Servomotor pro balicí stroj: Kompletní průvodce výběrem, integrací a výkonem

Balicí stroj může zvenku vypadat jednoduše, ale pohyb uvnitř není jednoduchý.

Film se musí posunout na správnou délku. Produkty se musí dostat na správnou pozici. Plnicí mechanismy musí sledovat opakovatelný cyklus. Řezání a těsnění musí proběhnout ve správný okamžik. Při vyšších rychlostech výroby může i malá chyba pohybu vést ke špatným těsněním, nepřesnému řezání, plýtvání obalovým materiálem nebo odmítnutým produktům.

Toto je místo aservomotor pro balicí stroje se stává důležitým.

Servomotor není pouhou náhradou konvenčního motoru. Stává se součástí pohybového-systému stroje a spolupracuje se servopohonem, kodérem, ovladačem, mechanickou převodovkou a senzory.

Tato příručka má odlišný přístup od základního představení produktu. Namísto pouhé diskuse o točivém momentu a rychlosti se zaměřuje na to, kde se servomotory používají v balicích zařízeních, jak by měl být motor integrován, jaké problémy může vyřešit a co by kupující měli zkontrolovat před nákupem.

Čím se balicí stroje liší?

Balicí stroje mají jednu hlavní charakteristiku, která je odlišuje od mnoha obecných průmyslových strojů:

Stroj opakuje stejný pohyb tisíckrát nebo dokonce milionkrát.

Typický cyklus balení může vypadat takto:

Posuv → Pozice → Naplnit → Těsnění → Řez → Vybití → Opakovat

Při nízké rychlosti nemusí být malá chyba polohování zřejmá.

Při vysoké rychlosti se však stejná chyba může stát stokrát za hodinu.

To znamená, že motory balicích{0}}strojů musí poskytovat více než jen základní rotaci. Potřebují dodat:

• Opakovatelný pohyb
• Rychlá odezva
• Řízené zrychlení
• Přesné zastavení
• Stabilní rychlost
• Synchronizace s ostatními osami
• Spolehlivý provoz během dlouhých výrobních cyklů

To je důvod, proč jsou servomotory široce používány v moderních balicích zařízeních.

Kde se používají servomotory v balicích strojích?

Jednou z největších chyb při výběru servomotoru je pohlížet na balicí stroj jako na jeden kompletní systém.

Ve skutečnosti může mít balicí stroj několik nezávislých pohybových os.

Každá osa může mít úplně jiné požadavky.

Mezi běžné servo-funkce patří:

• Krmení filmu
• Krmení produktu
• Pohyb dopravníku
• Plnicí
• Řezání
• Mechanismy tepelného-těsnění
• Výdej štítků
• Uzavření
• Formování kartonu
• Zavírání kartonu
• Rotační indexování
• Vyberte-a{1}}umístěte mechanismy

Osa podávání filmu- může upřednostňovat přesné řízení délky.

Řezná osa může vyžadovat extrémně rychlé zrychlení a zpomalení.

Osa dopravníku může upřednostňovat plynulé řízení rychlosti.

Plnicí osa může vyžadovat přesné umístění a opakovatelnost.

Správná otázka tedy není:

"Jaký servomotor bych měl použít pro svůj balicí stroj?"

Lepší otázka je:

"Co každá pohybová osa potřebuje, aby dělal servomotor?"

Servomotor vs standardní motor pro balicí zařízení

Běžný indukční motor může být dobrým řešením pro jednoduché aplikace s nepřetržitým{0}}pohybem.

Pokud například dopravník potřebuje běžet pouze relativně konstantní rychlostí, nemusí být důvod používat sofistikovaný servosystém.

Situace se změní, když stroj potřebuje řízený pohyb.

Standardní motor

Konvenční motor je obecně vhodný, když aplikace vyžaduje hlavně:

• Nepřetržité otáčení
• Jednoduché ovládání rychlosti
• Nízké požadavky na umístění
• Relativně stabilní podmínky zatížení

Servomotor

Servomotor se stává atraktivnějším, když stroj vyžaduje:

• Přesné polohování
• Časté zrychlování a zpomalování
• Elektronická synchronizace
• Rychlá odezva
• Opakovatelné indexování
• Variabilní pohybové profily
• Zpětná vazba-uzavřená smyčka

Toto rozlišení může výrobcům pomoci vyhnout se jak nedostatečnému{0}}upřesnění, tak nadměrnému{1}}specifikování stroje.

Skutečná výhoda servomotoru v balení

Největší výhodou není pouze „vysoká přesnost“.

