樂偉偉+蔡志濤

（鹽城生物工程高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 江蘇鹽城 224000）

摘要：可編程控制器（PLC）作為控制系統(tǒng)的核心裝置，功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定可靠，在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。本文詳細(xì)闡述了集PLC技術(shù)，變頻器技術(shù)，光電感應(yīng)技術(shù)，通信技術(shù)于一體的先進(jìn)控制技術(shù)在包裝機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，為相關(guān)工業(yè)設(shè)計(jì)提供了理論參考。

關(guān)鍵詞：PLC控制；卷紙包裝機(jī)；生產(chǎn)工藝；系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1卷紙包裝機(jī)工作原理

卷紙包裝機(jī)主要功能是將來自卷紙庫的卷紙以每分鐘60個(gè)的速率包裝成合格的衛(wèi)生卷筒紙。簡單的工藝流程如圖1所示。

包裝紙以卷筒的形式放在原料架上，當(dāng)上位機(jī)發(fā)出命令時(shí)，放卷電機(jī)動(dòng)作，開始放卷。放卷到一定長度（長度由色標(biāo)來檢測）時(shí)，通過色標(biāo)信號(hào)向切紙機(jī)構(gòu)發(fā)出指令。切紙機(jī)構(gòu)采用交流變頻調(diào)速電機(jī)，帶動(dòng)一個(gè)凸輪旋轉(zhuǎn)，以帶動(dòng)切斷刀上下運(yùn)動(dòng)，在凸輪上安裝一個(gè)位置傳感器，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)到某一位置時(shí)，切刀向上運(yùn)動(dòng)，二刀分離，當(dāng)有色標(biāo)信號(hào)時(shí)，刀又向下運(yùn)動(dòng)。切刀上、下的工作頻率可由變頻調(diào)速電機(jī)來調(diào)整，操作簡便。切好的紙片經(jīng)整理后放入紙片庫中，等待推紙空心臺(tái)送紙片。同時(shí)卷紙庫的卷紙經(jīng)過整理等待托盤推桿送卷紙球。

包裝過程通過包裝工藝盤及其輔助機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。包裝工藝盤共有八個(gè)V形槽，三個(gè)加工工位，當(dāng)包裝紙和待包裝的卷筒紙放入槽中后，由工藝盤載著其轉(zhuǎn)動(dòng)，依次送入各加工工位。工藝盤的轉(zhuǎn)動(dòng)是由交流電機(jī)通過皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)的，各加工工位的動(dòng)作是通過順序邏輯控制電磁閥進(jìn)而帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的。工件從1號(hào)工位裝入；在2號(hào)工位由夾鉗機(jī)構(gòu)完成前進(jìn)，抓緊，旋轉(zhuǎn)，窩邊的動(dòng)作，同時(shí)分別向托盤和推紙空心臺(tái)發(fā)出送紙球和送紙片信號(hào)；在3號(hào)工位，包裝好的產(chǎn)品由于重力作用落入成品庫。

由于這是一個(gè)典型的順序控制，利用移位寄存器操作最為方便。設(shè)定一個(gè)8位移位寄存器，每位移位寄存器相應(yīng)于一個(gè)V形槽，每120ms移位一次，控制相應(yīng)的操作。當(dāng)?shù)?號(hào)工位時(shí)發(fā)出上料信號(hào)，推紙空心臺(tái)推動(dòng)紙片（其總的上升時(shí)間大于490ms小于640ms），托盤推動(dòng)紙球（其總的上升時(shí)間略小于640ms）同時(shí)以相同的速度前進(jìn)，當(dāng)工藝盤V形槽到達(dá)第一工位時(shí)，工藝盤停止，在此延時(shí)150ms，待放紙空心臺(tái)壓到紙片到位行程開關(guān)，停止，托盤壓到托盤到位行程開關(guān)，托盤停止，完成了上料操作，當(dāng)延時(shí)到，托盤和放紙空心臺(tái)后退，同時(shí)，插紙板前進(jìn)，托住紙球與工藝盤一同運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?shù)竭_(dá)2號(hào)工位時(shí)，工藝盤停止，延時(shí)250ms，同時(shí)發(fā)出上料信號(hào)，在此時(shí)段內(nèi)，插紙板在工藝盤停止后也相繼停止，但由于慣性，會(huì)使包裝紙帶著紙球旋轉(zhuǎn)一個(gè)較小的角度，使包裝紙能完全包住紙球，然后再后退，同時(shí)夾鉗機(jī)構(gòu)軸向運(yùn)動(dòng)，碰到限位開關(guān)時(shí)，軸向運(yùn)動(dòng)停止，而三個(gè)夾桿同時(shí)徑向運(yùn)動(dòng)，抓緊包裝紙的兩端，當(dāng)碰到抓緊限位開關(guān)時(shí)，夾鉗機(jī)構(gòu)軸旋轉(zhuǎn)90度后繼續(xù)向前移動(dòng)，進(jìn)行窩邊。窩邊到位，該機(jī)構(gòu)就后退。到達(dá)3號(hào)工位時(shí)，成品落下，完成一次包裝，這樣如此循環(huán)，直到發(fā)出停止信號(hào)。包裝一個(gè)衛(wèi)生卷紙只需880ms，可為什么在1分鐘內(nèi)卻只能包60個(gè)，這里還有個(gè)PLC掃描周期的問題，本包裝程序中PLC掃描周期為120 ms。

