FISHER-ROSEMOUNT DELTA V 12P2471X042 MODULE w/ TERMINAL

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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(kāi)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zui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*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(xiàn)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(xiàn)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*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

3 Lenze解決方案

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(xiàn)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?；隍?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(chē)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(hù)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(xiàn)接口以及8 路開(kāi)關(guān)量輸入、4 路開(kāi)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(mǎn)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。

圖2 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

3.3 實(shí)現(xiàn)的主要功能

Lenze結(jié)合客戶(hù)工藝要求和產(chǎn)品特點(diǎn)主要實(shí)現(xiàn)的功能有：  

（1）虛軸控制：采用虛軸作為主軸，可使各實(shí)軸*同步于虛軸。虛軸選用慣量zui大 的旋蓋機(jī)，可確保虛軸的控制擁有合理的速度及加速度。此外，各從軸*同步于虛軸。    

（2）斷電同步停車(chē)：斷電同步停車(chē)功能可用于應(yīng)用生產(chǎn)線(xiàn)意外斷電情況。各不同慣量 的實(shí)軸可以同步停車(chē)。其主要原理是將機(jī)械的慣性動(dòng)能轉(zhuǎn)化為伺服的電能，再給電機(jī)制動(dòng)。 此功能必須要求伺服的控制回路一直有24V控制電源和伺服之間的直流電源并聯(lián)。

（3）自動(dòng)回歸同步：設(shè)備要求在運(yùn)行過(guò)程中各從軸之間一定要相位同步運(yùn)行，避免各 瓶夾之間錯(cuò)位運(yùn)行，從而損害瓶夾。因此在設(shè)備運(yùn)行前，伺服會(huì)自動(dòng)檢測(cè)各伺服之間的位 置。如不在同步位，啟動(dòng)時(shí)伺服會(huì)按zui短瓶夾距回歸同步位，然后再同步運(yùn)行。當(dāng)然通過(guò) 觀察監(jiān)控系統(tǒng)的同步狀態(tài)指示燈，如不在同步位，也可一鍵回歸回步位。

（4）零點(diǎn)設(shè)定：設(shè)備的零點(diǎn)設(shè)定采用手動(dòng)設(shè)定零點(diǎn)方式。由于未安裝零點(diǎn)開(kāi)關(guān)，設(shè)備 設(shè)定零點(diǎn)需由操作工通過(guò)人眼觀察逐個(gè)設(shè)定零點(diǎn)。伺服本身具備零點(diǎn)自動(dòng)保存功能，因此 在完成零點(diǎn)設(shè)定后均可自動(dòng)記憶零點(diǎn)，除非人為拆卸伺服電機(jī)或者在伺服斷電情況下進(jìn)行 手動(dòng)盤(pán)車(chē)伺服。

（5）實(shí)時(shí)誤差檢測(cè)：同步精度是設(shè)備正常運(yùn)行的一個(gè)重要指標(biāo)。每臺(tái)伺服程序均設(shè)有 實(shí)時(shí)的誤差監(jiān)控，伺服可通過(guò)伺服編碼器的位置和伺服控制器中虛軸的位置進(jìn)行比較。比 較指令每毫秒進(jìn)行一次，這樣設(shè)備運(yùn)行中如發(fā)現(xiàn)每毫秒出差位置誤差，設(shè)備即可立刻進(jìn)入 停車(chē)程序。

3.4 Lenze亮點(diǎn)

（1）擯棄了傳統(tǒng)的機(jī)械聯(lián)軸式傳動(dòng)，采用分離式伺服實(shí)現(xiàn)設(shè)備的高速和高精度。

（2）采用9400智能伺服控制器，其內(nèi)部可支持Modular 工作方式，以瓶位為周期 單位，有效避免計(jì)算誤差及累積誤差的產(chǎn)生。

（3）智能伺服控制器可獨(dú)立完成運(yùn)動(dòng)控制，為*控制器減輕負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)邏輯 分開(kāi)，增加了系統(tǒng)的可靠性及靈活性。

（4） 直流母線(xiàn)共享技術(shù)及伺服的能量回饋原理，為實(shí)現(xiàn)同步斷電停車(chē)帶來(lái)了必要保障。

（5）高效的MCA伺服電機(jī)及高品質(zhì)的減速機(jī)為設(shè)備提供了高精度的機(jī)械驅(qū)動(dòng)及靈活 可靠的安裝方式。

（6）專(zhuān)業(yè)獨(dú)立的服務(wù)團(tuán)隊(duì)及銷(xiāo)售人員，為客戶(hù)量身打造有競(jìng)爭(zhēng)力和zui的灌裝 設(shè)備。

4 展望

無(wú)菌冷灌裝工藝因其可有效保護(hù)營(yíng)養(yǎng)的完整性，確保飲料的原汁原味而備受青睞。目 前無(wú)菌冷灌裝生產(chǎn)線(xiàn)在國(guó)內(nèi)仍處于起步階段，面向未來(lái)巨大的消費(fèi)市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿?，無(wú)菌冷 灌裝生產(chǎn)線(xiàn)必將向高速、安全方向發(fā)展。

高速的生產(chǎn)線(xiàn)意味著在同等的生產(chǎn)級(jí)及工作車(chē)間投入條件下能夠帶來(lái)更大的生產(chǎn)能力。 目前國(guó)內(nèi)無(wú)菌生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)速度平均為42000瓶/小時(shí)，已達(dá)到*水平。傳統(tǒng)的機(jī)械 聯(lián)軸式生產(chǎn)線(xiàn)由于其機(jī)械磨損及精度的原因，速度已不能滿(mǎn)足工藝要求。因此，采用分離 式伺服傳動(dòng)系統(tǒng)是目前可實(shí)現(xiàn)高速生產(chǎn)線(xiàn)的一個(gè)重要因素。隨著日新月異的工藝要求，無(wú) 菌冷灌裝生產(chǎn)線(xiàn)未來(lái)將進(jìn)一步向更加分離式及更多的伺服系統(tǒng)投入方向發(fā)展，從而進(jìn)一步 提升生產(chǎn)速度。

安全的生產(chǎn)線(xiàn)是人們喝到健康飲料的前提。由于沒(méi)有高溫殺菌的環(huán)節(jié)，這就要求無(wú)菌 冷灌裝生產(chǎn)線(xiàn)必須從機(jī)械設(shè)計(jì)角度實(shí)現(xiàn)無(wú)菌環(huán)境，如灌裝凈化室必須達(dá)到100級(jí)以上的空 氣凈化要求，灌裝閥門(mén)結(jié)構(gòu)還必須簡(jiǎn)單，易于清洗，并確保閥內(nèi)無(wú)夾縫等衛(wèi)生死角。無(wú)菌 冷灌裝生產(chǎn)線(xiàn)必須著重于優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝方法，向無(wú)菌、安全方向發(fā)展。

總之，在未來(lái)的飲料行業(yè)，無(wú)菌冷灌裝生產(chǎn)線(xiàn)憑借其多種優(yōu)勢(shì)，必將灌裝生產(chǎn)線(xiàn) 的技術(shù)潮流，成為一種重要的飲料生產(chǎn)方式。

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