Skutečnou výhodou je kontrolovaný a opakovatelný pohyb.

Zvažte aplikaci-na podávání filmu.

Stroj může potřebovat podat přesně určitou délku fólie, zastavit, nechat pracovat jiný mechanismus a pak znovu spustit.

Pokud motor podávání běží příliš daleko, balení se příliš prodlužuje.

Pokud se zastaví příliš brzy, balíček se příliš zkrátí.

Pokud se motorická odezva během zrychlení změní, film může také zaznamenat nekonzistentní napětí.

Servosystém může nepřetržitě sledovat pohyb motoru prostřednictvím zpětné vazby a upravovat pohyb podle přikázané polohy a rychlosti.

To je zvláště cenné u balicích strojů s vysokým{0}}cyklem.

Oba inženýři by měli sledovat tři charakteristiky pohybu

Při hodnocení servomotoru si zaslouží zvláštní pozornost tři charakteristiky:

Dynamická odezva

Jak rychle může motor reagovat na změnu příkazu?

Opakovatelnost

Může motor provádět stejný pohyb konzistentně od cyklu k cyklu?

Synchronizace

Dokáže si motor udržet správný vztah k ostatním osám stroje?

Tyto vlastnosti mohou mít přímý vliv na kvalitu výroby.

Balicí stroj nepohání vždy jeden motor.

Několik mechanismů se často musí pohybovat společně.

Synchronizace s více osami-je důležitým faktorem

Moderní balicí zařízení často používá více servomotorů.

Například:

• Servo 1 řídí podávání filmu.
• Servo 2 řídí řezání.
• Servo 3 řídí podávání produktu.
• Servo 4 řídí plnění.
• Servo 5 ovládá popisování.
• Tyto osy nemohou fungovat samostatně.
• Jejich načasování je třeba koordinovat.

Pokud se fólie pohybuje rychleji a řezací mechanismus se odpovídajícím způsobem nenastaví, může se změnit poloha řezu.

Pokud není dopravník produktu synchronizován s plnicím mechanismem, pozice plnění může být nekonzistentní.

Proto by měl být servomotor hodnocen společně s:

• Servopohon
• Pohybový ovladač
• Kodér
• Komunikační síť
• Senzory
• Mechanická převodovka

Toto je rozhodnutí na systémové{0}}úrovni, nikoli pouze o nákupu motoru.

Výběr servomotoru pro podávání filmu

Podavač filmu je jednou z nejnáročnějších aplikací, protože motor potřebuje ovládat pohyb i časování.

Motor může potřebovat:

• Zrychlete film
• Udržujte požadovanou rychlost
• Zastavte se na konkrétní pozici
• Počkejte na další akci stroje
• Znovu zrychlit
• Opakujte průběžně

Situace se zkomplikuje při změně obalového materiálu.

Různé filmy mohou mít různé:

• Tloušťka
• Povrchové tření
• Pružnost
• Pevnost v tahu
• Průměr role

Tyto rozdíly ovlivňují mechanické zatížení.

Motor, který dobře funguje s jedním obalovým materiálem, může vyžadovat jiné parametry pohybu s jiným.

Jak průměr role fólie ovlivňuje výběr servomotoru

Toto je praktický bod, který lze snadno přehlédnout.

Jak se role balicí fólie zmenšuje, mění se její rotační charakteristiky.

Motor proto může během výrobního cyklu vykazovat různé podmínky setrvačnosti.

To může ovlivnit:

• Akcelerace
• Zpomalení
• Filmové napětí
• Odezva motoru

U aplikací využívajících velké role fólie je třeba při dimenzování servomotoru vzít v úvahu stav celé role.

Motor by neměl být vybírán pouze podle stavu prázdné role nebo plné role, aniž by bylo zváženo, jak stroj během cyklu funguje.

Servomotor pro řezací mechanismy

Řezací systémy často vyžadují rychlý a synchronizovaný pohyb.

Motor může ovládat:

• Rotační nože
• Příčné řezačky
• Řezačky na gilotinu
• Létající frézy

Typický cyklus může zahrnovat:

Zrychlit → Synchronizovat → Vyjmout → Zpět → Opakovat

Motor proto potřebuje dobrou dynamickou odezvu.

Důležitá je také mechanická konstrukce.

Pokud má řezací mechanismus nadměrnou vůli, vůli nebo vibrace, samotné zvýšení rozlišení kodéru problém nevyřeší.

Pro vysoké-řezání by motor a mechanický mechanismus měly být navrženy společně.

Servomotor pro plnění aplikací

Plnicí zařízení má jiné požadavky než podávání filmu.

