衣志強(qiáng)

煙臺(tái)環(huán)時(shí)自動(dòng)化科技有限公司 山東煙臺(tái) 264000

1 應(yīng)用背景

隨著2020年新冠肺炎疫情的爆發(fā),口罩的需求大幅上漲。為了應(yīng)對(duì)疫情防控,各地政府紛紛鼓勵(lì)企業(yè)轉(zhuǎn)產(chǎn)生產(chǎn)口罩。當(dāng)時(shí),在產(chǎn)能擴(kuò)充之下,口罩機(jī)成為了稀缺品,全自動(dòng)KN95口罩機(jī)供不應(yīng)求。全自動(dòng)KN95口罩機(jī)將多層無(wú)紡布通過(guò)熱壓、折疊成型、超聲熔接、廢料切除、耳帶鼻梁條焊接等工序,制造出具有一定過(guò)濾性能的各種口罩,需要多臺(tái)機(jī)器配合完成各種不同的工序。相比純手工生產(chǎn),全自動(dòng)KN95口罩機(jī)質(zhì)量穩(wěn)定,效率高。全自動(dòng)KN95口罩機(jī)采用超聲熔接技術(shù),對(duì)三至六層熔噴無(wú)紡布、活性炭、過(guò)濾材料等原材料進(jìn)行熔接。整套設(shè)備經(jīng)過(guò)無(wú)紡布鼻梁線熔接,左右耳帶熔接、對(duì)折、封邊、滾切等一體化全自動(dòng)折疊生產(chǎn)工藝,加工得到合格的KN95口罩,生產(chǎn)全程不需要人工參與,全自動(dòng)完成KN95口罩成品的工作。筆者介紹西門子V90PN伺服系統(tǒng)在全自動(dòng)KN95口罩機(jī)中的應(yīng)用。

2 整體結(jié)構(gòu)

全自動(dòng)KN95口罩機(jī)如圖1所示,生產(chǎn)線分為七大機(jī)構(gòu):卷料上料機(jī)構(gòu)、鼻梁條上料機(jī)構(gòu)、口罩紋路裁剪定型機(jī)構(gòu)、耳帶上料及熔接機(jī)構(gòu)、口罩折疊成型機(jī)構(gòu)、口罩形狀裁切機(jī)構(gòu)、成品下料機(jī)構(gòu)。

圖1 全自動(dòng)KN95口罩機(jī)

3 控制系統(tǒng)方案

耳帶上料及熔接機(jī)構(gòu)中的焊耳熔接裝置實(shí)現(xiàn)左右耳帶的熔接工藝,口罩形狀裁切機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)口罩的封邊工藝,需要焊耳滑臺(tái)及封邊滑臺(tái)與主軸實(shí)現(xiàn)絕對(duì)位置同步,因此選用1511T-1PN工藝型中央處理器作為控制核心。根據(jù)全自動(dòng)KN95口罩機(jī)機(jī)械參數(shù)進(jìn)行伺服硬件的配置,主軸電機(jī)選用V90PN 2.5 kW高慣量絕對(duì)值電機(jī),焊耳滑臺(tái)電機(jī)和封邊滑臺(tái)電機(jī)都選用V90PN 0.75 kW低慣量絕對(duì)值電機(jī),左右焊耳電機(jī)都選用V90PN 0.4 kW低慣量絕對(duì)值電機(jī)。伺服硬件配置見(jiàn)表1,工廠自動(dòng)化硬件配置見(jiàn)表2。

表1 伺服硬件配置

表2 工廠自動(dòng)化硬件配置

4 生產(chǎn)流程

全自動(dòng)KN95口罩機(jī)生產(chǎn)線的主要功能是KN95口罩自動(dòng)成型,主要流程如下:布料放卷后,經(jīng)過(guò)滾輪驅(qū)動(dòng),鼻梁條通過(guò)鼻梁條上料機(jī)構(gòu)定長(zhǎng)裁切后,導(dǎo)入包邊布料,經(jīng)過(guò)滾花超聲熔接后,繼續(xù)向前傳送;經(jīng)過(guò)左右耳帶焊耳熔接,再經(jīng)過(guò)口罩折疊成型機(jī)構(gòu)折疊;超聲傾斜封口,通過(guò)切刀輥裁切成型;掉落至無(wú)菌中轉(zhuǎn)筐,運(yùn)送至下一消毒工序。全自動(dòng)KN95口罩機(jī)生產(chǎn)線的控制網(wǎng)絡(luò)和人機(jī)界面分別如圖2、圖3所示。

