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

0. 前言

　　枕式包裝機是食品、醫(yī)藥等包裝行業(yè)中應(yīng)用比較廣泛的一種包裝機械，我們在日常的生活中使用到大量的日常用品和食品的包裝大多是枕式包裝機封裝而成。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，給包裝機行業(yè)帶來了良好的發(fā)展機遇，應(yīng)用范圍也越來越寬廣，同時對包裝機的品質(zhì)和生產(chǎn)效率也提出了更高的要求。

　　傳統(tǒng)的枕式包裝機主要采用差速齒輪箱的結(jié)構(gòu)，優(yōu)點是運行穩(wěn)定；缺點是噪音較大，機械容易損壞，封裝精度的調(diào)整很麻煩。隨著微電子技術(shù)、計算機技術(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。該包裝機主機系統(tǒng)采用PLC作為控制系統(tǒng)核心，可以使得包裝速度高，定位準確，系統(tǒng)更加可靠、穩(wěn)定，符合、滿足現(xiàn)在包裝的發(fā)展要求。


包裝機整體外觀

1. 系統(tǒng)概述
1.1 系統(tǒng)組成

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

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

（2）加熱系統(tǒng)
　　系統(tǒng)需要對橫封刀和縱封刀進行加熱，并進行溫度控制，采用臺達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)動橫切刀達到封切的目的，其速度決定該包裝機的包裝速度。

（4）縱封送料系統(tǒng)
　　縱封送料系統(tǒng)由伺服驅(qū)動送料輥，與橫切送料系統(tǒng)配合，根據(jù)包裝膜的袋長等技術(shù)指標達到準確送膜并能達到封切準確（橫切到包裝膜的色標位置）的要求。

（5）電氣控制系統(tǒng)
　　電源采用單相220V/50Hz供電，主機的電氣系統(tǒng)主要由PLC、變頻器、伺服系統(tǒng)、人機界面等組成。并在橫封刀軸上安裝一個接近開關(guān)，位置為橫切點；在送膜軸上裝一光電開關(guān)，在包裝膜上黑色光標通過時起作用；在縱封送料系統(tǒng)的主軸安裝一個360線編碼器，對袋長進行計長（通過PLC高速計數(shù)實現(xiàn)）。

1.2 電氣控制原理

　　系統(tǒng)通過人機界面上對應(yīng)劃面設(shè)置袋長（包裝膜兩個光標之間的距離），袋長設(shè)定也可以通過啟動系統(tǒng)袋長自動量測來實現(xiàn)。按下袋長自動量測按鈕時，伺服系統(tǒng)以固定的速度啟動，驅(qū)動縱封系統(tǒng)送料。當光電開關(guān)檢測到包裝膜的第一個光標的時候開始計長，當運行到下一個光標到來時停止計長，并把計算出來的長度顯示到人機界面上。按下存儲按鈕時，就把該長度送進PLC，作為當前封切時包裝膜的長度，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，通過求這兩個頻率的平均值（依此來避免采集單一輸出頻率時的延時），作為變頻器的當前頻率。通過計算得到電機的當前運行速度V，根據(jù)機械結(jié)構(gòu)的傳動比可以計算出當前橫切刀的旋轉(zhuǎn)速度R（轉(zhuǎn)/分），作為送膜快慢的依據(jù)。


圖1 人機界面設(shè)置

1. 控制系統(tǒng)設(shè)計
2.1 控制框圖
　　系統(tǒng)的控制部分采用了臺達PLC，并整合臺達人機界面、伺服、變頻器等來實現(xiàn)包裝機的送料和準確封裝，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是整個系統(tǒng)的核心，進行信號、資料處理，它的性能決定了整個系統(tǒng)的品質(zhì)。系統(tǒng)選用了臺達DVP-20EH，此機型具有三路AB相高速計數(shù)（其中兩路單相頻寬為200K）及兩路高速脈沖輸出（頻寬為200K），具有強大的浮點數(shù)運算功能以及豐富的周邊指令集[1]。

　　人機界面用于參數(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), 可以實現(xiàn)在線/離線仿真，呈現(xiàn)給用戶一個真正好用的、可規(guī)劃的輸入界面[2]。

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

2.2 功能實現(xiàn)

（1）自動橫切位置對準

　　通過點動（分別對橫切刀和縱封送料點動）把橫切刀正好切在包裝膜的光標位置，然后按下教學模式開始按鈕，伺服系統(tǒng)以固定的速度啟動，驅(qū)動縱封系統(tǒng)送料。同時PLC開始計長，當運行到光標位置的時候，伺服送膜停止，并把當前計長數(shù)據(jù)送到人機界面當前頁上。當按下相對位置存儲時，PLC以當前的相對位置進行包裝，如圖3所示。


圖3 自動橫切人機界面設(shè)置

（2）手動橫切位置對準

　　手動操作時，可以直接在人機界面上輸入相對位置；在運行的時候可以通過運行畫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 手動橫切人機界面設(shè)置

（3）封切跟蹤功能
　　設(shè)備在運行時，橫切刀每運行一周，切點接近開關(guān)就通過PLC外部中斷一次，采集當前編碼器計數(shù)值，并與PIC中存儲的相對位置進行比較，根據(jù)差值的大小和正負，來計算出PLC所發(fā)出命令脈沖的頻率。

（4）其它功能
　　通過面板或者人機界面可以實現(xiàn)啟動、停止、送料點動、切刀點動、整機點動等功能，在運行的時候，可以檢測當前運轉(zhuǎn)速度、記錄加工數(shù)量，并可實現(xiàn)清零。

1. PLC I/O 點分配




1. 結(jié)束語
　　該系統(tǒng)可以滿足用戶在多種情況下的運行需求，解決了傳統(tǒng)機械設(shè)備的一些缺點，運行穩(wěn)定，封切準確，操作簡單。再加上臺達在工控領(lǐng)域的整合方案((采用了臺達DVP-EH PLC、臺達VFD-M變頻器、臺達伺服系統(tǒng)、編碼器及臺達DOP-A人機界面)，使該系統(tǒng)又具備了很好的性價比，具有較好的市場推廣價值。
參考文獻：
[1].臺達DVP-PLC應(yīng)用技術(shù)手冊。
[2].臺達DOP-A人機界面應(yīng)用技術(shù)手冊。
[3].臺達伺服系統(tǒng)技術(shù)手冊。


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