基于PLC的三伺服枕式包裝機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、基于PLC的三伺服枕式包裝機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第26卷第4期Vo1.26NO.4湖北工業(yè)大學(xué)JournalofHubeiUniversityofTechnology2021年O8月Aug.2021文章編號(hào)10034684(2021)04005103基于PLC的三伺服枕式包裝機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)龔發(fā)云,朱小芹(湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工拄學(xué)院,湖北武漢430068)摘要研究了三伺服枕式包裝機(jī)的控制系統(tǒng),以可編程序控制器(PLC)作為控制核心,配合伺服系統(tǒng),人機(jī)界面,光電檢測(cè)等先進(jìn)技術(shù),控制三軸實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)轉(zhuǎn).該包裝機(jī)包裝速度快,精度高,能有效提高包裝質(zhì)量和生產(chǎn)效率,滿足現(xiàn)代商品多樣化的需求,具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值.關(guān)鍵

2、詞可編程序控制器;三伺服;枕式包裝;控制系統(tǒng);同步中圖分類號(hào)TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的開展和人民生活水平的提高,市場(chǎng)上需要有各種相應(yīng)的包裝設(shè)備以滿足人們的消費(fèi)需求,因此,包裝機(jī)的功能和生產(chǎn)效率都有待提高.三伺服枕式包裝機(jī)是一種能自動(dòng)完成制袋,填充,封口,切斷,成品排除等工序的包裝設(shè)備,主要應(yīng)用于食品,化工,醫(yī)藥等行業(yè).適應(yīng)的包裝物一般為塊狀,筒狀規(guī)那么物品和無規(guī)那么異形物品.采用PLC控制技術(shù),能有效提高生產(chǎn)率,且包裝功能齊備,包裝范圍大,適應(yīng)市場(chǎng)需求.1工作過程卷狀薄膜經(jīng)送膜輥,由制袋成型器卷成筒狀,并產(chǎn)生封接邊,送料裝置的推桿將包裝物推人筒狀薄膜內(nèi),牽引輥將薄膜夾緊向前推送,至

3、縱封裝置時(shí),對(duì)縱縫進(jìn)行封合,薄膜繼續(xù)向前供送時(shí),整理帶將裝有包裝物的筒狀薄膜整理整齊,經(jīng)過橫封橫切部位時(shí),橫封橫切裝置完成橫封與切斷工序,實(shí)現(xiàn)塊狀包裝物料的枕型袋包裝,最后由成品輸出機(jī)構(gòu)輸出1.三個(gè)伺服電機(jī)分別控制膜,料,刀三個(gè)傳動(dòng)軸,用三臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器分別驅(qū)動(dòng)三臺(tái)伺服電機(jī),可以分別對(duì)三軸的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié),并實(shí)現(xiàn)三軸的配合.包裝機(jī)的送膜和送料同步,由色標(biāo)傳感器,接近開關(guān)分別檢測(cè)送膜和送料的位置.為使橫切刀準(zhǔn)確地切到色標(biāo)位置處,需檢測(cè)切點(diǎn)信號(hào),實(shí)時(shí)調(diào)速.包裝機(jī)的工作循環(huán)見圖1.2控制系統(tǒng)的組成控制系統(tǒng)包括可編程序控制器(PLC),執(zhí)行元件(伺服電機(jī),氣缸),操作面板(觸摸屏,按鈕開關(guān),指示燈和蜂鳴器

4、),檢測(cè)元件(光電開關(guān),接近開關(guān),傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼器等)等幾局部.主要硬件選型:伺服系統(tǒng),Lenze(內(nèi)置PLC);觸摸屏,UG221HSR4(彩);光電開關(guān),TL46-WL(三色);溫度控制器,E5CZ-Q2;旋轉(zhuǎn)編碼器,增量式E6B2一CWZ6C.1一包裝膜;2一送膜軸位置檢測(cè);3一拉膜牽引軸;縱封軸;4送料軸;5一送料傳送鏈;6一包裝物料;7一整理帶;8一橫封軸位置檢測(cè);9一包裝成品;lO一送料軸位置檢測(cè);11一橫封橫切軸圖1包裝機(jī)的工作循環(huán)圖2.1PLC具有可靠連鎖控制特點(diǎn),自動(dòng)循環(huán)掃描各個(gè)輸入和輸出點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài),并根據(jù)梯形圖程序所確定的邏輯關(guān)系更新輸出點(diǎn)的狀態(tài),通過控制伺服電機(jī)收稿日

