臺達工控產品在包裝機上的應用
摘 要：包裝機在醫藥、食品、化妝品、煙草等行業有廣泛的應用。本文討論臺達變頻器、編碼器、人機界面、PLC、伺服、溫控器等工控產品在LS-300L型包裝機中的應用，文中對包裝機控制系統的工藝要求、系統結構、系統保護及安全措施等作了簡要說明。
1 引言
包裝機械在國民經濟各個部門有廣泛的應用。本文以上海某包裝機械有限公司新研制的LS-300L型氣動可調式透明膜三維包裝機為背景，討論臺達變頻器、編碼器、人機界面、PLC、伺服、溫控器等工控產品在該機包裝控制系統中的應用。LS-300L型包裝機主要應用于醫藥、食品、化妝品、煙草等行業，為包裝盒包裝塑料膜，以前使用的是三菱、富士等品牌的機電產品。因為行業內競爭的日趨激烈，運營成本壓力較大，原控制系統逐漸在安全保護和控制的便利性方面越來越不能滿足客戶的需求。中達上海機電公司利用產品多樣化、極高的性價比、優質完善的售后服務體系等業務優勢，經過近2周時間的努力將整套控制系統開發調試成功。LS-300L型氣動可調式透明膜三維包裝機是機、電、氣一體化產品。該機控制系統啟動后，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，根據用戶需要還可以集合包裝。折迭部分采用熱封方式粘結，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 包裝對控制系統的工藝要求
包裝生產過程中對控制系統有以下的工藝要求：
1） 生產效率，在連續正常生產的情況下，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，當包裝盒體積很小時，下膜的長度相應也比較短，如果偏差比較大，上折封、下折封、折角動作后，進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品時會有差異，影響生產質量，因此對下膜長度精度要求高；
3） 推料、折角、上折封、下折封在正常生產過程中應當有相應的保護措施，以免在某一環節出現故障后，造成機械上的損壞；
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；
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, 通過氣源三聯體（分氣）、濾氣器、調壓器、油霧器對氣體進行潔凈，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
3．1 系統構架
系統構架框圖如圖1所示。
圖1 系統構架框圖
3．2 系統構成
LS-300L型包裝機所有機構全部采用氣動組件，全部采用氣動控制，在同行業同類型產品中屬于中高檔機種。該包裝機對于各種形狀、大小的包裝盒都能包裝塑料膜，只需通過控制系統的人機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行調整就能夠進行包裝。系統主要采用臺達工控產品DOP-A57CSTD，DVP-32EH00T，ASD-A0421LA，ASMT04L250AK，DTA4848等構成系統，包裝機控制系統運行現場如圖2（a）、圖2（b）和圖2（c）所示。
(a)
(b)
(c)
圖2 控制系統運行現場
現將系統有關配置作如下說明。
1） 人機交互系統DOP-A57CSTD
支持雙通訊口聯機功能，內建2組通訊口，可同時連接2種不同通訊格式的控制器，組成多機聯機功能；在線/離線仿真功能，提供仿真功能，方便設計者在程序開發階段進行程序編輯與除錯，以避免程序運行時錯誤；支持SMC Card存取人機資料，利用SMC Card存取人機內部數據，不需使用計算器執行程序上下載，就可對人機直接執行程序的復制功能；USB快速上下載數據，可選擇COM口或USB口執行程序上下載，USB可在人機運行中直接執行程序傳輸，提高操作方便性及數據傳輸速度；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，分工運算處理技術；基本指令執行速度0.24ms；高速脈沖輸出可達200kHz,內建平滑加減速控制；高速計數器計數頻率可達200kHz,共四組；I/O模塊數據更新界面，不占用程序掃描時間；內建多組外部中斷功能；內建RS-232/RS-485通訊口。
3）伺服系統ASD-A0421LA+ASMT04L250AK
五機一體，即位置/速度/轉距/定位/通訊控制，運轉命令來源：①外部端子信號 ②內部緩存器 ③上位通訊，速度/轉距限制功能；自動增益調整；自動模式，根據估測慣量自動設定控制器增益，系統頻寬可設定,15等級；簡易模式，可允許負載慣性劇烈變化，系統剛性可設定，15等級；指令平滑功能；具備位置P-Curve與速度S-Curve平滑功能；指令轉折瞬間，維持速度與加速度的連續性；內部/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，數字示波器；狀態監視/診斷，顯示I/O狀態，異常履歷；參數管理，參數傳輸，存儲，分類管理；參數規則，根據需求，自動計算相關參數。通訊功能，參數存取/狀態與 I/O監視，最多254軸同時連接；其它系統特色，I/O信號操作，省去上位NC控制器（降低成本），單軸點對點定位控制（內部8點控制），可規劃速度控制功能（內部3點速度設定），轉距控制功能可規劃（內部3點轉距控制），絕對/增量坐標位置控制，內含位置教導功能，內含原點搜尋功能，可設定PG分周比，內建數字操作顯示及按鍵，保護功能齊全，錯誤信息指示。
4)溫控器DTA4848
提供PID及ON-OFF功能；自動調節PID參數；可接多種熱電偶及白金測溫電阻輸入；二組警報開關，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 控制系統設計考慮說明
控制系統的控制有3種工作方式：1）手動操作；2）單動操作；3）自動連續操作。氣動部件控制框圖如圖3 所示。以下對控制系統手動操作方式考慮作簡要說明，單動操作和自動連續操作與手動操作方式類似，不再多敘。
當手動操作時，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—〉復位
下膜：下膜—〉伺服動作—〉下膜到設定長度后停止
