基于PLC的全自動包裝機控制系統的設計

1 引言
隨著微機技術的不斷深入發展，以微機技術為基礎的可編程控制器(Programmable Logical Controller)也在不斷地發展和成熟，它以其可靠性極高、能經受惡劣環境的考驗、功能強大和使用簡單方便等巨大優越性，迅速占領工業自動控制領域，成為工業自動控制的首選產品。在印刷包裝行業中應用尤其突出.在當今競爭日益激烈的市場經濟中，各印刷包裝機械廠家為贏得更廣泛的客戶群，他們在成本控制、系統穩定性和流程控制等上花大力氣，以求得在眾多的競爭對手中取得優勢。本文著重介紹了一種基于PLC的全自動立式包裝機控制系統，對控制系統中傳動系統設計和PLC程序設計做詳細的介紹。

2 系統硬件設計
本控制系統主要介紹的是利用可編程控制器、人機界面、伺服電機實現立式包裝機全自動穩定可靠運行,達到準確控制，提高產量和降低成本的目的。

根據現場生產要求,該控制系統主要由三部分組成:
·控制部分:臺灣永宏電機股份公司的FATEK可編程控制器(PLC);
·操作部分:臺灣泉毅電子公司的HITECH PWS1711-STN2人機界面(HMI);
·執行部分:單片型給料機、日本松下伺服電機、普通打印機、長封/端封汽缸、給膜電機、切刀、點切線刀給等各一臺(個)。

系統結構框圖如圖1所示。

圖1 系統結構框圖

2.1 系統控制部分
系統關鍵的控制器PLC選用的是臺灣永宏電機股份公司的FATEK MA系列FBs-40MAT機型，永宏第四代小型機FBs系列是一種有很高性能和價格比的可編程控制器，由于其結構緊湊小巧、執行速度快、功能強大及價格低廉等特點，符合本系統各方面要求。在該系統中，永宏表格式的伺服控制編程方式簡而易己地實現了伺服控制，其高速脈沖直接驅動伺服電機。I/O點分配如表1所示:


2.2 系統操作部分
人機界面選用的是臺灣泉毅電子公司的HITECH PWS1711-STN2機型，該產品取代了傳統的面板控制功能，大大節省了PLC的I/O點，減少了故障率，能實現數字設定、信息顯示、功能設定、信息畫面實現簡單及方便快捷達到自動控制的目的。

2.3 系統執行部分
(1) 給料機系統
給料機系統主要由自動供料器和稱重裝置組成。
自動供料器按照設定轉速來決定其生產袋數，其轉速則由變頻器編程控制設定的頻率值來決定，對應的頻率-轉速如圖2所示。當設定30.3Hz時，則自動送料器以60r/min的速度旋轉。

圖2 自動供料器Hz-V圖

稱重裝置又稱連鎖信號裝置,用于與機器相連，其結構原理如圖3所示。其中裝入信號(下落請求信號)為可變脈沖寬度(一般100ms)，下落信號(移交結束信號)為設定脈沖寬度大于100ms。

圖3 稱重裝置結構原理圖

(2) 伺服電機
執行機構伺服驅動電機采用日本松下MSMAO42A1A系列，該機構以小慣量MSMA型配合普通電機帶動和導引包裝膜來代替傳統的大慣量伺服驅動電機直接帶動包裝膜，達到了降低成本的目的。伺服系統采用位置控制方式，在控制器表格設置中，設定速度、加減速時間、脈沖數及正反轉等參數，使伺服電機達到了良好的運行性能。

3 控制系統主要工藝流程
根據現場生產需要，設計如下系統控制流程，如圖4所示。

圖4 系統控制流程圖

4 系統軟件設計與實現
系統軟件由兩方面組成:即人機交互界面ADP程序主控PLC程序，ADP程序完成操作人員同PLC之間的對話，主要是各個操作畫面之間的相互切換和每個操作畫面各個按鍵動作所對應的PLC程序的控制位。

(1) 系統邏輯控制設計
系統在程序設計中采用周期時間控制，對執行機構輸出設定延時時間和動作時間，如圖5(a)所示。并設定動態圖直接反映周期內的延時和動作時間，設置超出范圍或者錯誤，可在動態圖中直接看出，如圖5(b)所示。控制直觀，易于實現，減少了產品種類不同要求的調試時間。

(a) 設定定時


(b) 動態定時

圖5 設定延時和動態定時圖

(2) 系統控制功能設計
本程序考慮到系統功能全面性，設定了如圖6所示的功能條件設定畫面，滿足了產品多樣性要求;而圖7所示的運轉控制及狀態顯示界面很好地達到了系統作業要求。

圖6 功能條件設定畫面


圖7 運轉控制及狀態顯示界面

5 結束語
本文所設計的系統簡單，易于操作,加工產品范圍廣，產量與同類產品有很大程度上的提高，袋長范圍可隨需要設定，或由色標決定。每分鐘可生產袋長450mm大60袋之多，袋寬可隨導膜變更部分而定，且包裝產品可以是塊狀、顆粒狀和粉末狀等。系統采用配方控制，每一種產品參數可調用可更改。本系統經過一年多的現場運行及完善，與其它同類系統相比，系統故障率低，穩定性高，產品次品率低，耗電量大大降低，是一種環保節能型系統。