棉花打包过程的运动控制系统分析

大部分人,特别是那些身处重工业,如汽车行业的人,很难立即把“制造自动化”这个词与棉花的采摘、打包及存储联系到一起。然而,和任何其他制造业一样,棉花加工业也在与成本及效率带来的压力进行抗争。出于这个考虑,位于佐治亚州Kennesaw的一家公司开发了一种独特的棉花打包系统,能在改善整体连贯性的同时降低打包过程的时间和费用。

由Factory Solution(Interstate Electrical Supply的一个子公司)开发的Ultra-Twist系统,使轧棉机能够更高效地生成外形整齐的棉包。该公司声称,Ultra-Twist系统采用 Schneider Electric公司的具有运动控制能力的一体化组件,包括运动控制器、网络及可编程逻辑控制器,从而能使打包过程完全自动化。

Ultra-Twist系统是为International Fiber Packaging(轧棉机供应商Leggett&Platt的一个分公司)开发的,正应用在德克萨斯州和佐治亚州的大约15台轧棉机上。 Interstate Electric公司的副总裁Steve Phillips表示,通过最近完成的为期3年的测试,该系统已经能够全面投入使用。

复杂的功能

Factory Solution公司部门经理James Dutton指出,为了打包需要进行许多复杂的运动。首先,一个带有三到六个打包接头的工作箱被移动到位,由卷筒提供的打包丝穿过一条环绕棉花包的导槽后折回接头处,打包丝停在预定的位置。接下来打包丝被拉紧,从卷筒上切断并缠绕到Ultra-Twist上以预定的次数打好结。位置误差精确到1‰英寸(1 英寸＝2.54厘米),从而保证棉花被捆得既结实又不会被打包丝损伤。

“运动控制系统被优化以便最大限度地提供各种功能,”Dutton说,“这非常重要,因为这种方案需要控制多达13个独立的转轴。”

棉花处理甚至在收获的农产品还未离开耕地之前就开始了。棉花在采摘后,被人们熟知的棉模成形机压成一个长达21.3米(70英尺)的棉块儿。棉块儿被装上拖车运输到附近的轧棉机处,这些轧棉机在收获季节通常是一天24小时地工作,以帮助农民快速转运他们的农产品。

“棉块儿”在轧棉机那被拆成独立的棉桃。然后被输送到许多不同的机器,而这些机器把棉花除籽、抽出棉纤维、清洁以及鉴定湿度等级。

棉纤维接着被运到打包机处,应用液压技术生成外形规则的重约227千克(50磅)的一个个棉团。(Phillips说,这些棉块十分致密,需要用锤子才能将钉子敲进去)。最后,这些棉块儿经称重、装袋运至仓库储存。

一个高产量的轧棉机每小时能够加工多达60个棉包,所以Factory Solutions公司在探寻如何保证轧棉机尽可能高效而划算地运作。使用钢丝替代塑料带就是被应用的多种特点之一。

包装控制

用钢丝捆扎棉包是现在才兴起的老主意了,Phillips说。塑料带被广泛应用之前,棉花加工业使用扁平的钢带捆扎棉包,但是这些钢带体积大,需要打包机上有很大的接头,并需要夹子来固定这些接头。具有足够张力保持棉包的圆形钢丝的开发使Factory Solution公司在打包过程中重新引进钢的技术。因为钢是可回收的,所以每根钢丝比塑料带便宜多达50美分,phillips说。

“当你考虑到一台轧棉机在一个季度可能生产100,000个棉包的事实,那将节省很大一笔费用”,他说。

大部分打包系统使用塑料带捆扎。但是,仓库里温度的变化会使这些带子变松,导致棉包变形,甚至在某些情况下完全散开,Phillips说。

“那真是一团糟,但如果一个棉包着了火那就更糟了。塑料带会被熔化,火也会蔓延开。但金属不会这样损坏,所以火势会被抑制在少数几个棉包。”

另外,通过在Ultra-Twist系统中引入高级运动控制能力,Factory Solution公司显著地改进了棉包的操作及捆扎性能。所有的运动控制组件都是由Schneider Electric公司制造的,包括伺服驱动器、无刷电机以及可编程逻辑控制器(PLC)等。

Schneider Electric运动控制产品的业务发展经理Mark Olten解释说,伺服电机的使用是Ultra-Twist系统保证速度和精度的关键。

“通过伺服技术,可以快速指定设备的运动,并带有很高的分辨率。换句话说,该系统比使用其他电机的系统更精确地知道‘在哪里’”,Olten说,“这些特点伴随着迅速、精确的加减速运动,缩短了捆扎周期的时间,也意味着棉花能够被更快地处理。”

Ultra-Twist系统也可在全自动模式下工作。而半自动和手动系统则需要3个人来操作,Olten说。

Factory Solutions公司打包机控制面板上的元件在安装前需要经过测试。控制面板上的线用来连接包括伺服电机的外围设备,以便模拟实际操作。

基于网络的交互控制

Factory Solution公司制造了两种规格的Ultra-Twist系统——具有六个打包接头的高性能型号及具有三个接头的标准型号。高性能机型起初是由采用基于光纤传导实现运动控制的SERCOS协议的Schneider Electric TSX PremiumPLC控制的。

“我们最初采用SERCOS接口技术是因为其杰出的性能”,Olten说,“这是第一个可自动执行的打包系统,而且我们希望能够处理任何可能出现的控制方面的要求。”

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