摘要：針對目前包裝行業(yè)中廣泛使用的連續(xù)式包裝機(jī)系統(tǒng)的缺點(diǎn)，例如包裝參數(shù)修改困難、模具維修不方便、包裝成功率較低等，作者在本文介紹了一種用臺達(dá)工控產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的間歇式自動包裝機(jī)的機(jī)電控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了可手工修改包裝長度，切割打包數(shù)目，可自動進(jìn)行糾偏，并使用觸摸屏取代傳統(tǒng)的機(jī)械按鍵，使整個包裝系統(tǒng)控制更精確、外觀更優(yōu)美。
關(guān)鍵詞：人機(jī)界面  可編程控制器  溫度控制器  間歇式包裝機(jī)

      引言
      目前，國內(nèi)的塑料、橡膠等包裝行業(yè)普遍采用連續(xù)型包裝機(jī)，這種包裝機(jī)使用成型模具進(jìn)行包裝封口，控制簡單，但包裝效率和成功率不高，而且模具檢修不方便，因此，許多廠家轉(zhuǎn)向開發(fā)使用間歇型包裝機(jī)，降低廢品率，提高包裝效率，而且可以改變塑料袋包裝長度。
本文介紹的包裝機(jī)主機(jī)系統(tǒng)采用臺達(dá)PLC作為控制系統(tǒng)核心，并以臺達(dá)其他工控產(chǎn)品相配合，在傳統(tǒng)包裝機(jī)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)間歇式包裝，使得包裝機(jī)包裝速度提高，定位更準(zhǔn)確，系統(tǒng)更加可靠、穩(wěn)定，符合、滿足現(xiàn)代包裝行業(yè)的發(fā)展要求。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　
 
圖1  包裝機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

      由上面的結(jié)構(gòu)圖可以看出，PLC主機(jī)是本包裝機(jī)控制系統(tǒng)的核心。在本系統(tǒng)中，人機(jī)交互界面負(fù)責(zé)主要操作功能按鍵和系統(tǒng)狀態(tài)顯示：行手自動切換、設(shè)置上下膜壓封部分加熱的目標(biāo)溫度、調(diào)壓模塊輸出的對應(yīng)電壓、主拖電機(jī)和上下膜電機(jī)運(yùn)行速比、顯示當(dāng)前機(jī)器運(yùn)行中的包裝數(shù)目、上下膜壓封部分的檢測溫度和目標(biāo)溫度，壓封切割狀態(tài)等；熱電偶采集上下膜壓封部分的當(dāng)前溫度信息傳遞給溫控模塊，溫控模塊對這些信息進(jìn)行處理后轉(zhuǎn)移給PLC主機(jī)，最終顯示在人機(jī)界面上；主控光標(biāo)和糾偏光標(biāo)通過檢測包裝袋上的光標(biāo)標(biāo)志，傳遞給PLC主機(jī)進(jìn)行處理。

      系統(tǒng)設(shè)計(jì)
      按照預(yù)定設(shè)計(jì)要求，本包裝機(jī)需完成進(jìn)料、壓封、切口、切割、計(jì)數(shù)等功能，主要包括以下幾個部分：

      可編程控制器
      本系統(tǒng)PLC選用臺達(dá)DVP28SV11T一臺。該主機(jī)最多可連接16臺（左側(cè)擴(kuò)展8臺+右側(cè)擴(kuò)展8臺）模擬、溫度、軸控、通訊等特殊擴(kuò)展模塊，內(nèi)設(shè)200kHz四軸獨(dú)立與脈沖輸出二組直線/圓弧插補(bǔ)的運(yùn)動指令，讓位置控制的應(yīng)用要求可輕易達(dá)成。

表1 臺達(dá)DVP28SV11T技術(shù)參數(shù)

