浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院 李方園

1 引言

封口機(jī)基本都由主傳動(dòng)及輸送系統(tǒng)、供膜或供料系統(tǒng)、封口加熱系統(tǒng)、日期打碼系統(tǒng)等部分組成。圖1a是典型的封口機(jī)外觀圖。它包括壓力調(diào)節(jié)按鈕、導(dǎo)向帶、主動(dòng)導(dǎo)向輪、冷卻塊、加熱塊、封口帶、被動(dòng)輪和導(dǎo)向槽組成（如圖1b所示）。

圖1a 封口機(jī)外觀

根據(jù)圖1b所示，封口機(jī)的工藝流程包括以下幾個(gè)步驟：

圖1b 封口機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)

（1）接通電源，封口機(jī)各機(jī)構(gòu)開始工作，電熱元件通電后加熱，使上下加熱塊急劇升溫，并通過溫度PID控制系統(tǒng)調(diào)整到所需溫度，壓印輪轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)需要冷卻系統(tǒng)開始冷卻（可選），輸送帶開始啟動(dòng)，并由調(diào)速裝置調(diào)整到低速狀態(tài)。

（2）當(dāng)裝有物品的包裝被前級(jí)設(shè)備運(yùn)送至封口機(jī)輸送帶上，袋的封口部分通過導(dǎo)向槽H被自動(dòng)送入運(yùn)轉(zhuǎn)中的兩根封口帶F之間，并帶入加熱區(qū)E，加熱塊的熱量通過封口帶傳輸?shù)酱姆饪诓糠?，使薄膜受熱熔軟，再通過冷卻區(qū)D，使薄膜表面溫度適當(dāng)下降，然后經(jīng)過滾花輪（或印字輪）滾壓，使封口部分上下塑料薄膜粘合并壓制出網(wǎng)狀花紋（或印制標(biāo)志），再由導(dǎo)向橡膠帶B與輸送帶將封好的包裝袋送出機(jī)外，封口機(jī)完成封口作業(yè)。

（3）當(dāng)封口機(jī)在低速運(yùn)行取得滿意的效果后，逐步提高封口速度至最高工作速度，同時(shí)根據(jù)工藝要求適當(dāng)提高封口加熱溫度（根據(jù)不同材料，其設(shè)定溫度不同）。

請(qǐng)根據(jù)工藝流程和控制要求設(shè)計(jì)該裝置的PLC虛擬對(duì)象。

2 基于GE RX3i的虛擬對(duì)象開發(fā)

一個(gè)實(shí)際的物理對(duì)象，可以產(chǎn)生各種信號(hào)，模擬信號(hào)：如液位、溫度、壓力、流量；數(shù)字信號(hào)：如開關(guān)、定位、材料屬性等。這些信號(hào)通過傳感器進(jìn)行采集，通過變送器經(jīng)數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)入控制層。

一個(gè)虛擬對(duì)象，沒有傳感器，那么如何模擬產(chǎn)生類似于實(shí)際物理對(duì)象的信號(hào)呢？ 虛擬對(duì)象通過計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，因此，它的信號(hào)來源只有兩種： 通過人機(jī)界面產(chǎn)生的手動(dòng)信號(hào)和程序運(yùn)行過程中產(chǎn)生的自動(dòng)信號(hào)。手動(dòng)操作直接產(chǎn)生信號(hào)，并使對(duì)應(yīng)變量發(fā)生改變，因此，我們主要探討自動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生方式。在虛擬對(duì)象中，自動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生方式有三種：（1）基于屏幕位置的空間信號(hào)f（x，y），（x，y）表示圖形坐標(biāo)，如限位、移動(dòng)位置；（2）基于時(shí)間和其它變量的信號(hào)f（t，x，…），如壓力、流量，這些原本在物理對(duì)象中實(shí)時(shí)檢測(cè)的信號(hào)，在虛擬對(duì)象中，表現(xiàn)為若干相關(guān)變量的函數(shù)。比如，流量的變化與閥門大小有關(guān)，當(dāng)手動(dòng)操作閥門開度時(shí)，可通過時(shí)間變量和開度變量計(jì)算流量值；（3）基于時(shí)間的隨機(jī)信號(hào)，如物體的本質(zhì)屬性，材質(zhì)、顏色、產(chǎn)品缺陷等。這些屬性在物理對(duì)象中通過檢測(cè)手段獲得，不具備變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此，在虛擬對(duì)象中用隨機(jī)函數(shù)f（t，r）實(shí)現(xiàn)，t 表示時(shí)間變量，r 表示具有概率屬性的隨機(jī)情況。