V závislosti na produktu a konstrukci stroje může servomotor ovládat:

• Pohyb pístu
• Šnekové podávání
• Rotace čerpadla
• Rotační plnění
• Dávkovací mechanismy

Zde je opakovatelnost často důležitější než maximální otáčky motoru.

Pokud například stroj potřebuje dávkovat konzistentní množství materiálu, servomotor musí provádět stejný pohyb přesně v opakovaných cyklech.

Ideální motor tedy silně závisí na plnicím mechanismu.

Servomotor pro etiketovací zařízení

Etiketovací stroje vyžadují synchronizaci mezi produktem a etiketou.

Servomotor může ovládat roli etiket, zatímco senzory detekují polohu produktu.

Ovladač poté upraví pohyb motoru tak, aby byla zachována požadovaná poloha štítku.

To vyžaduje:

• Rychlá zpětná vazba
• Stabilní rychlost
• Přesné polohování
• Dobrá odezva na zrychlení

Pokud stroj pracuje vysokou rychlostí, je důležitá doba odezvy celého řídicího systému.

Samotný motor nemůže kompenzovat pomalý snímač, špatnou konfiguraci ovladače nebo nadměrnou mechanickou vůli.

Servomotor pro rotační balicí zařízení

Rotační balicí stroje zavádějí další požadavek:

Přesnost indexování.

Otočný mechanismus může potřebovat posunout se o určitý úhel, zastavit se, provést operaci a poté se přesunout na další stanici.

Příklady:

• Rotační plnicí stroje
• Rotační uzavírací stroje
• Rotační uzavírací stroje
• Otočné indexovací stoly

V těchto aplikacích musí motor ovládat obě:

• Úhlová poloha
• Časování pohybu

Setrvačnost zatížení je zvláště důležitá, když je otočný stůl velký nebo nese více produktů.

Jak vybrat správný servomotor pro balicí zařízení

Spíše než spouštění motorem použijte následující proces výběru.

Krok 1: Definujte pohyb stroje

Požádat:

• co se pohybuje?
• Jak daleko se pohybuje?
• Jak rychle se musí pohybovat?
• Jak často se zastaví?
• Obrátí se to?
• Potřebuje synchronizaci?

Krok 2: Určete zatížení

Identifikovat:

• Hmotnost produktu
• Hmotnost válečku
• Hmotnost role filmu
• Hmota pohyblivého mechanismu
• Tření
• Mechanická odolnost
• Nedívejte se pouze na hmotnost produktu.

Krok 3: Určete pohybový profil

Užitečný pohybový profil by měl obsahovat:

• Startovací rychlost
• Provozní rychlost
• Maximální rychlost
• Doba zrychlení
• Doba zpomalení
• Doba setrvání
• Frekvence cyklu

Tato informace je velmi užitečná pro dimenzování serva.

Krok 4: Vyhodnoťte přenos

Zkontrolujte, zda motor pohání zátěž přes:

• Převodovka
• Pás
• Kladka
• Řetěz
• Šroub
• Spojka

Převodový poměr a účinnost ovlivňují skutečné požadavky motoru.

Krok 5: Vypočítejte setrvačnost

U balicích zařízení s válečky, kotouči, otočnými stoly nebo řezačkami je třeba pečlivě zvážit setrvačnost zatížení.

Vysoká setrvačnost může zvýšit požadavky na točivý moment zrychlení a ovlivnit dobu ustálení.

Krok 6: Určete požadavky na umístění

Požádat:

• Jak přesná musí být konečná pozice?
• Jak opakovatelný musí být pohyb?
• Je zpětná reakce přijatelná?
• Je vyžadována zpětná vazba-ve vysokém rozlišení?

To pomáhá určit vhodný kodér a mechanickou konfiguraci.

Jaký výkon servomotoru potřebuje balicí stroj?

Univerzální odpověď neexistuje.

Malý etiketovací stroj může vyžadovat relativně malý servomotor.

Těžká-balicí linka s velkými válečky nebo-mechanismy s vysokou setrvačností může vyžadovat podstatně větší točivý moment a výkon.

Dva stroje se stejnou výrobní rychlostí mohou mít zcela odlišné požadavky na motor.

Například:

Stroj A

Lehký film

Malý váleček

Nízká setrvačnost

Mírné zrychlení

Stroj B

Těžký obalový materiál

Velký váleček

Vysoká setrvačnost

Velmi rychlé zrychlení

Oba mohou pracovat při stejných otáčkách, ale stroj B může vyžadovat podstatně větší točivý moment motoru.