5、期20210316作者簡(jiǎn)介龔發(fā)云(1964一),男,湖北武漢人,湖北工業(yè)大學(xué)教授,研究方向?yàn)榘b機(jī)械52湖北工業(yè)大學(xué)2021年第4期運(yùn)動(dòng)和氣缸動(dòng)作,完成從膜,料輸送到產(chǎn)品輸出全過程的自動(dòng)控制.可實(shí)現(xiàn)包裝機(jī)快速與精準(zhǔn)的傳動(dòng)定位(如橫切,電子凸輪和糾偏等);以及精確的過程控制(如溫度,壓力等PID調(diào)節(jié)).2.2伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)穩(wěn)定性好,響應(yīng)快,閉環(huán)控制,精度高.交流伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn),在額定轉(zhuǎn)速以內(nèi),輸出額定轉(zhuǎn)矩;在額定轉(zhuǎn)速以上,恒功率輸出.伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自帶編碼器,實(shí)時(shí)反應(yīng)位置信號(hào),位置控制精度高.2.3觸摸屏采用人機(jī)界面作為操作界面,進(jìn)行各種參數(shù)設(shè)置,狀態(tài)顯示等,完成操作人員與PLC之間的通訊對(duì)

6、話.通過觸摸屏對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,以菜單形式顯示功能切換,數(shù)據(jù)輸入,運(yùn)行狀態(tài)等.運(yùn)用EV5000軟件進(jìn)行各畫面設(shè)計(jì),包括功能選擇畫面,數(shù)據(jù)顯示畫面,參數(shù)設(shè)置畫面等,主要操作畫面見圖2,3.圖2運(yùn)行界面圖3工作模式選擇界面2.4光電開關(guān)檢測(cè)包裝膜上的色標(biāo),對(duì)色標(biāo)進(jìn)行跟蹤定位,精確地追蹤到切點(diǎn)的位置,使橫封刀能在色標(biāo)處準(zhǔn)確進(jìn)行,保證包裝成品商標(biāo)圖案完整.封切精度±0.2mm.2.5溫度控制器集成了四路PID進(jìn)行封口的溫度控制,根據(jù)包裝膜的品種及包裝速度的快慢選擇適當(dāng)設(shè)置溫度,當(dāng)溫度未到達(dá)設(shè)定值時(shí),繼續(xù)加熱,包裝機(jī)不啟動(dòng);當(dāng)溫度到達(dá)設(shè)定值時(shí),停止加熱,繼續(xù)工作,直到低于設(shè)定值時(shí),再進(jìn)行加熱

7、.溫度控制精度±3.C.溫度的控制精度直接影響到封口質(zhì)量,決定著包裝質(zhì)量的優(yōu)劣.3控制原理傳統(tǒng)的包裝機(jī)通過復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)各動(dòng)作執(zhí)行部件的同步運(yùn)轉(zhuǎn),體積龐大,維修困難,包裝速度慢.采用PLC控制伺服的方案,當(dāng)包裝參數(shù)發(fā)生變化時(shí),只需簡(jiǎn)單調(diào)整控制軟件,調(diào)整簡(jiǎn)單迅速,控制靈活,定位精度提高.控制系統(tǒng)框圖見圖4,PLC負(fù)責(zé)各種控制信號(hào)的轉(zhuǎn)化及伺服驅(qū)動(dòng)器的控制,最終控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng),伺服系統(tǒng)內(nèi)部的編碼器對(duì)速度以及位置等信息進(jìn)行反應(yīng),將數(shù)據(jù)傳送回PLC,PIC再將數(shù)據(jù)傳輸至顯示屏,顯示屏主要對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行顯示,這樣在運(yùn)行的時(shí)候就可以實(shí)時(shí)檢測(cè)到當(dāng)前的運(yùn)轉(zhuǎn)速度,包裝產(chǎn)品的數(shù)量等.觸