圖2 全自動(dòng)KN95口罩機(jī)生產(chǎn)線控制網(wǎng)絡(luò)

圖3 全自動(dòng)KN95口罩機(jī)生產(chǎn)線人機(jī)界面

5 主要功能

全自動(dòng)KN95口罩機(jī)的主要功能是左右耳帶熔接,以及口罩折疊后封邊這兩個(gè)工藝。

耳帶上料及熔接機(jī)構(gòu)如圖4所示。左耳帶和右耳帶對(duì)應(yīng)的熔接機(jī)構(gòu)和原理相同,只是位置不同。

圖4 耳帶上料及熔接機(jī)構(gòu)

耳帶從送料機(jī)構(gòu)送至耳帶拉取熔接機(jī)構(gòu)上,由耳帶拉取熔接機(jī)構(gòu)拉取耳帶,再由剪耳帶機(jī)構(gòu)將耳帶剪斷,最后由耳帶拉取熔接機(jī)構(gòu)將耳帶熔接在口罩上。上述動(dòng)作通過(guò)氣缸實(shí)現(xiàn),末端卡爪的旋轉(zhuǎn)通過(guò)V90PN絕對(duì)值電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。若設(shè)備選用步進(jìn)電機(jī),則需要回零開(kāi)關(guān)配合,而選用V90PN絕對(duì)值電機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于每次上電不需要回零,也不需要回零開(kāi)關(guān)。

在左右耳帶焊耳熔接的實(shí)際調(diào)試過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)V90PN高慣量絕對(duì)值電機(jī)定位有過(guò)沖現(xiàn)象,即超過(guò)180°然后再回到180°的位置。由于實(shí)際采用對(duì)工藝對(duì)象進(jìn)行控制的方式,因此可以從工藝對(duì)象的位置控制原理進(jìn)行分析,默認(rèn)預(yù)控制值為100%,將預(yù)控制值降到80%,即可消除定位過(guò)沖現(xiàn)象。位置控制原理如圖5所示。

圖5 位置控制原理

耳帶上料及熔接機(jī)構(gòu)中最關(guān)鍵的步驟為需將耳帶熔接至口罩的準(zhǔn)確位置上,這一準(zhǔn)確位置的確定就需要采用1511T-1PN工藝型中央處理器的絕對(duì)位置同步功能。

絕對(duì)位置的同步功能通過(guò)MC_GearInPos命令實(shí)現(xiàn)?？梢栽谥鬏S和從軸之間啟動(dòng)絕對(duì)齒輪同步運(yùn)動(dòng),指定同步位置,通過(guò)指定主軸運(yùn)行距離或動(dòng)態(tài)響應(yīng)值來(lái)建立絕對(duì)位置同步。絕對(duì)位置同步指令如圖6所示。

圖6 絕對(duì)位置同步指令

當(dāng)焊耳滑臺(tái)與主軸達(dá)到絕對(duì)位置同步后,啟動(dòng)左右焊耳氣缸下壓熔接耳帶至口罩上?？谡址膺吂δ艿膶?shí)現(xiàn)跟耳帶上料及熔接機(jī)構(gòu)的原理相同,也是通過(guò)絕對(duì)位置同步實(shí)現(xiàn),當(dāng)封邊滑臺(tái)與主軸達(dá)到絕對(duì)位置同步后,啟動(dòng)封邊氣缸,利用超聲熔接封邊。封邊機(jī)構(gòu)如圖7所示。

圖7 封邊機(jī)構(gòu)

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著后期的深入調(diào)試,全自動(dòng)KN95口罩機(jī)生產(chǎn)逐步趨于穩(wěn)定,現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)產(chǎn)品的合格率在98%以上,這是西門子V90PN伺服系統(tǒng)搭配1511T-1PN工藝型中央處理器在全自動(dòng)KN95口罩機(jī)中的典型應(yīng)用。