To je důvod, proč výběr motoru jednoduše proto, že jiný stroj používá stejný jmenovitý výkon, není spolehlivou metodou dimenzování.

Jak velký točivý moment servomotoru je dostatečný?

Začněte s nepřetržitou zátěží.

Poté zvažte další točivý moment potřebný pro:

• Akcelerace
• Tření
• Setrvačnost
• Gravitace
• Přenosové ztráty

Poté zkontrolujte maximální točivý moment motoru.

Důležité je porovnatpožadovaný točivý moment při požadovaných otáčkáchse skutečnou křivkou točivého momentu motoru-.

Motor může mít vysoký špičkový točivý moment, ale přesto může být nevhodný, pokud tento moment není k dispozici při požadovaných provozních otáčkách.

Proč může být problémem i předimenzování

Někteří výrobci balicích strojů záměrně volí motor mnohem větší, než je požadováno.

To se může zdát bezpečnější, ale není to vždy dobré technické rozhodnutí.

Předimenzovaný motor může zvýšit:

• Náklady na vybavení
• Cena servopohonu
• Setrvačnost motoru
• Elektrické požadavky
• Mechanické rozměry

Může také ztížit vyladění systému.

Cílem není koupit největší servomotor.

Cílem je vybrat motor s dostatečným výkonem, který spolehlivě zvládne skutečné provozní podmínky.

A co servomotory 24V, 48V a 220V?

Správné napětí závisí na elektrické architektuře stroje.

Servomotor 24V

Vhodné pro aplikace, kde stroj již používá nízkonapěťový stejnosměrný systém.

Mezi typické příklady patří:

Kompaktní automatizace

Mobilní zařízení

Baterií-napájené stroje

Servomotor 48V

Užitečné, když je vyžadováno více energie při zachování relativně nízkonapěťové architektury DC-.

To může být atraktivní pro určité mobilní nebo kompaktní průmyslové systémy.

Servomotor 220V

Běžné v průmyslových balicích zařízeních, kde je vyžadován vyšší výkon.

Napětí by mělo vždy odpovídat servopohonu a celé elektrické soustavě.

Výběr kodéru pro balicí stroje

Kodér poskytuje zpětnou vazbu servosystému.

Při výběru zpětné vazby kodéru zvažte:

• Rezoluce
• Požadavky na pozici
• Rychlost
• Kompatibilita ovladače
• Absolutní nebo přírůstková zpětná vazba

Vyšší rozlišení kodéru však není automaticky lepší.

Pokud má stroj:

• Nadměrná vůle
• Pružné pásy
• Špatná spojka
• Mechanické vibrace
• skutečná přesnost systému může být stále omezená.

Kodér by proto měl být vybrán společně s mechanickou konstrukcí.

Kdy je potřeba servo brzda?

Brzda může být užitečná, když servomotor ovládá vertikální osu nebo jiný mechanismus, který musí zůstat v klidu, když je odpojeno napájení.

Například:

• Vertikální balicí mechanismy
• Zvedací systémy
• Výškově-nastavitelné stanice

Brzda by však neměla být považována za jediné bezpečnostní opatření.

Kompletní bezpečnostní konstrukce stroje by měla určovat, jak jsou břemena bezpečně držena.

Jak pracovní cyklus ovlivňuje výběr servomotoru

Balicí stroje mohou běžet nepřetržitě po mnoho hodin.

Motor může opakovaně:

• Urychlit
• Běh
• Zpomalit
• Zastávka
• Restartujte

I když je maximální točivý moment přijatelný, opakované cykly mohou vytvářet značné teplo.

Proto vyhodnoťte:

• Doba cyklu
• Počet cyklů za minutu
• Frekvence zrychlení
• Frekvence zpomalování
• Nepřetržitý provozní čas

Motor vhodný pro přerušovaný provoz nemusí být vhodný pro nepřetržitou-výrobu s vysokým cyklem.

Servomotor balicího stroje: Běžné problémy a jejich příčiny

Problém 1: Délka filmu je nekonzistentní

Mezi možné příčiny patří:

Nesprávné naladění serva

Skluz filmu

Mechanická vůle

Nesprávná zpětná vazba kodéru

Změna napětí filmu

Nepředpokládejte okamžitě, že je motor příliš malý.

Problém 2: Motor se přehřívá

Mezi možné příčiny patří:

Nedostatečný trvalý točivý moment

Přílišné zrychlení

Vysoké tření

Špatné chlazení

Nadměrný pracovní cyklus

Je třeba zkontrolovat úplný profil zatížení.

