摘 要：包裝機(jī)在醫(yī)藥、食品、化妝品、煙草等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用。本文討論臺達(dá)變頻器、編碼器、人機(jī)界面、PLC、伺服、溫控器等工控產(chǎn)品在LS-300L型包裝機(jī)中的應(yīng)用，文中對包裝機(jī)控制系統(tǒng)的工藝要求、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)保護(hù)及安全措施等作了簡要說明。

　　1 引言

　　包裝機(jī)械在國民經(jīng)濟(jì)各個部門有廣泛的應(yīng)用。本文以上海某包裝機(jī)械有限公司新研制的LS-300L型氣動可調(diào)式透明膜三維包裝機(jī)為背景，討論臺達(dá)變頻器、編碼器、人機(jī)界面、PLC、伺服、溫控器等工控產(chǎn)品在該機(jī)包裝控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。LS-300L型包裝機(jī)主要應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化妝品、煙草等行業(yè)，為包裝盒包裝塑料膜，以前使用的是三菱、富士等品牌的機(jī)電產(chǎn)品。因?yàn)樾袠I(yè)內(nèi)競爭的日趨激烈，運(yùn)營成本壓力較大，原控制系統(tǒng)逐漸在安全保護(hù)和控制的便利性方面越來越不能滿足客戶的需求。中達(dá)上海機(jī)電公司利用產(chǎn)品多樣化、極高的性價比、優(yōu)質(zhì)完善的售后服務(wù)體系等業(yè)務(wù)優(yōu)勢，經(jīng)過近2周時間的努力將整套控制系統(tǒng)開發(fā)調(diào)試成功。LS-300L型氣動可調(diào)式透明膜三維包裝機(jī)是機(jī)、電、氣一體化產(chǎn)品。該機(jī)控制系統(tǒng)啟動后，由伺服控制送膜，汽缸推動折迭，熱封等依次自動完成物品的包裝，主要用于各種盒裝物品的外包裝。其包裝形式有多種，可以平包也可以豎包，根據(jù)用戶需要還可以集合包裝。折迭部分采用熱封方式粘結(jié)，可以起到良好的密封、裝潢、美觀、防潮和防干燥作用。此外，薄膜與一根易拉線粘合后包裝，方便拆封。


　　2 包裝對控制系統(tǒng)的工藝要求

　　包裝生產(chǎn)過程中對控制系統(tǒng)有以下的工藝要求：

　　1） 生產(chǎn)效率，在連續(xù)正常生產(chǎn)的情況下，下膜長度在200mm時，每分鐘包裝26-28個；

　　2） 包裝盒的大小差異很大，當(dāng)包裝盒體積很小時，下膜的長度相應(yīng)也比較短，如果偏差比較大，上折封、下折封、折角動作后，進(jìn)行熱封會造成封口處粘合的位置不一致，在測量同一品種的產(chǎn)品時會有差異，影響生產(chǎn)質(zhì)量，因此對下膜長度精度要求高；

　　3） 推料、折角、上折封、下折封在正常生產(chǎn)過程中應(yīng)當(dāng)有相應(yīng)的保護(hù)措施，以免在某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障后，造成機(jī)械上的損壞；

　　4） 推料、折角、上折封、下折封、整形、下膜、吹氣、切斷等動作次序的配合要合理，保證包裝質(zhì)量和效果不受影響；

　　5） 有完整可靠的報警及安全措施，保證安全生產(chǎn)；

　　6） 包裝速度：20-28盒（條）/分；

　　7） 包裝尺寸范圍，長度（L）：50-300mm，寬度（W）:40-220mm，高度（H）:10-90mm；

　　8） 包裝材料，熱封玻璃紙或兩面涂層的OPP(BOPP)薄膜。膜厚一般為0.022-0.03mm，使用卷料形式芯子內(nèi)徑76mm,拆封窄帶寬度為1.2-3mm；

　　9） 膜長L=2B+2H+C （B—包裝物寬度；H—包裝物高度；C—重迭部分），通常取C=10-15mm；

　　10） 以空氣壓縮機(jī)為氣源供給壓縮空氣， 排氣量不小于0.6m3/min, 氣源壓力為0.8-1Mpa, 工作壓力0.6-0.7 Mpa, 通過氣源三聯(lián)體（分氣）、濾氣器、調(diào)壓器、油霧器對氣體進(jìn)行潔凈，干燥處理，保持氣路所需壓力和提供組件潤滑。


