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    引言

    目前，國(guó)內(nèi)的塑料、橡膠等包裝行業(yè)普遍采用連續(xù)型包裝機(jī)，這種包裝機(jī)使用成型模具進(jìn)行包裝封口，控制簡(jiǎn)單，但包裝效率和成功率不高，而且模具檢修不方便，因此，許多廠家轉(zhuǎn)向開(kāi)發(fā)使用間歇型包裝機(jī)，降低廢品率，提高包裝效率，而且可以改變塑料袋包裝長(zhǎng)度。

    本文介紹的包裝機(jī)主機(jī)系統(tǒng)采用臺(tái)達(dá)PLC作為控制系統(tǒng)核心，并以臺(tái)達(dá)其他工控產(chǎn)品相配合，在傳統(tǒng)包裝機(jī)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)間歇式包裝，使得包裝機(jī)包裝速度提高，定位更準(zhǔn)確，系統(tǒng)更加可靠、穩(wěn)定，符合、滿足現(xiàn)代包裝行業(yè)的發(fā)展要求。

    系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

               　

                                             圖1 包裝機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

    由上面的結(jié)構(gòu)圖可以看出，PLC主機(jī)是本包裝機(jī)控制系統(tǒng)的核心。在本系統(tǒng)中，人機(jī)交互界面負(fù)責(zé)主要操作功能按鍵和系統(tǒng)狀態(tài)顯示：行手自動(dòng)切換、設(shè)置上下膜壓封部分加熱的目標(biāo)溫度、調(diào)壓模塊輸出的對(duì)應(yīng)電壓、主拖電機(jī)和上下膜電機(jī)運(yùn)行速比、顯示當(dāng)前機(jī)器運(yùn)行中的包裝數(shù)目、上下膜壓封部分的檢測(cè)溫度和目標(biāo)溫度，壓封切割狀態(tài)等；熱電偶采集上下膜壓封部分的當(dāng)前溫度信息傳遞給溫控模塊，溫控模塊對(duì)這些信息進(jìn)行處理后轉(zhuǎn)移給PLC主機(jī)，最終顯示在人機(jī)界面上；主控光標(biāo)和糾偏光標(biāo)通過(guò)檢測(cè)包裝袋上的光標(biāo)標(biāo)志，傳遞給PLC主機(jī)進(jìn)行處理。

    系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    按照預(yù)定設(shè)計(jì)要求，本包裝機(jī)需完成進(jìn)料、壓封、切口、切割、計(jì)數(shù)等功能，主要包括以下幾個(gè)部分：

    可編程控制器

    本系統(tǒng)PLC選用臺(tái)達(dá)DVP28SV11T一臺(tái)。該主機(jī)最多可連接16臺(tái)（左側(cè)擴(kuò)展8臺(tái)+右側(cè)擴(kuò)展8臺(tái)）模擬、溫度、軸控、通訊等特殊擴(kuò)展模塊，內(nèi)設(shè)200kHz四軸獨(dú)立與脈沖輸出二組直線/圓弧插補(bǔ)的運(yùn)動(dòng)指令，讓位置控制的應(yīng)用要求可輕易達(dá)成。

    表1 臺(tái)達(dá)DVP28SV11T技術(shù)參數(shù)

                  

    由表1可以看出，臺(tái)達(dá)DVP28SV11T具有4點(diǎn)高速脈沖輸出，可以用于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)；內(nèi)建RS232通訊和MODBUS通訊協(xié)議，可以同時(shí)連接人機(jī)界面和溫度控制器；例外，該P(yáng)LC支持外圍擴(kuò)展，可以連接DA模塊和IO模塊。

    人機(jī)交互裝置

    本系統(tǒng)HMI選用臺(tái)達(dá)DOP-AS57BSTD一臺(tái)。人機(jī)交互界面通過(guò)RS232與PLC主機(jī)通訊。

                       

                                                    圖2 控制系統(tǒng)運(yùn)行主界面

                       

                                    圖3 人機(jī)界面與DTC溫控模塊連接并修改DTC參數(shù)

    溫度控制裝置

    本系統(tǒng)溫控模塊選用臺(tái)達(dá)DTC1000V和DTC2000V各一臺(tái)。溫控模塊與PLC主機(jī)使用MODBUS ASCII進(jìn)行通訊。

     狀態(tài)讀取

                     

                                           圖4 MODRD語(yǔ)句說(shuō)明

    使用MODRD語(yǔ)句可以從PLC中讀取溫控器的狀態(tài)值，例如當(dāng)前溫度，目標(biāo)溫度等，可以通過(guò)改變參數(shù)n的值來(lái)設(shè)置讀取的筆數(shù)。

    需要指出的是，溫控器的讀取的相關(guān)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在PLC主機(jī)寄存器的D1070～D1085中，由于是ASCII碼數(shù)據(jù)，PLC會(huì)將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成HEX即16進(jìn)制數(shù)據(jù)存在PLC主機(jī)寄存器的D1050～D1055中，而MODRD語(yǔ)句就是將溫控器中檢測(cè)的信息數(shù)據(jù)讀出傳遞給PLC的D1070～D1085寄存器進(jìn)行處理。

    在本包裝機(jī)中，我們用MODRD語(yǔ)句讀取兩筆，分別是當(dāng)前溫度值和目標(biāo)溫度值。

    參數(shù)寫(xiě)入

                           