吹氣動作—〉定時—〉定時到—〉停
切斷：單獨點動
吹氣：吹氣動作—〉定時—〉定時到—〉停
在自動運行的狀態下，系統會自動進行計算，然后在人機上顯示。
4 系統保護及安全措施
1）在手動狀態下，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）當系統由手動操作狀態切換到自動運行狀態或者由自動運行狀態切換到手動運行狀態時，所有的汽缸都自動復位。即推料、折角、整形、上折封、下折封、易拉線、切斷、吹氣都復位到初始狀態。
6）一旦在自動運行模式下啟動時，系統會自動先進行檢測，確認所有的汽缸是否處在復位狀態，如果沒有處在復位狀態，系統就會報警，同時將所有氣缸復位。
7）為保證氣壓的正常，一旦氣壓不足，系統會有提示信息，告知用戶，氣壓不足，系統不能啟動。
8）整個系統提供兩個急停開關，一旦出現緊急事故時，按下急停按鈕，系統全部停止。所有的操作都禁止，直到故障解除后，將急停按鈕復原后，才能進行所有的操作。
9）伺服一旦出現故障，系統會提示相應的報警信息，提示用戶檢查伺服電機。
圖3 氣動部件控制框圖
5 工藝參數及控制畫面與調試
5．1 工藝參數及控制畫面
工藝參數設置及相關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 相關工藝參數設置及控制界面
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的減速機相連，減速機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轉。D500，設定長度；D0，傳送輥直徑；P，需要發的脈沖；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 10000/3*35個脈沖，則傳送輥轉1圈，走πD0mm。如果D502為設定速度：mm/s,則每秒需要發的脈沖數為：
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；X4,氣壓開關；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；Y5，推料回；Y6，上折封下；Y7，上折封上；Y10，下折封上/下；Y12，折角進；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，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 結束語
以上對臺達工控產品在LS-300L型氣動可調式透明膜三維包裝機上的應用作了簡要討論。中達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備和服務的企業之一，其主要產品和服務包括視訊設備、動力系統、寬帶數據和機電自動化等4個方面，是工控產品臺達變頻器、編碼器、人機界面、PLC、伺服、溫控器等機電產品的制造廠商，可為各行各業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，開發出更多具有自主產權的創新型產品。
1 引言
包裝機械在國民經濟各個部門有廣泛的應用。本文以上海某包裝機械有限公司新研制的LS-300L型氣動可調式透明膜三維包裝機為背景，討論臺達變頻器、編碼器、人機界面、PLC、伺服、溫控器等工控產品在該機包裝控制系統中的應用。LS-300L型包裝機主要應用于醫藥、食品、化妝品、煙草等行業，為包裝盒包裝塑料膜，以前使用的是三菱、富士等品牌的機電產品。因為行業內競爭的日趨激烈，運營成本壓力較大，原控制系統逐漸在安全保護和控制的便利性方面越來越不能滿足客戶的需求。中達上海機電公司利用產品多樣化、極高的性價比、優質完善的售后服務體系等業務優勢，經過近2周時間的努力將整套控制系統開發調試成功。LS-300L型氣動可調式透明膜三維包裝機是機、電、氣一體化產品。該機控制系統啟動后，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，根據用戶需要還可以集合包裝。折迭部分采用熱封方式粘結，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 包裝對控制系統的工藝要求
包裝生產過程中對控制系統有以下的工藝要求：
1） 生產效率，在連續正常生產的情況下，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，當包裝盒體積很小時，下膜的長度相應也比較短，如果偏差比較大，上折封、下折封、折角動作后，進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品時會有差異，影響生產質量，因此對下膜長度精度要求高；
3） 推料、折角、上折封、下折封在正常生產過程中應當有相應的保護措施，以免在某一環節出現故障后，造成機械上的損壞；
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；
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, 通過氣源三聯體（分氣）、濾氣器、調壓器、油霧器對氣體進行潔凈，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
3．1 系統構架
系統構架框圖如圖1所示。
圖1 系統構架框圖
3．2 系統構成
LS-300L型包裝機所有機構全部采用氣動組件，全部采用氣動控制，在同行業同類型產品中屬于中高檔機種。該包裝機對于各種形狀、大小的包裝盒都能包裝塑料膜，只需通過控制系統的人機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行調整就能夠進行包裝。系統主要采用臺達工控產品DOP-A57CSTD，DVP-32EH00T，ASD-A0421LA，ASMT04L250AK，DTA4848等構成系統，包裝機控制系統運行現場如圖2（a）、圖2（b）和圖2（c）所示。
(a)
(b)
(c)
圖2 控制系統運行現場
現將系統有關配置作如下說明。