　　3 包裝控制系統(tǒng)

　　3．1 系統(tǒng)構(gòu)架

　　系統(tǒng)構(gòu)架框圖如圖1所示。


圖1 系統(tǒng)構(gòu)架框圖


　　3．2 系統(tǒng)構(gòu)成

　　LS-300L型包裝機(jī)所有機(jī)構(gòu)全部采用氣動組件，全部采用氣動控制，在同行業(yè)同類型產(chǎn)品中屬于中高檔機(jī)種。該包裝機(jī)對于各種形狀、大小的包裝盒都能包裝塑料膜，只需通過控制系統(tǒng)的人機(jī)界面對輸送軌道的寬度、包裝膜的長寬、折角整形的寬度等進(jìn)行調(diào)整就能夠進(jìn)行包裝。系統(tǒng)主要采用臺達(dá)工控產(chǎn)品DOP-A57CSTD，DVP-32EH00T，ASD-A0421LA，ASMT04L250AK，DTA4848等構(gòu)成系統(tǒng)，包裝機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)場如圖2（a）、圖2（b）和圖2（c）所示。



(a)

(b)

(c)
圖2 控制系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)場

　　現(xiàn)將系統(tǒng)有關(guān)配置作如下說明。

　　1） 人機(jī)交互系統(tǒng)DOP-A57CSTD

　　支持雙通訊口聯(lián)機(jī)功能，內(nèi)建2組通訊口，可同時連接2種不同通訊格式的控制器，組成多機(jī)聯(lián)機(jī)功能；在線/離線仿真功能，提供仿真功能，方便設(shè)計(jì)者在程序開發(fā)階段進(jìn)行程序編輯與除錯，以避免程序運(yùn)行時錯誤；支持SMC Card存取人機(jī)資料，利用SMC Card存取人機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)，不需使用計(jì)算器執(zhí)行程序上下載，就可對人機(jī)直接執(zhí)行程序的復(fù)制功能；USB快速上下載數(shù)據(jù)，可選擇COM口或USB口執(zhí)行程序上下載，USB可在人機(jī)運(yùn)行中直接執(zhí)行程序傳輸，提高操作方便性及數(shù)據(jù)傳輸速度；顯示器種類為STNLCD；顯示器顏色，256色；顯示器分辨率，320*240；內(nèi)建萬年歷，支持5個外部可編程功能鍵。

　　2）可編程控制器PLC—DVP-32EH00T

　　采用CPU+ASIC雙處理器，分工運(yùn)算處理技術(shù)；基本指令執(zhí)行速度0.24ms；高速脈沖輸出可達(dá)200kHz,內(nèi)建平滑加減速控制；高速計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)頻率可達(dá)200kHz,共四組；I/O模塊數(shù)據(jù)更新界面，不占用程序掃描時間；內(nèi)建多組外部中斷功能；內(nèi)建RS-232/RS-485通訊口。

