摘要：本文論述了枕式包裝機(jī)的組成以及工作原理，并介紹了一種用PLC實(shí)現(xiàn)的包裝機(jī)的機(jī)電控制系統(tǒng)。

0. 前言

　　枕式包裝機(jī)是食品、醫(yī)藥等包裝行業(yè)中應(yīng)用比較廣泛的一種包裝機(jī)械，我們?cè)谌粘５纳钪惺褂玫酱罅康娜粘Ｓ闷泛褪称返陌b大多是枕式包裝機(jī)封裝而成。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，給包裝機(jī)行業(yè)帶來(lái)了良好的發(fā)展機(jī)遇，應(yīng)用范圍也越來(lái)越寬廣，同時(shí)對(duì)包裝機(jī)的品質(zhì)和生產(chǎn)效率也提出了更高的要求。

　　傳統(tǒng)的枕式包裝機(jī)主要采用差速齒輪箱的結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定；缺點(diǎn)是噪音較大，機(jī)械容易損壞，封裝精度的調(diào)整很麻煩。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展，PLC技術(shù)日益成熟，應(yīng)用也更加廣泛。該包裝機(jī)主機(jī)系統(tǒng)采用PLC作為控制系統(tǒng)核心，可以使得包裝速度高，定位準(zhǔn)確，系統(tǒng)更加可靠、穩(wěn)定，符合、滿(mǎn)足現(xiàn)在包裝的發(fā)展要求。


包裝機(jī)整體外觀

1. 系統(tǒng)概述
1.1 系統(tǒng)組成

　　枕式包裝機(jī)主要完成成型、定位、包裝和封口等功能。主要包括以下幾個(gè)系統(tǒng)部分：

（1）封切系統(tǒng)
　　枕式包裝機(jī)的封切系統(tǒng)由橫封刀（上、下）和縱封（左右兩個(gè)）組成，其作用就是對(duì)包裝物進(jìn)行橫向和縱向的封裝。

（2）加熱系統(tǒng)
　　系統(tǒng)需要對(duì)橫封刀和縱封刀進(jìn)行加熱，并進(jìn)行溫度控制，采用臺(tái)達(dá)溫度表采集并控制封切刀的溫度。

（3）變頻調(diào)速系統(tǒng)
　　變頻器驅(qū)動(dòng)橫切刀達(dá)到封切的目的，其速度決定該包裝機(jī)的包裝速度。

（4）縱封送料系統(tǒng)
　　縱封送料系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)送料輥，與橫切送料系統(tǒng)配合，根據(jù)包裝膜的袋長(zhǎng)等技術(shù)指標(biāo)達(dá)到準(zhǔn)確送膜并能達(dá)到封切準(zhǔn)確（橫切到包裝膜的色標(biāo)位置）的要求。

（5）電氣控制系統(tǒng)
　　電源采用單相220V/50Hz供電，主機(jī)的電氣系統(tǒng)主要由PLC、變頻器、伺服系統(tǒng)、人機(jī)界面等組成。并在橫封刀軸上安裝一個(gè)接近開(kāi)關(guān)，位置為橫切點(diǎn)；在送膜軸上裝一光電開(kāi)關(guān)，在包裝膜上黑色光標(biāo)通過(guò)時(shí)起作用；在縱封送料系統(tǒng)的主軸安裝一個(gè)360線編碼器，對(duì)袋長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)長(zhǎng)（通過(guò)PLC高速計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)）。

1.2 電氣控制原理

　　系統(tǒng)通過(guò)人機(jī)界面上對(duì)應(yīng)劃面設(shè)置袋長(zhǎng)（包裝膜兩個(gè)光標(biāo)之間的距離），袋長(zhǎng)設(shè)定也可以通過(guò)啟動(dòng)系統(tǒng)袋長(zhǎng)自動(dòng)量測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)。按下袋長(zhǎng)自動(dòng)量測(cè)按鈕時(shí)，伺服系統(tǒng)以固定的速度啟動(dòng)，驅(qū)動(dòng)縱封系統(tǒng)送料。當(dāng)光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)到包裝膜的第一個(gè)光標(biāo)的時(shí)候開(kāi)始計(jì)長(zhǎng)，當(dāng)運(yùn)行到下一個(gè)光標(biāo)到來(lái)時(shí)停止計(jì)長(zhǎng)，并把計(jì)算出來(lái)的長(zhǎng)度顯示到人機(jī)界面上。按下存儲(chǔ)按鈕時(shí)，就把該長(zhǎng)度送進(jìn)PLC，作為當(dāng)前封切時(shí)包裝膜的長(zhǎng)度，如圖1所示。

　　系統(tǒng)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(guò)求這兩個(gè)頻率的平均值（依此來(lái)避免采集單一輸出頻率時(shí)的延時(shí)），作為變頻器的當(dāng)前頻率。通過(guò)計(jì)算得到電機(jī)的當(dāng)前運(yùn)行速度V，根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)比可以計(jì)算出當(dāng)前橫切刀的旋轉(zhuǎn)速度R（轉(zhuǎn)/分），作為送膜快慢的依據(jù)。


