西门子SIMOTION在饮料包装设备上的应用
吴庆龙
[摘 要]SIMOTION系统将运动控制、工艺控制和逻辑控制融合为一个整体，简化了制造业工程系统的开发难度，缩短了系统的开发时间，提升了生产效率。介绍了SIMOTION系统和饮料包装设备，并论述了该系统在饮料包装设备中的应用。
[关键词]SIMOTION系统;饮料包裝设备;应用
[中图分类号]TS203;TP273 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）03–0–02
[Abstract]The SIMOTION system integrates motion control， process control and logic control into a whole， which effectively simplifies the development difficulty of manufacturing engineering systems， shortens the development time of the system， and effectively improves production efficiency. This article first introduces the SIMOTION system and beverage packaging equipment， and then discusses the application of the system in beverage packaging equipment.
[Keywords]SIMOTION system; beverage packaging equipment; application
1 SIMOTION系统概述
1.1 SIMOTION系统构成
SIMOTION系统能够实现三个方面的功能：①逻辑控制，主要借助PLC实现。②运动控制，其内部包含梯形图编程，用户能够快速掌握这一工具。此外SIMOTION系统自身内置了诸多的工艺包，用户可以根据自身的实际需要调用相关的工具包，极大地减少了程序开发的工作量。③工艺控制，主要借助自身内部的工艺包实现控制。SIMOTION将以上三种功能集成为一个整体，在减少系统之中各类设备的同时减少了程序的开发数量，在整体上具备了以下几个方面的优点：①取消了系统之中各个独立元件之中影响时间响应的接口;②减少了系统之中的中间接口，极大地提升了系统运行的效率和稳定性;③系统中的编程进一步规范，便于进行修改和维护。SIMOTION系统的优点在运动复杂，对运动精度和速度要求较高的制造产业之中得到了较为广泛的应用。1.2 SIMOTION硬件构成概述
现阶段SIMOTION系统在发展过程中主要用到三种硬件平台：①SIMOTION-C，其以控制器为基础;②SIMOTION-P，其以计算机为基础;③SIMOTION-D，其以驱动为基础。以上三种硬件平台均能够实现SIMOTION系统的全部功能。每种硬件平台具有自身的特点，适用于不同的生产领域。SIMOTION-C集成了数字量、模拟量的输入和输出，能够同步进电机和液压伺服机构进行有效的链接，还能够借助S7-300进行扩展，适用于生产机械的改造过程之中。SIMOTION-P能够对大量的数据实现有效的处理。具有USB接口、串口、并口，能够与显示器进行链接，最多能够实现对64根轴的有效控制，此外还支持多种通信方式。SIMOTION-D内部集成了驱动控制单元，主要应用在紧凑化和模块化的设计之中。
2 饮料包装设备概述
2.1 机械结构概述
饮料厂家在完成产品生产之后主要借助人工装箱的方式实现产品的包装，随着技术的不断发展，自动装箱机已经得到了较为广泛的应用。常见的自动装箱机械设备主要由两个部分组成：①外包装的输送机构，例如送箱机构。该机构又由多个机械部件组成;②产品的输送机构，即将企业生产完成的产品输送到指定的位置。
2.2 饮料包装机工艺
饮料在完成生产之后首先需要按照一定的要求排成一列并运输到装填工位上，工位上提前存放着饮料包装箱。在控制系统的引导下装填工位的机械结构和电子元件共同动作，将饮料成功的装填到包装箱之中。在完成装填之后，再由运输机构将装填完成的包装箱运输到封箱机之中，由封箱机实现封箱，再将其运输到成品存储区。
3 SIMOTION系统在饮料包装设备中的应用
3.1 控制系统构成