規(guī)格 參數(shù) 備注
主機(jī)點(diǎn)數(shù) 28 
指令執(zhí)行速度 0.24μS(基本指令) 實(shí)現(xiàn)快速處理
通訊端口 內(nèi)置RS-232與RS-485，兼容MODBUS ASCII / RTU通訊協(xié)議 RS232與人機(jī)界面通訊，MODBUS與溫度控制器通訊
數(shù)據(jù)存儲器 10,000字符 
高速脈沖輸出 支持4點(diǎn)(Y0, Y2, Y4, Y6)高速脈沖輸出、2組(Y0, Y1)(Y2, Y3)AB相脈沖輸出及2組(Y0-Y3 & Y4-Y7)雙軸插補(bǔ)功能，最高均可達(dá)200kHz 輸出高速脈沖控制步進(jìn)電機(jī)
高速計(jì)數(shù)器 內(nèi)置4組硬件高速計(jì)數(shù)器 與定時器配合實(shí)現(xiàn)精確計(jì)時（糾偏時調(diào)高精度）

      由表1可以看出，臺達(dá)DVP28SV11T具有4點(diǎn)高速脈沖輸出，可以用于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動；內(nèi)建RS232通訊和MODBUS通訊協(xié)議，可以同時連接人機(jī)界面和溫度控制器；例外，該P(yáng)LC支持外圍擴(kuò)展，可以連接DA模塊和IO模塊。

      人機(jī)交互裝置
      本系統(tǒng)HMI選用臺達(dá)DOP-AS57BSTD一臺。人機(jī)交互界面通過RS232與PLC主機(jī)通訊。

 
圖2 控制系統(tǒng)運(yùn)行主界面

 
圖3 人機(jī)界面與DTC溫控模塊連接并修改DTC參數(shù)

      溫度控制裝置
      本系統(tǒng)溫控模塊選用臺達(dá)DTC1000V和DTC2000V各一臺。溫控模塊與PLC主機(jī)使用MODBUS ASCII進(jìn)行通訊。

      狀態(tài)讀取

 
圖4  MODRD語句說明

      使用MODRD語句可以從PLC中讀取溫控器的狀態(tài)值，例如當(dāng)前溫度，目標(biāo)溫度等，可以通過改變參數(shù)n的值來設(shè)置讀取的筆數(shù)。
需要指出的是，溫控器的讀取的相關(guān)數(shù)據(jù)儲存在PLC主機(jī)寄存器的D1070～D1085中，由于是ASCII碼數(shù)據(jù)，PLC會將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成HEX即16進(jìn)制數(shù)據(jù)存在PLC主機(jī)寄存器的D1050～D1055中，而MODRD語句就是將溫控器中檢測的信息數(shù)據(jù)讀出傳遞給PLC的D1070～D1085寄存器進(jìn)行處理。
在本包裝機(jī)中，我們用MODRD語句讀取兩筆，分別是當(dāng)前溫度值和目標(biāo)溫度值。

      參數(shù)寫入

 
圖5  MODWD語句說明

      讀寫操作
同MODRD語句類似，MODWR可以實(shí)現(xiàn)溫控器參數(shù)的寫入。

圖6  MODRW語句說明
用MODRW語句可以通過MODBUS實(shí)現(xiàn)對DTC溫控器參數(shù)的讀取和寫入。

      電機(jī)驅(qū)動裝置
      本系統(tǒng)驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)是通過PLC主機(jī)發(fā)出PWM脈寬調(diào)制信號到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，經(jīng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。本包裝機(jī)選用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器有多細(xì)分選擇、正反轉(zhuǎn)設(shè)置、驅(qū)動電流大小等參數(shù)可以設(shè)置。同時可以由PLC輸出點(diǎn)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向和驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的脈沖個數(shù)。
      由于本包裝機(jī)對包裝誤差要求比較嚴(yán)格，所以在選擇步進(jìn)電機(jī)硬件參數(shù)上需要特別注意，在PLC程序中也應(yīng)該做到盡量優(yōu)化。