1） 人機交互系統DOP-A57CSTD
支持雙通訊口聯機功能，內建2組通訊口，可同時連接2種不同通訊格式的控制器，組成多機聯機功能；在線/離線仿真功能，提供仿真功能，方便設計者在程序開發階段進行程序編輯與除錯，以避免程序運行時錯誤；支持SMC Card存取人機資料，利用SMC Card存取人機內部數據，不需使用計算器執行程序上下載，就可對人機直接執行程序的復制功能；USB快速上下載數據，可選擇COM口或USB口執行程序上下載，USB可在人機運行中直接執行程序傳輸，提高操作方便性及數據傳輸速度；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，分工運算處理技術；基本指令執行速度0.24ms；高速脈沖輸出可達200kHz,內建平滑加減速控制；高速計數器計數頻率可達200kHz,共四組；I/O模塊數據更新界面，不占用程序掃描時間；內建多組外部中斷功能；內建RS-232/RS-485通訊口。
3）伺服系統ASD-A0421LA+ASMT04L250AK
五機一體，即位置/速度/轉距/定位/通訊控制，運轉命令來源：①外部端子信號 ②內部緩存器 ③上位通訊，速度/轉距限制功能；自動增益調整；自動模式，根據估測慣量自動設定控制器增益，系統頻寬可設定,15等級；簡易模式，可允許負載慣性劇烈變化，系統剛性可設定，15等級；指令平滑功能；具備位置P-Curve與速度S-Curve平滑功能；指令轉折瞬間，維持速度與加速度的連續性；內部/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，數字示波器；狀態監視/診斷，顯示I/O狀態，異常履歷；參數管理，參數傳輸，存儲，分類管理；參數規則，根據需求，自動計算相關參數。通訊功能，參數存取/狀態與 I/O監視，最多254軸同時連接；其它系統特色，I/O信號操作，省去上位NC控制器（降低成本），單軸點對點定位控制（內部8點控制），可規劃速度控制功能（內部3點速度設定），轉距控制功能可規劃（內部3點轉距控制），絕對/增量坐標位置控制，內含位置教導功能，內含原點搜尋功能，可設定PG分周比，內建數字操作顯示及按鍵，保護功能齊全，錯誤信息指示。
4)溫控器DTA4848
提供PID及ON-OFF功能；自動調節PID參數；可接多種熱電偶及白金測溫電阻輸入；二組警報開關，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 控制系統設計考慮說明
控制系統的控制有3種工作方式：1）手動操作；2）單動操作；3）自動連續操作。氣動部件控制框圖如圖3 所示。以下對控制系統手動操作方式考慮作簡要說明，單動操作和自動連續操作與手動操作方式類似，不再多敘。
當手動操作時，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—〉復位
下膜：下膜—〉伺服動作—〉下膜到設定長度后停止
吹氣動作—〉定時—〉定時到—〉停
切斷：單獨點動
吹氣：吹氣動作—〉定時—〉定時到—〉停
在自動運行的狀態下，系統會自動進行計算，然后在人機上顯示。
4 系統保護及安全措施
1）在手動狀態下，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）當系統由手動操作狀態切換到自動運行狀態或者由自動運行狀態切換到手動運行狀態時，所有的汽缸都自動復位。即推料、折角、整形、上折封、下折封、易拉線、切斷、吹氣都復位到初始狀態。
6）一旦在自動運行模式下啟動時，系統會自動先進行檢測，確認所有的汽缸是否處在復位狀態，如果沒有處在復位狀態，系統就會報警，同時將所有氣缸復位。
7）為保證氣壓的正常，一旦氣壓不足，系統會有提示信息，告知用戶，氣壓不足，系統不能啟動。
8）整個系統提供兩個急停開關，一旦出現緊急事故時，按下急停按鈕，系統全部停止。所有的操作都禁止，直到故障解除后，將急停按鈕復原后，才能進行所有的操作。
9）伺服一旦出現故障，系統會提示相應的報警信息，提示用戶檢查伺服電機。
圖3 氣動部件控制框圖
5 工藝參數及控制畫面與調試
5．1 工藝參數及控制畫面
工藝參數設置及相關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 相關工藝參數設置及控制界面
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的減速機相連，減速機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轉。D500，設定長度；D0，傳送輥直徑；P，需要發的脈沖；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 10000/3*35個脈沖，則傳送輥轉1圈，走πD0mm。如果D502為設定速度：mm/s,則每秒需要發的脈沖數為：
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；X4,氣壓開關；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；Y5，推料回；Y6，上折封下；Y7，上折封上；Y10，下折封上/下；Y12，折角進；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，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 結束語
以上對臺達工控產品在LS-300L型氣動可調式透明膜三維包裝機上的應用作了簡要討論。中達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備和服務的企業之一，其主要產品和服務包括視訊設備、動力系統、寬帶數據和機電自動化等4個方面，是工控產品臺達變頻器、編碼器、人機界面、PLC、伺服、溫控器等機電產品的制造廠商，可為各行各業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，開發出更多具有自主產權的創新型產品。
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