Problém 3: Stroj během zrychlování vibruje

Mezi možné příčiny patří:

Nadměrná setrvačnost zátěže

Špatné naladění serva

Mechanická rezonance

Pružná spojka

Nesprávné dimenzování motoru

Opět platí, že výměna motoru za větší nemusí vyřešit základní problém.

Problém 4: Poloha řezu je nesprávná

Mezi možné příčiny patří:

Špatná synchronizace

Chyba kodéru

Mechanická vůle

Časování snímače

Nesprávné parametry pohybu

Toto je dobrý příklad toho, proč by se s pohybem balicích{0} strojů mělo zacházet jako s kompletním systémem.

Jak Auric přistupuje k servomotorům pro balicí stroje

Pro výrobce balicích strojů je servomotor jen zřídka izolovanou součástí.

Musí odpovídat mechanické struktuře a správně komunikovat s řídicím systémem stroje.

Auricposkytuje řešení servomotorů pro OEM stroje a aplikace průmyslové automatizace.

U obalových aplikací mohou klíčové faktory zahrnovat:

• Trvalý točivý moment
• Špičkový točivý moment
• Provozní rychlost
• Akcelerace
• Setrvačnost zatížení
• Konfigurace kodéru
• Napětí
• Rozměry hřídele
• Montážní rozměry
• Požadavky na brzdy
• Kompatibilita se servopohonem

Tento přístup založený na aplikaci-je užitečný, když standardní katalogový motor přímo neodpovídá stroji.

U projektů OEM může být konfigurace motoru vyhodnocena podle skutečných požadavků na zařízení spíše než výběr modelu pouze na základě jmenovitého výkonu.

Co byste měli poslat výrobci servomotorů?

Pokud chcete užitečné doporučení ohledně motoru, neposílejte pouze:

"Uveďte prosím servomotor pro balicí stroj."

Poskytněte dodavateli dostatek informací, aby aplikaci porozuměl.

Základní informace o stroji

Typ balicího stroje

Aplikace motoru

Rychlost výroby

Pracovní doba za den

Mechanické informace

Zatížení

Průměr válečku

Průměr role fólie

Převodový poměr

Typ převodovky

Velikost hřídele

Montážní rozměry

Informace o pohybu

Provozní otáčky

Maximální otáčky

Doba zrychlení

Doba zpomalení

Frekvence cyklu

Požadovaná přesnost polohování

Elektrotechnické informace

Napájení

Servopohon

Ovladač

Požadavky na kodér

Komunikační rozhraní

Čím jsou informace úplnější, tím méně dohadů je spojeno s výběrem motoru.

Kontrolní seznam kupujícího balení servomotoru

Před zadáním objednávky potvrďte následující:

Motor

Jmenovitý výkon

Trvalý točivý moment

Špičkový točivý moment

Jmenovitá rychlost

Maximální rychlost

Setrvačnost motoru

Zpětná vazba

Typ kodéru

Rozlišení kodéru

Absolutní nebo přírůstkové

Kompatibilita disku

Mechanické

Průměr hřídele

Montážní rozměry

Převodovka

Brzda

Spojka

Aplikace

Zatížení

Akcelerace

Doba cyklu

Pracovní cyklus

Přesnost polohování

Prostředí

Teplota

Prach

Vlhkost

Vibrace

Často kladené otázky

Závěrečné myšlenky

A servomotor pro balicí stroje by měla být vybrána podle pohybových požadavků stroje-ne pouze podle čísla výkonu motoru.

Správné řešení musí vzít v úvahu celý systém:

Zátěž + rychlost + zrychlení + setrvačnost + polohování + synchronizace + pracovní cyklus

Pro podávání fólie může být prioritou přesná délka a stabilní napětí.

Pro řezání může být důležitější dynamická odezva a synchronizace.

Pro plnění může mít přednost opakovatelnost a řízený pohyb.

Pro rotační indexování se může stát klíčovými faktory setrvačnost a přesnost polohování.

Proto neexistuje žádný univerzální „nejlepší servomotor pro balicí stroje“.

Nejlepší motor je ten, který odpovídá konkrétní ose, správně spolupracuje se servopohonem a regulátorem a dokáže spolehlivě opakovat požadovaný pohyb v průběhu celého výrobního cyklu.

Pro výrobce OEM balicích strojů je nejrychlejším způsobem, jak získat užitečné doporučení, poskytnutí dodavateli skutečného zatížení, rychlosti, zrychlení, mechanických rozměrů, napětí a požadavků na ovládání.

Auric může vyhodnotit tyto parametry aplikace a pomoci zákazníkům OEM vybrat konfiguraci servomotoru vhodnou pro jejich balicí zařízení.