無(wú)菌冷灌裝生產(chǎn)線上的自動(dòng)化技術(shù)
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隨著 PET 瓶包裝在世界范圍的蓬勃發(fā)展，國(guó)內(nèi)外大型包裝設(shè)備制造企業(yè)開始致力于熱 灌裝技術(shù)逐漸轉(zhuǎn)向超高溫滅菌后的無(wú)菌冷灌裝技術(shù)，這將為傳統(tǒng)的PET瓶灌裝技術(shù)帶來(lái)一 場(chǎng)革命，已成為國(guó)際上果汁和軟飲料發(fā)展的主要趨勢(shì)。
采用 PET 瓶無(wú)菌冷灌裝生產(chǎn)的飲料，具有口味更新鮮、營(yíng)養(yǎng)更豐富、使用更安全等優(yōu) 點(diǎn)。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(yīng)力，有利 于包裝的外觀設(shè)計(jì)。產(chǎn)品還能夠最大限度地保證產(chǎn)品的自然風(fēng)味，迎合市場(chǎng)需求。采用無(wú) 菌冷灌裝也可延長(zhǎng)產(chǎn)品的貨架保質(zhì)期。由于設(shè)備本身具備嚴(yán)格的消毒、滅菌程序及百級(jí)的 灌裝無(wú)菌環(huán)境，產(chǎn)品包裝的無(wú)菌條件可得到極好的保障。
2 無(wú)菌冷灌裝設(shè)備的構(gòu)成
無(wú)菌冷灌裝設(shè)備是灌裝生產(chǎn)線中重要的組成部分，主要負(fù)責(zé)原料的無(wú)菌灌裝，主要包 括：殺菌機(jī)、沖瓶機(jī)、行星輪、灌裝機(jī)和旋蓋機(jī)。殺菌機(jī)：在無(wú)菌冷灌裝生產(chǎn)線中，瓶子 在灌裝之前要達(dá)到并保持無(wú)菌狀態(tài)。為達(dá)到此目的，瓶子在兩臺(tái)殺菌機(jī)中利用殺菌液進(jìn)行 瓶子的內(nèi)、外部殺菌，采用兩臺(tái)殺菌機(jī)是為了保證殺菌液的能夠有效的殺死殺菌的時(shí)間， 以達(dá)到徹底殺菌的目的。沖瓶機(jī)：殺菌后的瓶子在沖洗機(jī)處采用無(wú)菌水進(jìn)行沖洗，其目的 是清除瓶子內(nèi)殘留的殺菌液。行星輪：行星輪是連接各個(gè)單元的中間機(jī)構(gòu)，其上面安裝瓶 夾，用于將瓶子送往各個(gè)單元。灌裝機(jī)：灌裝機(jī)就是將已經(jīng)處理好的無(wú)菌的瓶中灌注所需 容量的無(wú)菌產(chǎn)品的設(shè)備。旋蓋機(jī)：旋蓋機(jī)將灌裝好產(chǎn)品的瓶子，進(jìn)行自動(dòng)旋蓋。（詳見(jiàn)下 面圖1無(wú)菌冷灌裝工藝流程圖）
圖 1 無(wú)菌冷灌裝工藝流程圖
此Lenze解決方案采用伺服分離式進(jìn)行傳動(dòng)，生產(chǎn)速度可達(dá)4 萬(wàn)瓶每小時(shí)，精度小于 0.05 瓶。Lenze針對(duì)無(wú)菌冷灌裝生產(chǎn)線的設(shè)置要求，提供了基于驅(qū)動(dòng)器的控制系統(tǒng)這一解 決方案。基于驅(qū)動(dòng)器的控制系統(tǒng)解決方案具有運(yùn)動(dòng)控制程序模塊化的突出優(yōu)勢(shì)，驅(qū)動(dòng)器本 身不僅可作為伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)單元，同時(shí)也支持多種PLC 編程語(yǔ)言。所有與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的邏 輯控制均可由伺服控制器來(lái)完成，如尋零控制、自動(dòng)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(jī)只需通過(guò)通訊模塊或者外部端子發(fā)送簡(jiǎn)單的控 制指令即可實(shí)施命令。這種方式減輕了上位機(jī)的運(yùn)行負(fù)擔(dān)，也保證了復(fù)雜運(yùn)動(dòng)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(chǎn)品
（1）9400伺服：9400系列伺服是Lenze新一代高端伺服系列產(chǎn)品，分為單軸和多 軸兩種系列。產(chǎn)品采用32 位操作系統(tǒng)以確保伺服的高效穩(wěn)定運(yùn)行，產(chǎn)品內(nèi)部可支持 Modular 工作方式和余數(shù)補(bǔ)償機(jī)制，有效避免了計(jì)算誤差和累積誤差的產(chǎn)生。此外，9400 還采用簡(jiǎn)單易學(xué)的CFC 編程語(yǔ)言，具有多任務(wù)處理系統(tǒng)，并使用全新的安裝方式，具有模塊化設(shè)計(jì)，易于集成等優(yōu)點(diǎn)，并且標(biāo)配CAN 總線接口以及8 路開關(guān)量輸入、4 路開關(guān)量輸 出、2 路模擬量輸入和2 路模擬量輸出，同時(shí)，它還配有兩個(gè)通訊擴(kuò)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(jī)：該產(chǎn)品由Lenze 的MCA減速電機(jī)結(jié)合G系列減 速機(jī)組成，具有精度高，耐沖擊，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。此系列采用直交軸輸出方式，支持實(shí)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(yīng)用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。由于灌裝設(shè)備具有慣量大和連續(xù)運(yùn)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(shè)備的運(yùn)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(wú)論低速或高速運(yùn)行條件下均能滿足設(shè)備要求的控 制精度（大約2mm），可有效避免低速運(yùn)行下的抖動(dòng)問(wèn)題。
3.2 Lenze解決方案
Lenze 使用 6 臺(tái) 9400 伺服控制器作為運(yùn)動(dòng)控制的核心，用于殺菌 1、殺菌 2、沖瓶機(jī)、 行星輪、灌裝機(jī)和旋蓋機(jī)部分的運(yùn)動(dòng)控制。此方案采用共虛軸工作模式，其它各實(shí)軸，同 步于虛軸。虛軸選取慣量較大的旋蓋機(jī)設(shè)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(duì)于周期性工作模式，Lenze伺服具有余數(shù)補(bǔ)償機(jī)制，可有效避免累積誤差 的產(chǎn)生。本方案采用以太網(wǎng)進(jìn)行伺服與上位機(jī)的通信，具體請(qǐng)參見(jiàn)圖2系統(tǒng)拓?fù)鋱D。
評(píng)論