2可編程控制系統(tǒng)控制方案的設(shè)計(jì)

整個(gè)控制系統(tǒng)以西門子57-300系列PLC作為基礎(chǔ)，其掃描速度在其他工業(yè)控制系統(tǒng)中處于領(lǐng)先地位，每1000條指令約需0.3 ms。通過材料，機(jī)械，電氣的綜合考慮，我們的設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，且在實(shí)驗(yàn)室也調(diào)試成功。 利用PLC可以構(gòu)成多種控制系統(tǒng)：單機(jī)控制系統(tǒng)，集中控制系統(tǒng)，分散型控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程I/0控制系統(tǒng)。由于卷紙包裝機(jī)控制對象較多，有放卷分切中的張力控制，包裝過程控制，送料過程中的同步控制，且被控對象比較集中，因此我們采取集中控制系統(tǒng)方案。集中控制系統(tǒng)中，每個(gè)被控制對象與可編程控制器指定I/0相連接，因此各被控對象之間的數(shù)據(jù)、狀態(tài)的變換不需要另外設(shè)置專門的信號(hào)線路。該控制系統(tǒng)多用于控制對象所處的地理位置比較接近，且相互之間的動(dòng)作有一定聯(lián)系的場合。單主機(jī)控制方式，對主機(jī)要求較高，危險(xiǎn)相對集中。遠(yuǎn)程I/0控制系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)比較獨(dú)特，類似于集中控制系統(tǒng)，又具有分散型控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，經(jīng)常用于控制規(guī)模中等，控制對象比較分散、工程費(fèi)用較低的場合。

PLC作為一種控制設(shè)備，用它單獨(dú)構(gòu)成一個(gè)控制系統(tǒng)是有局限性的，主要是無法進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算，無法顯示各種實(shí)時(shí)圖形和保存大量歷史數(shù)據(jù)，也不能顯示漢字和打印漢字報(bào)表，沒有良好的界面。這些不足，我們選用上位機(jī)來彌補(bǔ)。上位機(jī)完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的存貯、處理與輸出，以圖形或表格形式對現(xiàn)場進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬顯示、分析限值或報(bào)警信息，驅(qū)動(dòng)打印機(jī)實(shí)時(shí)打印各種圖表。

為提高PLC及系統(tǒng)的抗干擾能力，在硬件配置與安裝上，交流電源使用雙層隔離，輸入信號(hào)光電隔離，遠(yuǎn)離強(qiáng)電布線，模擬量信號(hào)和脈沖信號(hào)采用屏蔽線傳遞，采用放射性一點(diǎn)接地等措施，消除或減弱共模和瞬變干擾。在軟件設(shè)計(jì)和編程上，加上一些抗干擾模塊。

3結(jié)束語

本文分析了卷紙包裝機(jī)工藝流程和包裝各動(dòng)作的時(shí)序及包裝機(jī)速度的影響因素及提高方法，設(shè)計(jì)了包裝機(jī)控制系統(tǒng)的控制方案、運(yùn)行方式及硬件的選擇和組態(tài)，并介紹了組態(tài)的各模塊，為相關(guān)工程設(shè)計(jì)提供了理論參考。

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