　　3）伺服系統(tǒng)ASD-A0421LA+ASMT04L250AK

　　五機(jī)一體，即位置/速度/轉(zhuǎn)距/定位/通訊控制，運(yùn)轉(zhuǎn)命令來源：①外部端子信號 ②內(nèi)部緩存器 ③上位通訊，速度/轉(zhuǎn)距限制功能；自動增益調(diào)整；自動模式，根據(jù)估測慣量自動設(shè)定控制器增益，系統(tǒng)頻寬可設(shè)定,15等級；簡易模式，可允許負(fù)載慣性劇烈變化，系統(tǒng)剛性可設(shè)定，15等級；指令平滑功能；具備位置P-Curve與速度S-Curve平滑功能；指令轉(zhuǎn)折瞬間，維持速度與加速度的連續(xù)性；內(nèi)部/外部指令均有平滑功能；絕對/增量命令均有效；軟件功能；性能分析，頻率響應(yīng)，數(shù)字示波器；狀態(tài)監(jiān)視/診斷，顯示I/O狀態(tài)，異常履歷；參數(shù)管理，參數(shù)傳輸，存儲，分類管理；參數(shù)規(guī)則，根據(jù)需求，自動計(jì)算相關(guān)參數(shù)。通訊功能，參數(shù)存取/狀態(tài)與 I/O監(jiān)視，最多254軸同時連接；其它系統(tǒng)特色，I/O信號操作，省去上位NC控制器（降低成本），單軸點(diǎn)對點(diǎn)定位控制（內(nèi)部8點(diǎn)控制），可規(guī)劃速度控制功能（內(nèi)部3點(diǎn)速度設(shè)定），轉(zhuǎn)距控制功能可規(guī)劃（內(nèi)部3點(diǎn)轉(zhuǎn)距控制），絕對/增量坐標(biāo)位置控制，內(nèi)含位置教導(dǎo)功能，內(nèi)含原點(diǎn)搜尋功能，可設(shè)定PG分周比，內(nèi)建數(shù)字操作顯示及按鍵，保護(hù)功能齊全，錯誤信息指示。

　　4)溫控器DTA4848

　　提供PID及ON-OFF功能；自動調(diào)節(jié)PID參數(shù)；可接多種熱電偶及白金測溫電阻輸入；二組警報開關(guān)，各提供十種警報模式；華氏、攝氏單位顯示；按鍵鎖定功能；有4種面板尺寸可供選擇；含RS-485通訊界面。


　　3.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮說明

　　控制系統(tǒng)的控制有3種工作方式：1）手動操作；2）單動操作；3）自動連續(xù)操作。氣動部件控制框圖如圖3 所示。以下對控制系統(tǒng)手動操作方式考慮作簡要說明，單動操作和自動連續(xù)操作與手動操作方式類似，不再多敘。

　　當(dāng)手動操作時，推料、折角、整形、上折封、下折封、易拉線、下膜、切斷、吹氣都能獨(dú)立動作， 其中：

　　　推料：推料—〉推到位—〉推料停—〉推料回—〉推料回到位—〉推料回停
　　　折角：折角—〉折角折到位—〉折角停
　　　　　折角回—〉折角回到位—〉折角回停
　　　整形：整形—〉整形開始延時—〉時間到—〉整形退
　　　上折封：上折封向下—〉上折封下到位—〉上折封向下停
　　　　　　上折封向上—〉上折封上到位—〉上折封向上停
　　　下折封：下折封向上—〉下折封上到位—〉下折封向上停
　　　　　　下折封向下—〉下折封下到位—〉下折封向下停
　　　易拉線：易拉線動作—〉易拉線動作延時—〉時間到—〉復(fù)位
　　　下膜：下膜—〉伺服動作—〉下膜到設(shè)定長度后停止
　　　　　　　　　　　　　　　吹氣動作—〉定時—〉定時到—〉停
　　　切斷：單獨(dú)點(diǎn)動
　　　吹氣：吹氣動作—〉定時—〉定時到—〉停

　　在自動運(yùn)行的狀態(tài)下，系統(tǒng)會自動進(jìn)行計(jì)算，然后在人機(jī)上顯示。


　　4 系統(tǒng)保護(hù)及安全措施

　　1）在手動狀態(tài)下，推料只有在折角回到位、上折封上到位、下折封下到位的時候，才允許推料動作。

　　2）在手動狀態(tài)下，折角只有在推料回到位、上折封上到位、下折封下到位的時候，才允許折角動作。

　　3）在手動狀態(tài)下，上折封只有在推料回到位、折角回到位的時候，才允許上折封動作。

　　4）在手動狀態(tài)下，下折封只有在推料回到位、折角回到位的時候，才允許下折封動作。

　　5）當(dāng)系統(tǒng)由手動操作狀態(tài)切換到自動運(yùn)行狀態(tài)或者由自動運(yùn)行狀態(tài)切換到手動運(yùn)行狀態(tài)時，所有的汽缸都自動復(fù)位。即推料、折角、整形、上折封、下折封、易拉線、切斷、吹氣都復(fù)位到初始狀態(tài)。