圖1 人機(jī)界面設(shè)置

1. 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 控制框圖
　　系統(tǒng)的控制部分采用了臺(tái)達(dá)PLC，并整合臺(tái)達(dá)人機(jī)界面、伺服、變頻器等來(lái)實(shí)現(xiàn)包裝機(jī)的送料和準(zhǔn)確封裝，系統(tǒng)控制部分如框圖2所示。


圖2 系統(tǒng)控制框圖

　　其中，PLC是整個(gè)系統(tǒng)的核心，進(jìn)行信號(hào)、資料處理，它的性能決定了整個(gè)系統(tǒng)的品質(zhì)。系統(tǒng)選用了臺(tái)達(dá)DVP-20EH，此機(jī)型具有三路AB相高速計(jì)數(shù)（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(qiáng)大的浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算功能以及豐富的周邊指令集[1]。

　　人機(jī)界面用于參數(shù)的輸入和控制命令的發(fā)出。系統(tǒng)選用了DOP-A57GSTD，其擁有16灰階顯示、高速的硬體結(jié)構(gòu), 可以實(shí)現(xiàn)在線/離線仿真，呈現(xiàn)給用戶(hù)一個(gè)真正好用的、可規(guī)劃的輸入界面[2]。

　　編碼器用于提供位置的反饋信號(hào)，和變頻器（選用臺(tái)達(dá)AFD-015S23）、伺服系統(tǒng)（選用臺(tái)達(dá)750W伺服控制器）、PLC構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)[3]。

2.2 功能實(shí)現(xiàn)

（1）自動(dòng)橫切位置對(duì)準(zhǔn)

　　通過(guò)點(diǎn)動(dòng)（分別對(duì)橫切刀和縱封送料點(diǎn)動(dòng)）把橫切刀正好切在包裝膜的光標(biāo)位置，然后按下教學(xué)模式開(kāi)始按鈕，伺服系統(tǒng)以固定的速度啟動(dòng)，驅(qū)動(dòng)縱封系統(tǒng)送料。同時(shí)PLC開(kāi)始計(jì)長(zhǎng)，當(dāng)運(yùn)行到光標(biāo)位置的時(shí)候，伺服送膜停止，并把當(dāng)前計(jì)長(zhǎng)數(shù)據(jù)送到人機(jī)界面當(dāng)前頁(yè)上。當(dāng)按下相對(duì)位置存儲(chǔ)時(shí)，PLC以當(dāng)前的相對(duì)位置進(jìn)行包裝，如圖3所示。


圖3 自動(dòng)橫切人機(jī)界面設(shè)置

（2）手動(dòng)橫切位置對(duì)準(zhǔn)

　　手動(dòng)操作時(shí)，可以直接在人機(jī)界面上輸入相對(duì)位置；在運(yùn)行的時(shí)候可以通過(guò)運(yùn)行畫(huà)面中的左移和右移數(shù)值輸入按鈕直接調(diào)整切刀位置。如圖4所示。


圖4 手動(dòng)橫切人機(jī)界面設(shè)置

（3）封切跟蹤功能
　　設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，橫切刀每運(yùn)行一周，切點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)就通過(guò)PLC外部中斷一次，采集當(dāng)前編碼器計(jì)數(shù)值，并與PIC中存儲(chǔ)的相對(duì)位置進(jìn)行比較，根據(jù)差值的大小和正負(fù)，來(lái)計(jì)算出PLC所發(fā)出命令脈沖的頻率。

（4）其它功能
　　通過(guò)面板或者人機(jī)界面可以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停止、送料點(diǎn)動(dòng)、切刀點(diǎn)動(dòng)、整機(jī)點(diǎn)動(dòng)等功能，在運(yùn)行的時(shí)候，可以檢測(cè)當(dāng)前運(yùn)轉(zhuǎn)速度、記錄加工數(shù)量，并可實(shí)現(xiàn)清零。

1. PLC I/O 點(diǎn)分配




1. 結(jié)束語(yǔ)
　　該系統(tǒng)可以滿(mǎn)足用戶(hù)在多種情況下的運(yùn)行需求，解決了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備的一些缺點(diǎn)，運(yùn)行穩(wěn)定，封切準(zhǔn)確，操作簡(jiǎn)單。再加上臺(tái)達(dá)在工控領(lǐng)域的整合方案((采用了臺(tái)達(dá)DVP-EH PLC、臺(tái)達(dá)VFD-M變頻器、臺(tái)達(dá)伺服系統(tǒng)、編碼器及臺(tái)達(dá)DOP-A人機(jī)界面)，使該系統(tǒng)又具備了很好的性?xún)r(jià)比，具有較好的市場(chǎng)推廣價(jià)值。
參考文獻(xiàn)：
[1].臺(tái)達(dá)DVP-PLC應(yīng)用技術(shù)手冊(cè)。
[2].臺(tái)達(dá)DOP-A人機(jī)界面應(yīng)用技術(shù)手冊(cè)。
[3].臺(tái)達(dá)伺服系統(tǒng)技術(shù)手冊(cè)。


橫封刀機(jī)構(gòu)
送膜機(jī)構(gòu)
電氣控制箱面板
電氣控制箱內(nèi)部布置
包裝機(jī)前視圖