V90PN伺服系统在全自动口罩机中的应用

2022-02-07衣志强

装备机械 2022年4期

衣志强

烟台环时自动化科技有限公司山东烟台 264000

1 应用背景

随着2020年新冠肺炎疫情的爆发,口罩的需求大幅上涨。为了应对疫情防控,各地政府纷纷鼓励企业转产生产口罩。当时,在产能扩充之下,口罩机成为了稀缺品,全自动KN95口罩机供不应求。全自动KN95口罩机将多层无纺布通过热压、折叠成型、超声熔接、废料切除、耳带鼻梁条焊接等工序,制造出具有一定过滤性能的各种口罩,需要多台机器配合完成各种不同的工序。相比纯手工生产,全自动KN95口罩机质量稳定,效率高。全自动KN95口罩机采用超声熔接技术,对三至六层熔喷无纺布、活性炭、过滤材料等原材料进行熔接。整套设备经过无纺布鼻梁线熔接,左右耳带熔接、对折、封边、滚切等一体化全自动折叠生产工艺,加工得到合格的KN95口罩,生产全程不需要人工参与,全自动完成KN95口罩成品的工作。笔者介绍西门子V90PN伺服系统在全自动KN95口罩机中的应用。

2 整体结构

全自动KN95口罩机如图1所示,生产线分为七大机构:卷料上料机构、鼻梁条上料机构、口罩纹路裁剪定型机构、耳带上料及熔接机构、口罩折叠成型机构、口罩形状裁切机构、成品下料机构。

图1 全自动KN95口罩机

3 控制系统方案

耳带上料及熔接机构中的焊耳熔接装置实现左右耳带的熔接工艺,口罩形状裁切机构实现口罩的封边工艺,需要焊耳滑台及封边滑台与主轴实现绝对位置同步,因此选用1511T-1PN工艺型中央处理器作为控制核心。根据全自动KN95口罩机机械参数进行伺服硬件的配置,主轴电机选用V90PN 2.5 kW高惯量绝对值电机,焊耳滑台电机和封边滑台电机都选用V90PN 0.75 kW低惯量绝对值电机,左右焊耳电机都选用V90PN 0.4 kW低惯量绝对值电机。伺服硬件配置见表1,工厂自动化硬件配置见表2。

表1 伺服硬件配置

表2 工厂自动化硬件配置

4 生产流程

全自动KN95口罩机生产线的主要功能是KN95口罩自动成型,主要流程如下:布料放卷后,经过滚轮驱动,鼻梁条通过鼻梁条上料机构定长裁切后,导入包边布料,经过滚花超声熔接后,继续向前传送;经过左右耳带焊耳熔接,再经过口罩折叠成型机构折叠;超声倾斜封口,通过切刀辊裁切成型;掉落至无菌中转筐,运送至下一消毒工序。全自动KN95口罩机生产线的控制网络和人机界面分别如图2、图3所示。

图2 全自动KN95口罩机生产线控制网络

图3 全自动KN95口罩机生产线人机界面

5 主要功能

全自动KN95口罩机的主要功能是左右耳带熔接,以及口罩折叠后封边这两个工艺。

耳带上料及熔接机构如图4所示。左耳带和右耳带对应的熔接机构和原理相同,只是位置不同。

图4 耳带上料及熔接机构

耳带从送料机构送至耳带拉取熔接机构上,由耳带拉取熔接机构拉取耳带,再由剪耳带机构将耳带剪断,最后由耳带拉取熔接机构将耳带熔接在口罩上。上述动作通过气缸实现,末端卡爪的旋转通过V90PN绝对值电机驱动实现。若设备选用步进电机,则需要回零开关配合,而选用V90PN绝对值电机的优势在于每次上电不需要回零,也不需要回零开关。

在左右耳带焊耳熔接的实际调试过程中,发现V90PN高惯量绝对值电机定位有过冲现象,即超过180°然后再回到180°的位置。由于实际采用对工艺对象进行控制的方式,因此可以从工艺对象的位置控制原理进行分析,默认预控制值为100%,将预控制值降到80%,即可消除定位过冲现象。位置控制原理如图5所示。