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，國內(nèi)外大型包裝設備制造企業(yè)開始致力于熱 灌裝技術逐漸轉(zhuǎn)向超高溫滅菌后的無菌冷灌裝技術，這將為傳統(tǒng)的PET瓶灌裝技術帶來一 場革命，已成為上果汁和軟飲料發(fā)展的主要趨勢。

采用 PET 瓶無菌冷灌裝生產(chǎn)的飲料，具有口味更新鮮、營養(yǎng)更豐富、使用更安全等優(yōu) 點。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力，有利 于包裝的外觀設計。產(chǎn)品還能夠zui大限度地保證產(chǎn)品的自然風味，迎合市場需求。采用無 菌冷灌裝也可延長產(chǎn)品的貨架保質(zhì)期。由于設備本身具備嚴格的消毒、滅菌程序及百級的 灌裝無菌環(huán)境，產(chǎn)品包裝的無菌條件可得到*的保障。

2 無菌冷灌裝設備的構成

無菌冷灌裝設備是灌裝生產(chǎn)線中重要的組成部分，主要負責原料的無菌灌裝，主要包 括：殺菌機、沖瓶機、行星輪、灌裝機和旋蓋機。殺菌機：在無菌冷灌裝生產(chǎn)線中，瓶子 在灌裝之前要達到并保持無菌狀態(tài)。為達到此目的，瓶子在兩臺殺菌機中利用殺菌液進行 瓶子的內(nèi)、外部殺菌，采用兩臺殺菌機是為了保證殺菌液的能夠有效的殺死殺菌的時間， 以達到*殺菌的目的。沖瓶機：殺菌后的瓶子在沖洗機處采用無菌水進行沖洗，其目的 是清除瓶子內(nèi)殘留的殺菌液。行星輪：行星輪是連接各個單元的中間機構，其上面安裝瓶 夾，用于將瓶子送往各個單元。灌裝機：灌裝機就是將已經(jīng)處理好的無菌的瓶中灌注所需 容量的無菌產(chǎn)品的設備。旋蓋機：旋蓋機將灌裝好產(chǎn)品的瓶子，進行自動旋蓋。（詳見下 面圖1無菌冷灌裝工藝流程圖）

圖 1 無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行傳動，生產(chǎn)速度可達4 萬瓶每小時，精度小于 0.05 瓶。Lenze針對無菌冷灌裝生產(chǎn)線的設置要求，提供了基于驅(qū)動器的控制系統(tǒng)這一解 決方案?；隍?qū)動器的控制系統(tǒng)解決方案具有運動控制程序模塊化的突出優(yōu)勢，驅(qū)動器本 身不僅可作為伺服電機的驅(qū)動單元，同時也支持多種PLC 編程語言。所有與運動相關的邏 輯控制均可由伺服控制器來完成，如尋零控制、自動回歸同步位、虛軸控制、斷電同步停 車以及伺服的邏輯控制等功能。這樣上位機只需通過通訊模塊或者外部端子發(fā)送簡單的控 制指令即可實施命令。這種方式減輕了上位機的運行負擔，也保證了復雜運動控制器的穩(wěn) 定性。用戶只需選擇合適的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)定運行，產(chǎn)品內(nèi)部可支持 Modular 工作方式和余數(shù)補償機制，有效避免了計算誤差和累積誤差的產(chǎn)生。此外，9400 還采用簡單易學的CFC 編程語言，具有多任務處理系統(tǒng)，并使用全新的安裝方式，具有模

塊化設計，易于集成等優(yōu)點，并且標配CAN 總線接口以及8 路開關量輸入、4 路開關量輸 出、2 路模擬量輸入和2 路模擬量輸出，同時，它還配有兩個通訊擴展端口，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：該產(chǎn)品由Lenze 的MCA減速電機結合G系列減 速機組成，具有精度高，耐沖擊，壽命長等優(yōu)點。此系列采用直交軸輸出方式，支持實心 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 可應用于不同的應用場合。由于灌裝設備具有慣量大和連續(xù)運行的工作方式，異步伺服的 高慣量匹配度的功能非常適合該設備的運行。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。此系列伺服在無論低速或高速運行條件下均能滿足設備要求的控 制精度（大約2mm），可有效避免低速運行下的抖動問題。

3.2 Lenze解決方案

Lenze 使用 6 臺 9400 伺服控制器作為運動控制的核心，用于殺菌 1、殺菌 2、沖瓶機、 行星輪、灌裝機和旋蓋機部分的運動控制。此方案采用共虛軸工作模式，其它各實軸，同 步于虛軸。虛軸選取慣量較大的旋蓋機設備作為虛擬主軸，各軸之間采用周期性工作模式 同步于虛軸，對于周期性工作模式，Lenze伺服具有余數(shù)補償機制，可有效避免累積誤差 的產(chǎn)生。本方案采用以太網(wǎng)進行伺服與上位機的通信，具體請參見圖2系統(tǒng)拓撲圖。