圖7  PLSY語句說明

      在上下電機(jī)送膜階段，上下膜電機(jī)一直轉(zhuǎn)動送膜，同時主拖電機(jī)一直轉(zhuǎn)動推動壓封好的膜及待壓封的膜前進(jìn)，直到主控光標(biāo)檢測到停止位的光標(biāo)標(biāo)志，此時全部電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。
PLSY  K1000  D20  Y0
此處，K1000表示脈沖輸出頻率為1KHz，輸出脈沖個數(shù)為D20中存儲的數(shù)值（可以在觸摸屏上進(jìn)行人工設(shè)置），Y0為輸入點(diǎn)（在本包裝機(jī)中為上膜電機(jī)）。例如設(shè)置D20=0，則PLC的Y0一直輸出脈沖。

圖8 電機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)

      默認(rèn)情況下，電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器對應(yīng)的方向控制接點(diǎn)得電之后，電機(jī)反轉(zhuǎn)。在包裝機(jī)開始階段的人工牽引上下膜階段，需要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來調(diào)整膜的位置。

      誤差調(diào)整設(shè)計(jì)
      在本包裝機(jī)控制系統(tǒng)糾偏功能中，使用了2個光標(biāo)檢測開關(guān)，分別檢測上膜和下膜的光標(biāo)標(biāo)志，若發(fā)現(xiàn)二者檢測到的開關(guān)量變化時間不同步，則說明上下膜存在移位偏差，此時，通過PLC主機(jī)程序?qū)竽ぃㄉ夏せ蚴窍履ぃ?yīng)電機(jī)加送脈沖個數(shù)，以此來補(bǔ)充滯后距離。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，以此種方式減小誤差的方式有一定限制，需要注意補(bǔ)充脈沖發(fā)出的時間段。在運(yùn)動中補(bǔ)充脈沖或是在上下膜壓封階段補(bǔ)充脈沖，二者具有一定的差距：前種方式可能會影響到壓封的效果，因?yàn)楫?dāng)主控光標(biāo)檢測到分段標(biāo)志的時候，立即進(jìn)入切割環(huán)節(jié)，同時也是上下膜壓封的時間，此時加送脈沖，由于“超前膜已經(jīng)停止運(yùn)動，而“滯后”膜的對應(yīng)的脈沖還未用完，它對應(yīng)的電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動送膜，這樣，容易導(dǎo)致滯后膜發(fā)生褶皺，容易導(dǎo)致次品甚至壞品的情況。而在壓封階段（此處主要是指檢測到停止位光標(biāo)，到正式壓封前的一段時間內(nèi)補(bǔ)送脈沖），可以獲得較好的效果。

圖9 糾偏部分測試程序

     本測試程序以上膜超前，下膜滯后為例，通過定時器與計(jì)數(shù)器配合，實(shí)現(xiàn)測量上下膜的偏差時間，由于在送膜的過程中，膜的運(yùn)轉(zhuǎn)速度基本穩(wěn)定，可以通過這一偏差時間乘以速度（這個速度可以在機(jī)電聯(lián)合調(diào)試的實(shí)際得出），從而得到上下膜偏差距離，然后再根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分步數(shù)，求得應(yīng)該滯后的下膜應(yīng)該補(bǔ)充的脈沖個數(shù)。

      結(jié)束語
　　本文介紹的間歇式包裝機(jī)控制系統(tǒng)通過在本地某包裝機(jī)械廠的實(shí)際應(yīng)用中已獲得成功，包裝精度和包裝成功率均達(dá)到預(yù)計(jì)要求。

      作者簡介
      石宗甜（1984～）,男，工學(xué)學(xué)士，供職于桂林電器科學(xué)研究所，研究方向：自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)和開關(guān)電源。

      參考文獻(xiàn)
[1]臺達(dá).DVP PLC 應(yīng)用技術(shù)手冊[程序篇].
[2]臺達(dá).DVP PLC 應(yīng)用技術(shù)手冊[101例].
[3]臺達(dá).DOP-A人機(jī)界面應(yīng)用技術(shù)手冊.