臺達機電產品在自動枕式包裝機的應用

分類：技術教程日期：2007-11-09 00:00:00

　　摘要：本文論述了枕式包裝機的組成以及工作原理，并介紹了一種用PLC實現的包裝機的機電控制系統。
　　
　　0. 前言
　　
　　　　枕式包裝機是食品、醫藥等包裝行業中應用比較廣泛的一種包裝機械，我們在日常的生活中使用到大量的日常用品和食品的包裝大多是枕式包裝機封裝而成。隨著我國經濟的快速發展和人民生活水平的提高，給包裝機行業帶來了良好的發展機遇，應用范圍也越來越寬廣，同時對包裝機的品質和生產效率也提出了更高的要求。
　　
　　　　傳統的枕式包裝機主要采用差速齒輪箱的結構，優點是運行穩定；缺點是噪音較大，機械容易損壞，封裝精度的調整很麻煩。隨著微電子技術、計算機技術、傳感器技術的發展，PLC技術日益成熟，應用也更加廣泛。該包裝機主機系統采用PLC作為控制系統核心，可以使得包裝速度高，定位準確，系統更加可靠、穩定，符合、滿足現在包裝的發展要求。
　　
　　

　　包裝機整體外觀

　　
　　1. 系統概述
　　1.1 系統組成
　　
　　　　枕式包裝機主要完成成型、定位、包裝和封口等功能。主要包括以下幾個系統部分：
　　
　　（1）封切系統
　　　　枕式包裝機的封切系統由橫封刀（上、下）和縱封（左右兩個）組成，其作用就是對包裝物進行橫向和縱向的封裝。
　　
　　（2）加熱系統
　　　　系統需要對橫封刀和縱封刀進行加熱，并進行溫度控制，采用臺達溫度表采集并控制封切刀的溫度。
　　
　　（3）變頻調速系統
　　　　變頻器驅動橫切刀達到封切的目的，其速度決定該包裝機的包裝速度。
　　
　　（4）縱封送料系統
　　　　縱封送料系統由伺服驅動送料輥，與橫切送料系統配合，根據包裝膜的袋長等技術指標達到準確送膜并能達到封切準確（橫切到包裝膜的色標位置）的要求。
　　
　　（5）電氣控制系統
　　　　電源采用單相220V/50Hz供電，主機的電氣系統主要由PLC、變頻器、伺服系統、人機界面等組成。并在橫封刀軸上安裝一個接近開關，位置為橫切點；在送膜軸上裝一光電開關，在包裝膜上黑色光標通過時起作用；在縱封送料系統的主軸安裝一個360線編碼器，對袋長進行計長（通過PLC高速計數實現）。
　　
　　1.2 電氣控制原理
　　
　　　　系統通過人機界面上對應劃面設置袋長（包裝膜兩個光標之間的距離），袋長設定也可以通過啟動系統袋長自動量測來實現。按下袋長自動量測按鈕時，伺服系統以固定的速度啟動，驅動縱封系統送料。當光電開關檢測到包裝膜的第一個光標的時候開始計長，當運行到下一個光標到來時停止計長，并把計算出來的長度顯示到人機界面上。按下存儲按鈕時，就把該長度送進PLC，作為當前封切時包裝膜的長度，如圖1所示。
　　
　　　　系統采用PLC通訊方式采集變頻器的命令頻率F和輸出頻率H，通過求這兩個頻率的平均值（依此來避免采集單一輸出頻率時的延時），作為變頻器的當前頻率。通過計算得到電機的當前運行速度V，根據機械結構的傳動比可以計算出當前橫切刀的旋轉速度R（轉/分），作為送膜快慢的依據。
　　

　　圖1 人機界面設置

　　
　　1. 控制系統設計
　　2.1 控制框圖
　　　　系統的控制部分采用了臺達PLC，并整合臺達人機界面、伺服、變頻器等來實現包裝機的送料和準確封裝，系統控制部分如框圖2所示。
　　
　　

　　圖2 系統控制框圖

　　
　　　　其中，PLC是整個系統的核心，進行信號、資料處理，它的性能決定了整個系統的品質。系統選用了臺達DVP-20EH，此機型具有三路AB相高速計數（其中兩路單相頻寬為200K）及兩路高速脈沖輸出（頻寬為200K），具有強大的浮點數運算功能以及豐富的周邊指令集[1]。
　　
　　　　人機界面用于參數的輸入和控制命令的發出。系統選用了DOP-A57GSTD，其擁有16灰階顯示、高速的硬體結構, 可以實現在線/離線仿真，呈現給用戶一個真正好用的、可規劃的輸入界面[2]。
　　
　　　　編碼器用于提供位置的反饋信號，和變頻器（選用臺達AFD-015S23）、伺服系統（選用臺達750W伺服控制器）、PLC構成一個閉環控制系統[3]。
　　
　　2.2 功能實現
　　
　　（1）自動橫切位置對準
　　
　　　　通過點動（分別對橫切刀和縱封送料點動）把橫切刀正好切在包裝膜的光標位置，然后按下教學模式開始按鈕，伺服系統以固定的速度啟動，驅動縱封系統送料。同時PLC開始計長，當運行到光標位置的時候，伺服送膜停止，并把當前計長數據送到人機界面當前頁上。當按下相對位置存儲時，PLC以當前的相對位置進行包裝，如圖3所示。
　　
　　

　　圖3 自動橫切人機界面設置

　　
　　（2）手動橫切位置對準
　　
　　　　手動操作時，可以直接在人機界面上輸入相對位置；在運行的時候可以通過運行畫面中的左移和右移數值輸入按鈕直接調整切刀位置。如圖4所示。
　　
　　

　　圖4 手動橫切人機界面設置

　　
　　（3）封切跟蹤功能
　　　　設備在運行時，橫切刀每運行一周，切點接近開關就通過PLC外部中斷一次，采集當前編碼器計數值，并與PIC中存儲的相對位置進行比較，根據差值的大小和正負，來計算出PLC所發出命令脈沖的頻率。
　　
　　（4）其它功能
　　　　通過面板或者人機界面可以實現啟動、停止、送料點動、切刀點動、整機點動等功能，在運行的時候，可以檢測當前運轉速度、記錄加工數量，并可實現清零。
　　
　　1. PLC I/O 點分配
　　
　　

　　
　　1. 結束語
　　　　該系統可以滿足用戶在多種情況下的運行需求，解決了傳統機械設備的一些缺點，運行穩定，封切準確，操作簡單。再加上臺達在工控領域的整合方案((采用了臺達DVP-EH PLC、臺達VFD-M變頻器、臺達伺服系統、編碼器及臺達DOP-A人機界面)，使該系統又具備了很好的性價比，具有較好的市場推廣價值。
　　參考文獻：
　　[1].臺達DVP-PLC應用技術手冊。
　　[2].臺達DOP-A人機界面應用技術手冊。
　　[3].臺達伺服系統技術手冊。
　　
　　