、EtherCAT、EtherNet、EthernetPowerlink (MN + CN)、InterBus 和Digital frequency等模塊。
（2）GKS系列異步伺服減速電機：該產品由Lenze 的MCA減速電機結合G系列減 速機組成，具有精度高，耐沖擊，壽命長等優(yōu)點。此系列采用直交軸輸出方式，支持實心 軸和空心軸兩種安裝方式。本文所列解決方案采用空心軸輸出方式。異步伺服和同步伺服 可應用于不同的應用場合。由于灌裝設備具有慣量大和連續(xù)運行的工作方式，異步伺服的 高慣量匹配度的功能非常適合該設備的運行。在相同功率下，異步伺服在相位同步精度與 同步伺服相比更為出色。此系列伺服在無論低速或高速運行條件下均能滿足設備要求的控 制精度（大約2mm），可有效避免低速運行下的抖動問題。
3.2 Lenze解決方案
Lenze 使用 6 臺 9400 伺服控制器作為運動控制的核心，用于殺菌 1、殺菌 2、沖瓶機、 行星輪、灌裝機和旋蓋機部分的運動控制。此方案采用共虛軸工作模式，其它各實軸，同 步于虛軸。虛軸選取慣量較大的旋蓋機設備作為虛擬主軸，各軸之間采用周期性工作模式 同步于虛軸，對于周期性工作模式，Lenze伺服具有余數補償機制，可有效避免累積誤差 的產生。本方案采用以太網進行伺服與上位機的通信，具體請參見圖2系統(tǒng)拓撲圖。
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