8、摸屏PLC伺服系統(tǒng)圖4控制系統(tǒng)框圖三伺服枕式包裝機(jī)控制系統(tǒng)的重點(diǎn),是送膜,送料,橫封橫切三軸的位置和速度的同步控制以及電子凸輪運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn).位置同步,即橫封刀能準(zhǔn)確地切到薄膜的色標(biāo)處.速度同步,即橫封切斷時(shí)橫封刀的水平速度,應(yīng)與此時(shí)的送膜速度與送料速度相等.送膜采用速度控制方式,通過色標(biāo)傳感器和編碼器分頻信號(hào)檢測(cè)膜的色標(biāo)位置.送料用速度控制方式,通過接近開關(guān)和伺服驅(qū)動(dòng)器的編碼器分頻信號(hào)檢測(cè)推桿位置,進(jìn)行位置控制.橫封橫切采用電子凸輪同步控制方式,通過接近開關(guān)和設(shè)定的橫封刀每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)進(jìn)行位置檢測(cè).PLC發(fā)送脈沖到伺服系統(tǒng),伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)PLC發(fā)送的脈沖頻率控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速,脈沖數(shù)對(duì)應(yīng)電子凸輪角

9、度.同時(shí)PLC還要檢測(cè)和比擬色標(biāo)和封切點(diǎn)的位置信號(hào),判斷封切點(diǎn)的位置正常,超前或滯后,確定超前或滯后量,控制脈沖頻率修正轉(zhuǎn)速,使切刀切到色標(biāo)處,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的位置控制.三軸同步協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的控制框圖見圖5.橫封橫切軸的伺服電機(jī)在不同相位對(duì)應(yīng)著不同脈沖頻率,可實(shí)現(xiàn)橫封橫切的變速功能,即包括同步區(qū)速度和非同步區(qū)速度.橫封輥旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間,包括封切時(shí)間T,空轉(zhuǎn)時(shí)間T.橫封輥旋轉(zhuǎn)一周的長(zhǎng)度C與輸送一個(gè)包裝袋長(zhǎng)L(即兩色標(biāo)之第26卷第4期龔發(fā)云等基于PLC的三伺服枕式包裝機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)53間的距離)相等.又橫封輥同步區(qū)速度與生產(chǎn)能力即包裝速度相等即V=V,所以在非同步區(qū),需加減速運(yùn)動(dòng),使橫封輥旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間為

10、一個(gè)生產(chǎn)周期丁.可得C=V1T1+V2T2一L=VT.橫封輥運(yùn)動(dòng)軌跡見圖6,計(jì)算非同步區(qū)的轉(zhuǎn)速.設(shè)定橫封輥直徑為D(橫封輥轉(zhuǎn)一圈進(jìn)行一次封切).點(diǎn)M為同步起點(diǎn),點(diǎn)N為同步終點(diǎn),點(diǎn)T為封切點(diǎn),橫封輥同步區(qū)轉(zhuǎn)動(dòng)角度為a,圓周行程為Da/360,非同步區(qū)為,圓周行程為Dp/360.匕l(fā)傳動(dòng)裝置lr一縱封速度信號(hào)非同步速度JJ同步速度圖5三軸同步協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的控制框圖圖6橫封輥運(yùn)動(dòng)軌跡圖第一種情況,封切點(diǎn)在色標(biāo)位置時(shí),橫封輥旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間與輸送一個(gè)包裝袋長(zhǎng)(即兩色標(biāo)之間的距離)的時(shí)問相等,都等于生產(chǎn)周期丁.可得兀Da/3607rD/3/360LVI2.將a+一360,V一V代入上式可得1,nD(360一a