                                     圖5 MODWD語(yǔ)句說(shuō)明


     讀寫(xiě)操作

     同MODRD語(yǔ)句類(lèi)似，MODWR可以實(shí)現(xiàn)溫控器參數(shù)的寫(xiě)入。

                   

                                    圖6 MODRW語(yǔ)句說(shuō)明

     用MODRW語(yǔ)句可以通過(guò)MODBUS實(shí)現(xiàn)對(duì)DTC溫控器參數(shù)的讀取和寫(xiě)入。

    電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置

    本系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)是通過(guò)PLC主機(jī)發(fā)出PWM脈寬調(diào)制信號(hào)到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。本包裝機(jī)選用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器有多細(xì)分選擇、正反轉(zhuǎn)設(shè)置、驅(qū)動(dòng)電流大小等參數(shù)可以設(shè)置。同時(shí)可以由PLC輸出點(diǎn)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向和驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的脈沖個(gè)數(shù)。

    由于本包裝機(jī)對(duì)包裝誤差要求比較嚴(yán)格，所以在選擇步進(jìn)電機(jī)硬件參數(shù)上需要特別注意，在PLC程序中也應(yīng)該做到盡量?jī)?yōu)化。

                          

                                            圖7 PLSY語(yǔ)句說(shuō)明

    在上下電機(jī)送膜階段，上下膜電機(jī)一直轉(zhuǎn)動(dòng)送膜，同時(shí)主拖電機(jī)一直轉(zhuǎn)動(dòng)推動(dòng)壓封好的膜及待壓封的膜前進(jìn)，直到主控光標(biāo)檢測(cè)到停止位的光標(biāo)標(biāo)志，此時(shí)全部電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

PLSY K1000 D20 Y0

    此處，K1000表示脈沖輸出頻率為1KHz，輸出脈沖個(gè)數(shù)為D20中存儲(chǔ)的數(shù)值（可以在觸摸屏上進(jìn)行人工設(shè)置），Y0為輸入點(diǎn)（在本包裝機(jī)中為上膜電機(jī)）。例如設(shè)置D20=0，則PLC的Y0一直輸出脈沖。

                     
                                     圖8 電機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)

    默認(rèn)情況下，電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)應(yīng)的方向控制接點(diǎn)得電之后，電機(jī)反轉(zhuǎn)。在包裝機(jī)開(kāi)始階段的人工牽引上下膜階段，需要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)整膜的位置。

    誤差調(diào)整設(shè)計(jì)

    在本包裝機(jī)控制系統(tǒng)糾偏功能中，使用了2個(gè)光標(biāo)檢測(cè)開(kāi)關(guān)，分別檢測(cè)上膜和下膜的光標(biāo)標(biāo)志，若發(fā)現(xiàn)二者檢測(cè)到的開(kāi)關(guān)量變化時(shí)間不同步，則說(shuō)明上下膜存在移位偏差，此時(shí)，通過(guò)PLC主機(jī)程序?qū)竽ぃㄉ夏せ蚴窍履ぃ?duì)應(yīng)電機(jī)加送脈沖個(gè)數(shù)，以此來(lái)補(bǔ)充滯后距離。

    實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，以此種方式減小誤差的方式有一定限制，需要注意補(bǔ)充脈沖發(fā)出的時(shí)間段。在運(yùn)動(dòng)中補(bǔ)充脈沖或是在上下膜壓封階段補(bǔ)充脈沖，二者具有一定的差距：前種方式可能會(huì)影響到壓封的效果，因?yàn)楫?dāng)主控光標(biāo)檢測(cè)到分段標(biāo)志的時(shí)候，立即進(jìn)入切割環(huán)節(jié)，同時(shí)也是上下膜壓封的時(shí)間，此時(shí)加送脈沖，由于“超前膜已經(jīng)停止運(yùn)動(dòng)，而“滯后”膜的對(duì)應(yīng)的脈沖還未用完，它對(duì)應(yīng)的電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)送膜，這樣，容易導(dǎo)致滯后膜發(fā)生褶皺，容易導(dǎo)致次品甚至壞品的情況。而在壓封階段（此處主要是指檢測(cè)到停止位光標(biāo)，到正式壓封前的一段時(shí)間內(nèi)補(bǔ)送脈沖），可以獲得較好的效果。

                     
            
           

                                     圖9 糾偏部分測(cè)試程序

    本測(cè)試程序以上膜超前，下膜滯后為例，通過(guò)定時(shí)器與計(jì)數(shù)器配合，實(shí)現(xiàn)測(cè)量上下膜的偏差時(shí)間，由于在送膜的過(guò)程中，膜的運(yùn)轉(zhuǎn)速度基本穩(wěn)定，可以通過(guò)這一偏差時(shí)間乘以速度（這個(gè)速度可以在機(jī)電聯(lián)合調(diào)試的實(shí)際得出），從而得到上下膜偏差距離，然后再根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分步數(shù)，求得應(yīng)該滯后的下膜應(yīng)該補(bǔ)充的脈沖個(gè)數(shù)。

   結(jié)束語(yǔ)

    本文介紹的間歇式包裝機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)在本地某包裝機(jī)械廠的實(shí)際應(yīng)用中已獲得成功，包裝精度和包裝成功率均達(dá)到預(yù)計(jì)要求。