饮料包装主要设备是装箱机，其控制系统为SIMOTION，在大部分企业中通常采用X12连接口将SIMOTION同操作面板连接为一个整体，进而实现对系统的有效操控。在实际应用的过程之中可以根据X16接口进行有效的扩展，增强SIMOTION系统的数据处理和运算能力。SIMOTION本质上是对PLC运动控制系统和伺服驱动器的有效整合，进而使其能够对电子元件和机械元件实现高精度高速控制，满足了饮料包装设备的工作需要。用户在使用SIMOTION时可以调用系统之前已经构建完成的各种工具包，因此能够快速便捷地创建饮料包装设备的运行流程。现阶段在饮料包装设备之中的SIMOTION系统主要是SIMOTION-D，其是一个紧凑性驱动模块，能够实现对包装机运行逻辑和运动过程的控制。
饮料包装设备常用的电源是SLM智能型电源模块，其是由三个交流电组合而成的直流电，能够为包装机之中的各个模块提供运动的动力。SLM智能电源模块可供给的最大电压为480 V，最小电压为380 V，可输出的最大功率为为36 kW，最小功率为5 kW。智能模块能够根据各个模块的实际需要，动态地调整输出功率和电压，进而在满足各个模块运动需求的同时，降低运动过程之中的能量损耗。
西门子SIMOTION系统能够满足对不同类型饮料进行包装的需求。饮料包装工艺和流程可以依据企业的实际需要进行调整。借助操作屏，操作人员可以对饮料的排列间距以及顺序进行有效的控制。通常饮料包装机械中的分道電机采用伺服控制，其动作精度较高，能够准确地将饮料整列。为实现产品的高效准确装填，饮料包装设备采用导轨电缸实现装填动作。饮料的装填设备上采用了位置控制装置，进而保证每瓶饮料都能够在饮料包装设备上进行准确的填装作业。
西门子公司的SIMOTION系统内置了软件研发设计的全部内容，在实际开发的过程之中具有软硬件组态，在线检测、编程等诸多的性能，便捷了操作人员学习系统应用和开发自身所需要的软件程序。SIMOTION系统在初始应用时采用图文的方式对用户进行引导，降低了编程的难度，此外该系统还支持多种编程方式，丰富了编程人员的选择。
3.2 控制系统完成的功能
SIMOTION系统在饮料包装机中主要实现了以下几个方面的控制。
3.2.1 对饮料包装设备的整个工作流程进行控制
饮料包装机在工作时由三个子程序进行控制：①分瓶;②装填;③纸箱成型。
3.2.2 对饮料包装设备的运动过程进行有效的控制
饮料包装机在实现装填的过程中，各个机构的运动全部由SIMOTION系统进行控制。
3.2.3 产品的分道整列
饮料包装设备常用的传动形式有两种：①链式传动，其运动过程中会存在误差的积累。②带式传动，其运行过程中定位精度较低。为尽可能提高饮料包装机的运动精度，通常选用链式传动。链式传动之中误差的主要来源是定位误差，进而导致分道板同进瓶隔板之间的连接精度下降。在饮料包装机运行的过程中，为保证系统的安全平稳工作就必须要在该位置处设置独立的光电传感器，进而对分道板和进瓶隔板之间的连接精度实现实时监控。系统正常运行时分道板和进瓶隔板之间的距离应该控制在1.5 mm之内。当光电传感器依据自身传输的信号确定分道板和进瓶隔板之间的间距大于1.5 mm时会自动告警并停止系统运行，维护人员可以对分道板和进瓶隔板的距离进行有效的调节，并对系统的运动精度进行调整。
3.3 产品装填
饮料包装设备在对于产品填装中主要流程为电机回零、自动装填、自动退出、手动装填、手动退出。饮料包装设备所使用的电机为填装何服电机，电机所拥有的编码器类型为多极旋变型，并不具备对于运行信息记忆工程，但是在装箱机上必须安装伺服电机设定装置，设定运动零点。西门子设计人员在对于饮料包装设备研究中，在电缸上安装了电感式开关，承担起伺服电机零点信号的作用。装箱机在实际运行中，操作板面上装填何服电机会提示未对零点的信号。只有工作人员在对伺服电机上零点进行设置后，装箱机才能够正常稳定运行。
4 结束语
SIMOTION系统的出现解决了复杂机械系统的控制问题，减少了企业在复杂机械生产系统中的投入，提升了企业的运行效率。西门子推出SIMOTION运动控制系统的主要对象就是中国的饮料企业，在西门子公司与我国饮料企业不断的完善升级中，SIMOTION所具有的性能越加完善，深入研究SIMOTION系统的特点，以及在饮料自动包装机械之中具体发挥的作用，对于进一步发挥SIMOTION系统自身的优势，提升企业的生产效率具有非常重要的意义。
参考文献
[1] 徐彬，张冉博，赵永东. PLC通讯在啤酒饮料包装设备上的应用[J].电子测试，2020（17）：113-114，90.
[2] 王玉林，赵美宁，晋小莉，等.机电一体化技术在食品饮料包装设备中的应用[J].新技术新工艺，2003（11）：24-25.
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