11、)一360L-nDa第二種情況,由于薄膜的張力變化等一些因素的影響,會(huì)使送膜速度與封切速度不同步,使色標(biāo)與封切點(diǎn)位置產(chǎn)生偏差,需及時(shí)校正,對(duì)下一個(gè)即將送人的袋長(zhǎng)做出相應(yīng)的補(bǔ)償,補(bǔ)償長(zhǎng)度為S.橫封輥旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間等于輸送一個(gè)包裝袋長(zhǎng)的時(shí)間.可得nDa/360.nDp/360L+S.,將a+|9360,V一V代入上式可得一等在非同步區(qū)對(duì)速度做相應(yīng)的加減速調(diào)整,就可使封切刀準(zhǔn)確地切到色標(biāo)位置處,保證精準(zhǔn)的位置控制.4結(jié)論三伺服枕式包裝機(jī)采用以光電檢測(cè)技術(shù),傳感技術(shù),可編程控制技術(shù)(PLC)和伺服系統(tǒng)為一體的控制系統(tǒng),具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,穩(wěn)定可靠,包裝范圍廣,效率高,通用性好,自動(dòng)化程度高等特點(diǎn),能滿足市場(chǎng)

12、的需要,有利于包裝行業(yè)的開展.參考文獻(xiàn)1蔡偉.歐姆龍伺服控制器在多伺服枕式包裝機(jī)中的應(yīng)用EJ3.自動(dòng)化博覽,2021(4):8688.2I張利平,曹巨江.自動(dòng)包裝機(jī)模塊化控制系統(tǒng)的研究J.包裝與食品機(jī)械,2006(8):1315.3郭麗霞,李秉玉.PIC在小型立式自動(dòng)包裝機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用J.武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院,2007(3):3436.4張聰,崔海榮,連續(xù)自動(dòng)制袋充填包裝機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)及其控制系統(tǒng)的研究J.包裝與食品機(jī)械,2002(6):13.(下轉(zhuǎn)第57頁)第26卷第4期趙蕓蕓等壓鑄模型芯針冷卻控制裝置的開發(fā)與應(yīng)用57DevelopmentandApplicationofCorePinC

13、oolingControllerinHeavyandComplexDieCastingMoldsZHAOYunyun,DONGJun-gang,WANLi.(1SchoolofMechanical&ElectricalEngin.,WuhanInstituteofTech.,Wuhan430073,China;2StateKeyLaboratoryofMaterialsProcessingandDie&MoldTech.,HuazhongUniv.ofSci.andTech.,Wuhan430074,China)Abstract:Moldtemperatureh

14、assignifiCantimpactondiespanlifeandcastingdefects.Itmustbeoneoftheparameterscontrolledbyusers.Inordertosolvesuchproblemsasnoneffectivelycontrolled,hightemperatureandshortlifeforfinecorepin,thecorepinternperaturecontrolequipmentbasedoncyclecoolingwaterwithhighpressurehavebeendevelopedinthispaper.Thed

15、evelopedapparatusownsseveralfunctionsincludingwatertemperaturecontrollingautomatically,watercoolingcombinedwithaircoolingetc.Thetestresultsshowedthatshrinkageporosityadjacenttocorepinsectionwereeliminatedbycoolingwaterandpinlifewasprolongedtoo.Keywords:diecasting,diecastingmold,cooling,corepin責(zé)任編校:張

16、培煉(上接第53頁)TheDesignofThreeServoPillowPackingMachineControlSystemBasedonPLCGONGFayun,ZHUXiaoqin(SchoolofMechanicalEngineering,HubeiUniversityofTechnology,Wuhan430068,China)Abstract:Thispaperstudiesthepillowpackingmachineforthreeservocontrolsystembasedonprogrammablelogiccontroller(PLC)asthecontrolcorewiththeservosystem,manmachineinterface,opticaldetectionandotheradvancedtechnology,controlthreeaxissynchronous