基于PLC的全自動(dòng)包裝機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1 引言
隨著微機(jī)技術(shù)的不斷深入發(fā)展，以微機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的可編程控制器(Programmable Logical Controller)也在不斷地發(fā)展和成熟，它以其可靠性極高、能經(jīng)受惡劣環(huán)境的考驗(yàn)、功能強(qiáng)大和使用簡(jiǎn)單方便等巨大優(yōu)越性，迅速占領(lǐng)工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域，成為工業(yè)自動(dòng)控制的首選產(chǎn)品。在印刷包裝行業(yè)中應(yīng)用尤其突出.在當(dāng)今競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中，各印刷包裝機(jī)械廠(chǎng)家為贏得更廣泛的客戶(hù)群，他們?cè)诔杀究刂啤⑾到y(tǒng)穩(wěn)定性和流程控制等上花大力氣，以求得在眾多的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手中取得優(yōu)勢(shì)。本文著重介紹了一種基于PLC的全自動(dòng)立式包裝機(jī)控制系統(tǒng)，對(duì)控制系統(tǒng)中傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和PLC程序設(shè)計(jì)做詳細(xì)的介紹。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本控制系統(tǒng)主要介紹的是利用可編程控制器、人機(jī)界面、伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)立式包裝機(jī)全自動(dòng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行,達(dá)到準(zhǔn)確控制，提高產(chǎn)量和降低成本的目的。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)要求,該控制系統(tǒng)主要由三部分組成:
·控制部分:臺(tái)灣永宏電機(jī)股份公司的FATEK可編程控制器(PLC);
·操作部分:臺(tái)灣泉毅電子公司的HITECH PWS1711-STN2人機(jī)界面(HMI);
·執(zhí)行部分:單片型給料機(jī)、日本松下伺服電機(jī)、普通打印機(jī)、長(zhǎng)封/端封汽缸、給膜電機(jī)、切刀、點(diǎn)切線(xiàn)刀給等各一臺(tái)(個(gè))。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.1 系統(tǒng)控制部分
系統(tǒng)關(guān)鍵的控制器PLC選用的是臺(tái)灣永宏電機(jī)股份公司的FATEK MA系列FBs-40MAT機(jī)型，永宏第四代小型機(jī)FBs系列是一種有很高性能和價(jià)格比的可編程控制器，由于其結(jié)構(gòu)緊湊小巧、執(zhí)行速度快、功能強(qiáng)大及價(jià)格低廉等特點(diǎn)，符合本系統(tǒng)各方面要求。在該系統(tǒng)中，永宏表格式的伺服控制編程方式簡(jiǎn)而易己地實(shí)現(xiàn)了伺服控制，其高速脈沖直接驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)。I/O點(diǎn)分配如表1所示:


2.2 系統(tǒng)操作部分
人機(jī)界面選用的是臺(tái)灣泉毅電子公司的HITECH PWS1711-STN2機(jī)型，該產(chǎn)品取代了傳統(tǒng)的面板控制功能，大大節(jié)省了PLC的I/O點(diǎn)，減少了故障率，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字設(shè)定、信息顯示、功能設(shè)定、信息畫(huà)面實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單及方便快捷達(dá)到自動(dòng)控制的目的。

2.3 系統(tǒng)執(zhí)行部分
(1) 給料機(jī)系統(tǒng)
給料機(jī)系統(tǒng)主要由自動(dòng)供料器和稱(chēng)重裝置組成。
自動(dòng)供料器按照設(shè)定轉(zhuǎn)速來(lái)決定其生產(chǎn)袋數(shù)，其轉(zhuǎn)速則由變頻器編程控制設(shè)定的頻率值來(lái)決定，對(duì)應(yīng)的頻率-轉(zhuǎn)速如圖2所示。當(dāng)設(shè)定30.3Hz時(shí)，則自動(dòng)送料器以60r/min的速度旋轉(zhuǎn)。