圖2 系統(tǒng)拓撲圖

3.3 實現(xiàn)的主要功能

Lenze結合客戶工藝要求和產(chǎn)品特點主要實現(xiàn)的功能有：  

（1）虛軸控制：采用虛軸作為主軸，可使各實軸*同步于虛軸。虛軸選用慣量zui大 的旋蓋機，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：斷電同步停車功能可用于應用生產(chǎn)線意外斷電情況。各不同慣量 的實軸可以同步停車。其主要原理是將機械的慣性動能轉(zhuǎn)化為伺服的電能，再給電機制動。 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）自動回歸同步：設備要求在運行過程中各從軸之間一定要相位同步運行，避免各 瓶夾之間錯位運行，從而損害瓶夾。因此在設備運行前，伺服會自動檢測各伺服之間的位 置。如不在同步位，啟動時伺服會按zui短瓶夾距回歸同步位，然后再同步運行。當然通過 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）零點設定：設備的零點設定采用手動設定零點方式。由于未安裝零點開關，設備 設定零點需由操作工通過人眼觀察逐個設定零點。伺服本身具備零點自動保存功能，因此 在完成零點設定后均可自動記憶零點，除非人為拆卸伺服電機或者在伺服斷電情況下進行 手動盤車伺服。

（5）實時誤差檢測：同步精度是設備正常運行的一個重要指標。每臺伺服程序均設有 實時的誤差監(jiān)控，伺服可通過伺服編碼器的位置和伺服控制器中虛軸的位置進行比較。比 較指令每毫秒進行一次，這樣設備運行中如發(fā)現(xiàn)每毫秒出差位置誤差，設備即可立刻進入 停車程序。

3.4 Lenze亮點

（1）擯棄了傳統(tǒng)的機械聯(lián)軸式傳動，采用分離式伺服實現(xiàn)設備的高速和高精度。

（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，有效避免計算誤差及累積誤差的產(chǎn)生。

（3）智能伺服控制器可獨立完成運動控制，為*控制器減輕負擔，實現(xiàn)了運動邏輯 分開，增加了系統(tǒng)的可靠性及靈活性。

（4） 直流母線共享技術及伺服的能量回饋原理，為實現(xiàn)同步斷電停車帶來了必要保障。

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

（6）專業(yè)獨立的服務團隊及銷售人員，為客戶量身打造有競爭力和zui的灌裝 設備。

4 展望

無菌冷灌裝工藝因其可有效保護營養(yǎng)的完整性，確保飲料的原汁原味而備受青睞。目 前無菌冷灌裝生產(chǎn)線在國內(nèi)仍處于起步階段，面向未來巨大的消費市場發(fā)展?jié)摿?，無菌冷 灌裝生產(chǎn)線必將向高速、安全方向發(fā)展。

高速的生產(chǎn)線意味著在同等的生產(chǎn)級及工作車間投入條件下能夠帶來更大的生產(chǎn)能力。 目前國內(nèi)無菌生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度平均為42000瓶/小時，已達到*水平。傳統(tǒng)的機械 聯(lián)軸式生產(chǎn)線由于其機械磨損及精度的原因，速度已不能滿足工藝要求。因此，采用分離 式伺服傳動系統(tǒng)是目前可實現(xiàn)高速生產(chǎn)線的一個重要因素。隨著日新月異的工藝要求，無 菌冷灌裝生產(chǎn)線未來將進一步向更加分離式及更多的伺服系統(tǒng)投入方向發(fā)展，從而進一步 提升生產(chǎn)速度。

安全的生產(chǎn)線是人們喝到健康飲料的前提。由于沒有高溫殺菌的環(huán)節(jié)，這就要求無菌 冷灌裝生產(chǎn)線必須從機械設計角度實現(xiàn)無菌環(huán)境，如灌裝凈化室必須達到100級以上的空 氣凈化要求，灌裝閥門結構還必須簡單，易于清洗，并確保閥內(nèi)無夾縫等衛(wèi)生死角。無菌 冷灌裝生產(chǎn)線必須著重于優(yōu)化機械結構及生產(chǎn)工藝方法，向無菌、安全方向發(fā)展。

總之，在未來的飲料行業(yè)，無菌冷灌裝生產(chǎn)線憑借其多種優(yōu)勢，必將灌裝生產(chǎn)線 的技術潮流，成為一種重要的飲料生產(chǎn)方式。

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