　　6）一旦在自動運(yùn)行模式下啟動時，系統(tǒng)會自動先進(jìn)行檢測，確認(rèn)所有的汽缸是否處在復(fù)位狀態(tài)，如果沒有處在復(fù)位狀態(tài)，系統(tǒng)就會報警，同時將所有氣缸復(fù)位。

　　7）為保證氣壓的正常，一旦氣壓不足，系統(tǒng)會有提示信息，告知用戶，氣壓不足，系統(tǒng)不能啟動。

　　8）整個系統(tǒng)提供兩個急停開關(guān)，一旦出現(xiàn)緊急事故時，按下急停按鈕，系統(tǒng)全部停止。所有的操作都禁止，直到故障解除后，將急停按鈕復(fù)原后，才能進(jìn)行所有的操作。

　　9）伺服一旦出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會提示相應(yīng)的報警信息，提示用戶檢查伺服電機(jī)。


圖3 氣動部件控制框圖

　　5 工藝參數(shù)及控制畫面與調(diào)試

　　5．1 工藝參數(shù)及控制畫面

　　工藝參數(shù)設(shè)置及相關(guān)控制界面等分別如圖4（a）、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)等所示。


(a)

(b)

(c)

圖4 相關(guān)工藝參數(shù)設(shè)置及控制界面　　6 系統(tǒng)調(diào)試
　　1） 定長
　　伺服的控制方式為：Pt模式，脈沖+方向；電子齒輪比為3：1。



　　由圖5（a）、（b）可以看出伺服與一個35:1的減速機(jī)相連，減速機(jī)的另一端連接錐形齒，通過兩個錐形齒的捏合帶動傳送輥運(yùn)轉(zhuǎn)。D500，設(shè)定長度；D0，傳送輥直徑；P，需要發(fā)的脈沖；i，減速比，所以可以得出：
　　　　　　P=(1000/3*i*D500)/ πD0
　　　2) 速度
　　如果每秒鐘發(fā) 10000/3*35個脈沖，則傳送輥轉(zhuǎn)1圈，走πD0mm。如果D502為設(shè)定速度：mm/s,則每秒需要發(fā)的脈沖數(shù)為：
　　　　　　　　　 P=(1000/3*i*D502)/ πD0
　　3) 輸入輸出
　　① 輸入,X0,急停1；X1,急停2 ；X3,微動開關(guān)；X4,氣壓開關(guān)；X6,推料到位；X10,推料回程限位；X11,上折封下限位；X12,上折封上限位；X14,下折封上限位；X15,折角進(jìn)限位；X16,折角回限位。
　　② 輸出，Y1，伺服方向；Y2，伺服ON；Y3，傳送帶；Y4，推料進(jìn)；Y5，推料回；Y6，上折封下；Y7，上折封上；Y10，下折封上/下；Y12，折角進(jìn)；Y13，折角回；Y14，切膜；Y15，整形；Y16，易拉線；Y17，吹氣。
　　4） 邏輯動作，邏輯按所述的動作流程圖動作。
　　5）伺服參數(shù)，P1-00—32；P1-01—00；P1-34—50；P1-35—20；P1-36—300；P1-37—7；P1-44—3；P1-45—1；P2-00—94；P2-02—5000；P2-04—3014；P2-06—60；P2-23—1000；P2-25—4；P2-26—70。
　　6 結(jié)束語
　　以上對臺達(dá)工控產(chǎn)品在LS-300L型氣動可調(diào)式透明膜三維包裝機(jī)上的應(yīng)用作了簡要討論。中達(dá)電通公司是中國最具成長潛力為通信及自動化市場提供設(shè)備和服務(wù)的企業(yè)之一，其主要產(chǎn)品和服務(wù)包括視訊設(shè)備、動力系統(tǒng)、寬帶數(shù)據(jù)和機(jī)電自動化等4個方面，是工控產(chǎn)品臺達(dá)變頻器、編碼器、人機(jī)界面、PLC、伺服、溫控器等機(jī)電產(chǎn)品的制造廠商，可為各行各業(yè)的客戶提供全面的解決方案，公司希望能與更多的客戶合作，開發(fā)出更多具有自主產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新型產(chǎn)品。