圖2 自動(dòng)供料器Hz-V圖

稱(chēng)重裝置又稱(chēng)連鎖信號(hào)裝置,用于與機(jī)器相連，其結(jié)構(gòu)原理如圖3所示。其中裝入信號(hào)(下落請(qǐng)求信號(hào))為可變脈沖寬度(一般100ms)，下落信號(hào)(移交結(jié)束信號(hào))為設(shè)定脈沖寬度大于100ms。

圖3 稱(chēng)重裝置結(jié)構(gòu)原理圖

(2) 伺服電機(jī)
執(zhí)行機(jī)構(gòu)伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用日本松下MSMAO42A1A系列，該機(jī)構(gòu)以小慣量MSMA型配合普通電機(jī)帶動(dòng)和導(dǎo)引包裝膜來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的大慣量伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接帶動(dòng)包裝膜，達(dá)到了降低成本的目的。伺服系統(tǒng)采用位置控制方式，在控制器表格設(shè)置中，設(shè)定速度、加減速時(shí)間、脈沖數(shù)及正反轉(zhuǎn)等參數(shù)，使伺服電機(jī)達(dá)到了良好的運(yùn)行性能。

3 控制系統(tǒng)主要工藝流程
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需要，設(shè)計(jì)如下系統(tǒng)控制流程，如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)控制流程圖

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)軟件由兩方面組成:即人機(jī)交互界面ADP程序主控PLC程序，ADP程序完成操作人員同PLC之間的對(duì)話(huà)，主要是各個(gè)操作畫(huà)面之間的相互切換和每個(gè)操作畫(huà)面各個(gè)按鍵動(dòng)作所對(duì)應(yīng)的PLC程序的控制位。

(1) 系統(tǒng)邏輯控制設(shè)計(jì)
系統(tǒng)在程序設(shè)計(jì)中采用周期時(shí)間控制，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出設(shè)定延時(shí)時(shí)間和動(dòng)作時(shí)間，如圖5(a)所示。并設(shè)定動(dòng)態(tài)圖直接反映周期內(nèi)的延時(shí)和動(dòng)作時(shí)間，設(shè)置超出范圍或者錯(cuò)誤，可在動(dòng)態(tài)圖中直接看出，如圖5(b)所示。控制直觀，易于實(shí)現(xiàn)，減少了產(chǎn)品種類(lèi)不同要求的調(diào)試時(shí)間。

(a) 設(shè)定定時(shí)


(b) 動(dòng)態(tài)定時(shí)

圖5 設(shè)定延時(shí)和動(dòng)態(tài)定時(shí)圖

(2) 系統(tǒng)控制功能設(shè)計(jì)
本程序考慮到系統(tǒng)功能全面性，設(shè)定了如圖6所示的功能條件設(shè)定畫(huà)面，滿(mǎn)足了產(chǎn)品多樣性要求;而圖7所示的運(yùn)轉(zhuǎn)控制及狀態(tài)顯示界面很好地達(dá)到了系統(tǒng)作業(yè)要求。

圖6 功能條件設(shè)定畫(huà)面


圖7 運(yùn)轉(zhuǎn)控制及狀態(tài)顯示界面

5 結(jié)束語(yǔ)
本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)簡(jiǎn)單，易于操作,加工產(chǎn)品范圍廣，產(chǎn)量與同類(lèi)產(chǎn)品有很大程度上的提高，袋長(zhǎng)范圍可隨需要設(shè)定，或由色標(biāo)決定。每分鐘可生產(chǎn)袋長(zhǎng)450mm大60袋之多，袋寬可隨導(dǎo)膜變更部分而定，且包裝產(chǎn)品可以是塊狀、顆粒狀和粉末狀等。系統(tǒng)采用配方控制，每一種產(chǎn)品參數(shù)可調(diào)用可更改。本系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一年多的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行及完善，與其它同類(lèi)系統(tǒng)相比，系統(tǒng)故障率低，穩(wěn)定性高，產(chǎn)品次品率低，耗電量大大降低，是一種環(huán)保節(jié)能型系統(tǒng)。