GE View 提供了基于以太網(wǎng)協(xié)議的對(duì)象——計(jì)算機(jī)通信模式。對(duì)象既可以在計(jì)算機(jī)中仿真實(shí)現(xiàn)，也可以下載到GE 的Quick-Panel 屏，QuickPanel 屏自帶以太網(wǎng)RJ45 接口，運(yùn)行Windows CE 操作系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)瘦客戶機(jī)的功能。當(dāng)對(duì)象運(yùn)行于QuickPanel 觸控屏，并且與開發(fā)計(jì)算機(jī)位于同一個(gè)局域網(wǎng)，PME 中開發(fā)的對(duì)象項(xiàng)目可通過局域網(wǎng)IP 協(xié)議，進(jìn)行對(duì)象的實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)控。當(dāng)QuickPanel 觸控屏與計(jì)算機(jī)不在同一個(gè)局域網(wǎng)，必須通過網(wǎng)關(guān)相連，則兩者可采用DMZ（demilitarized zone，隔離區(qū)） 或VPN（Virtual Private Network， 虛擬專用網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

3 封口機(jī)的虛擬對(duì)象開發(fā)

機(jī)械手分揀裝置的虛擬對(duì)象界面如圖2所示。圖2中，POWER表示上電運(yùn)行，MOVE表示電機(jī)運(yùn)行，HEAT表示加熱，COOL表示冷卻。

圖2 機(jī)械手分揀裝置的虛擬對(duì)象

在虛擬對(duì)象中，一個(gè)很重要的概念就是可視性好，人機(jī)界面友好，比如對(duì)于電機(jī)的運(yùn)行要做到動(dòng)畫顯示，速度增加或減少，其葉片旋轉(zhuǎn)也相應(yīng)發(fā)生變化。如圖3所示為封口機(jī)輸送的速度旋轉(zhuǎn)動(dòng)畫（Rotate）。

電機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的腳本如下所示：

圖3 電機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)動(dòng)畫

對(duì)于封口機(jī)來說，溫度的控制和現(xiàn)實(shí)非常重要。在虛擬對(duì)象中，無論是加熱或者冷卻，加熱量或者冷卻量與時(shí)間的成績(jī)將最終決定加熱或者冷卻的效果，這里采用了定時(shí)累計(jì)的方法，簡(jiǎn)單方便，具體腳本如下所示：

4 利用封口機(jī)虛擬對(duì)象進(jìn)行程序開發(fā)

利用封口機(jī)虛擬對(duì)象可以進(jìn)行相應(yīng)的程序開發(fā)，比如對(duì)于溫度控制來說，既可以采用傳統(tǒng)的PID控制，也可以采用簡(jiǎn)單的ONOFF控制。圖4所示為封口機(jī)溫度ON-OFF控制的部分程序。

圖4 封口機(jī)溫度控制編程

5 結(jié)語

在虛擬對(duì)象中，數(shù)據(jù)層傳遞的是信號(hào)狀態(tài)數(shù)據(jù)，接收的是控制數(shù)據(jù)， 在程序中通過建立對(duì)象變量與控制系統(tǒng)變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。通信方式非常簡(jiǎn)單，就是將控制層的輸出數(shù)據(jù)賦給數(shù)據(jù)層的輸入數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)層的輸出數(shù)據(jù)賦給控制層的輸入數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)賦值可用腳本Script 編程方式實(shí)現(xiàn)，如本案例所闡述的一樣。

[1] 李方園. 自動(dòng)化綜合實(shí)踐 [M]. 北京: 中國電力出版社, 2009.