臺達工控產品在包裝機系統的應用

摘要：針對目前包裝行業中廣泛使用的連續式包裝機系統的缺點，例如包裝參數修改困難、模具維修不方便、包裝成功率較低等，作者在本文介紹了一種用臺達工控產品實現的間歇式自動包裝機的機電控制系統，此系統實現了可手工修改包裝長度，切割打包數目，可自動進行糾偏，并使用觸摸屏取代傳統的機械按鍵，使整個包裝系統控制更精確、外觀更優美。

關鍵詞：人機界面 可編程控制器 溫度控制器 間歇式包裝機


引言
目前，國內的塑料、橡膠等包裝行業普遍采用連續型包裝機，這種包裝機使用成型模具進行包裝封口，控制簡單，但包裝效率和成功率不高，而且模具檢修不方便，因此，許多廠家轉向開發使用間歇型包裝機，降低廢品率，提高包裝效率，而且可以改變塑料袋包裝長度。

本文介紹的包裝機主機系統采用臺達PLC作為控制系統核心，并以臺達其他工控產品相配合，在傳統包裝機的基礎上加以改進，實現間歇式包裝，使得包裝機包裝速度提高，定位更準確，系統更加可靠、穩定，符合、滿足現代包裝行業的發展要求。

系統結構

　　
由上面的結構圖可以看出，PLC主機是本包裝機控制系統的核心。在本系統中，人機交互界面負責主要操作功能按鍵和系統狀態顯示：行手自動切換、設置上下膜壓封部分加熱的目標溫度、調壓模塊輸出的對應電壓、主拖電機和上下膜電機運行速比、顯示當前機器運行中的包裝數目、上下膜壓封部分的檢測溫度和目標溫度，壓封切割狀態等；熱電偶采集上下膜壓封部分的當前溫度信息傳遞給溫控模塊，溫控模塊對這些信息進行處理后轉移給PLC主機，最終顯示在人機界面上；主控光標和糾偏光標通過檢測包裝袋上的光標標志，傳遞給PLC主機進行處理。

系統設計
按照預定設計要求，本包裝機需完成進料、壓封、切口、切割、計數等功能，主要包括以下幾個部分：

可編程控制器
本系統PLC選用臺達DVP28SV11T一臺。該主機最多可連接16臺（左側擴展8臺+右側擴展8臺）模擬、溫度、軸控、通訊等特殊擴展模塊，內設200kHz四軸獨立與脈沖輸出二組直線/圓弧插補的運動指令，讓位置控制的應用要求可輕易達成。


由表1可以看出，臺達DVP28SV11T具有4點高速脈沖輸出，可以用于步進電機的驅動；內建RS232通訊和MODBUS通訊協議，可以同時連接人機界面和溫度控制器；例外，該PLC支持外圍擴展，可以連接DA模塊和IO模塊。

人機交互裝置
本系統HMI選用臺達DOP-AS57BSTD一臺。人機交互界面通過RS232與PLC主機通訊。

溫度控制裝置
本系統溫控模塊選用臺達DTC1000V和DTC2000V各一臺。溫控模塊與PLC主機使用MODBUS ASCII進行通訊。

狀態讀取

使用MODRD語句可以從PLC中讀取溫控器的狀態值，例如當前溫度，目標溫度等，可以通過改變參數n的值來設置讀取的筆數。

需要指出的是，溫控器的讀取的相關數據儲存在PLC主機寄存器的D1070～D1085中，由于是ASCII碼數據，PLC會將這些數據轉換成HEX即16進制數據存在PLC主機寄存器的D1050～D1055中，而MODRD語句就是將溫控器中檢測的信息數據讀出傳遞給PLC的D1070～D1085寄存器進行處理。

在本包裝機中，我們用MODRD語句讀取兩筆，分別是當前溫度值和目標溫度值。

參數寫入

讀寫操作
同MODRD語句類似，MODWR可以實現溫控器參數的寫入。

用MODRW語句可以通過MODBUS實現對DTC溫控器參數的讀取和寫入。

電機驅動裝置
本系統驅動步進電機是通過PLC主機發出PWM脈寬調制信號到步進電機驅動器，經步進電機驅動器來實現驅動步進電機運轉的目的。本包裝機選用的步進電機驅動器有多細分選擇、正反轉設置、驅動電流大小等參數可以設置。同時可以由PLC輸出點控制步進電機運轉方向和驅動步進電機的脈沖個數。

由于本包裝機對包裝誤差要求比較嚴格，所以在選擇步進電機硬件參數上需要特別注意，在PLC程序中也應該做到盡量優化。

在上下電機送膜階段，上下膜電機一直轉動送膜，同時主拖電機一直轉動推動壓封好的膜及待壓封的膜前進，直到主控光標檢測到停止位的光標標志，此時全部電機停止轉動。

PLSY K1000 D20 Y0

此處，K1000表示脈沖輸出頻率為1KHz，輸出脈沖個數為D20中存儲的數值（可以在觸摸屏上進行人工設置），Y0為輸入點（在本包裝機中為上膜電機）。例如設置D20=0，則PLC的Y0一直輸出脈沖。

默認情況下，電機正轉，當步進電機驅動器對應的方向控制接點得電之后，電機反轉。在包裝機開始階段的人工牽引上下膜階段，需要實現電機的正反轉來調整膜的位置。

誤差調整設計
在本包裝機控制系統糾偏功能中，使用了2個光標檢測開關，分別檢測上膜和下膜的光標標志，若發現二者檢測到的開關量變化時間不同步，則說明上下膜存在移位偏差，此時，通過PLC主機程序對滯后膜（上膜或是下膜）對應電機加送脈沖個數，以此來補充滯后距離。

實驗發現，以此種方式減小誤差的方式有一定限制，需要注意補充脈沖發出的時間段。在運動中補充脈沖或是在上下膜壓封階段補充脈沖，二者具有一定的差距：前種方式可能會影響到壓封的效果，因為當主控光標檢測到分段標志的時候，立即進入切割環節，同時也是上下膜壓封的時間，此時加送脈沖，由于“超前膜已經停止運動，而“滯后”膜的對應的脈沖還未用完，它對應的電機繼續轉動送膜，這樣，容易導致滯后膜發生褶皺，容易導致次品甚至壞品的情況。而在壓封階段（此處主要是指檢測到停止位光標，到正式壓封前的一段時間內補送脈沖），可以獲得較好的效果。

本測試程序以上膜超前，下膜滯后為例，通過定時器與計數器配合，實現測量上下膜的偏差時間，由于在送膜的過程中，膜的運轉速度基本穩定，可以通過這一偏差時間乘以速度（這個速度可以在機電聯合調試的實際得出），從而得到上下膜偏差距離，然后再根據步進電機的細分步數，求得應該滯后的下膜應該補充的脈沖個數。

結束語
本文介紹的間歇式包裝機控制系統通過在本地某包裝機械廠的實際應用中已獲得成功，包裝精度和包裝成功率均達到預計要求。

作者簡介
石宗甜（1984～）,男，工學學士，供職于桂林電器科學研究所，研究方向：自動控制系統設計、單片機應用系統和開關電源。

參考文獻
[1]臺達.DVP PLC 應用技術手冊[程序篇].
[2]臺達.DVP PLC 應用技術手冊[101例].
[3]臺達.DOP-A人機界面應用技術手冊.