基于PLC高速全自動包裝機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計分析

孫永亞 劉亞飛 丁文亮

摘要：在20世紀(jì)70年代，控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，所需要的的最核心的零件，就是可編程控制器?？删幊炭刂破魉膬?yōu)點(diǎn)是能夠完成多種用途的功能，性能穩(wěn)定，與其他設(shè)備相比可靠性較高。也是基于自身的優(yōu)點(diǎn)，可編程控制器在工業(yè)快速發(fā)展的今天，應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛。當(dāng)然，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及人們對設(shè)備自動化程度要求的提高，可編程控制器在現(xiàn)實(shí)的使用過程中，也可以完成更多的功能和操作。因此，與該技術(shù)相對應(yīng)的成品種類越來越多樣復(fù)雜化。根據(jù)全自動包裝機(jī)的特點(diǎn)，結(jié)合PLC技術(shù)和生產(chǎn)工藝，本文分析了高速紙包裝自動包裝機(jī)的控制系統(tǒng)。以期調(diào)查結(jié)果可以為相關(guān)工程項目提供參考。

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

1卷紙包裝機(jī)工作原理

顧名思義，卷紙包裝機(jī)就是將來自紙倉庫的紙卷以普通紙卷的速率包裝。

卷紙包裝機(jī)的具體流程主要分四步完成，第一步為卸料，在原料架放置卷紙。第二步為發(fā)送指令，在進(jìn)行這一步驟的時候，需要放入卷電機(jī)以及卷棒，用固定的顏色表示相對應(yīng)的長度。當(dāng)卷棒上的長度顯示為L時，放卷電機(jī)就會直接發(fā)出指令，可以說向切紙裝置進(jìn)行指令操作發(fā)布是根據(jù)色標(biāo)值而進(jìn)行的。此裝置是使用變頻的方式進(jìn)行調(diào)整速度的，在工作時，凸輪會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，從而帶動刀的轉(zhuǎn)動，然后經(jīng)過凸輪上的設(shè)備可以判斷凸輪所在的方向，最后進(jìn)行切斷的指令操作，在此過程中，切刀是向上操作的，目的就是將卷紙切斷，形成一個一個單獨(dú)的單元。在此步驟進(jìn)行到一定的程度時候，色標(biāo)上會再次出現(xiàn)相對應(yīng)的信號，此時，切刀的運(yùn)作方向由上變下。并且色標(biāo)顏色的變化，可以調(diào)整電機(jī)的運(yùn)作頻率，調(diào)整切刀的工作頻率也可以使切刀的操作更加便捷。第三步是整理，將切割好的紙片進(jìn)行整理，然后放入紙片庫，借助相對應(yīng)的機(jī)器將整理好的紙片送到操作臺，最后，經(jīng)過托盤的運(yùn)動，可以將整齊的卷紙推動起來，變成卷紙球。

只有在工藝盤和輔助機(jī)構(gòu)結(jié)合的情況下，才可以順利的完成此項操該結(jié)構(gòu)中的V形雕刻數(shù)量為8個，有三個處理站單元，將紙張放入槽中，包裹普通紙，旋轉(zhuǎn)并整理要包裝的紙卷，將其放置在處理托盤上，然后依次發(fā)送至待加工位置處理。通過皮帶轉(zhuǎn)動發(fā)動機(jī)驅(qū)動處理盤旋轉(zhuǎn)。接下來，進(jìn)行具體操作。操作過程如下：1號站的目標(biāo)是工作臺的裝載。2號站可在夾緊機(jī)構(gòu)單元的幫助下完成一系列的操作，例如前進(jìn)、抓緊、旋轉(zhuǎn)等;接著，將紙球由托盤送出，紙片由空心臺送出。最后，在3號工位，根據(jù)重力特性，將包裝好的產(chǎn)品放在成品倉庫中。

目前，最簡單便捷的順序控制當(dāng)時就是采用移位寄存器，其主要的工作程序為：設(shè)定一寄存器，移位的時間設(shè)置為120ms，并且每個移位寄存器對應(yīng)一個相對應(yīng)的V型槽，然后進(jìn)行操作控制。

上料信息是從2號工位發(fā)送，其操作是通過推動空心臺將紙張向上移動。一般需要490ms～640ms的時間，紙盤將紙球推送上去的時間不的超過640ms。同時，處理盤槽V的移動速度相同，假設(shè)處理盤的位置在第一站時，處理盤的當(dāng)前狀態(tài)應(yīng)該是停止前進(jìn)，然后延遲150ms的時間，當(dāng)空心臺的的狀態(tài)為無紙張時，可以緩慢移動并按下行程開關(guān)，此時生成停止的動作命令。同時，托盤會停止工作，相對的，上料的工作也會停止。當(dāng)延遲時間到達(dá)一定的時間，此時就會出現(xiàn)與上述相同的操作步驟，那就是托盤和放紙的空心臺動作。也可以說他們的動作步調(diào)都是一致的。但是相反的是插紙板。

當(dāng)位置到達(dá)工位2時，此時，處理盤處于停止的狀態(tài)，即延遲回到250ms，同時也會發(fā)出上料信號的動作。250ms后，工藝板和卡片的動作順序依次停止，考慮到自然狀態(tài)下存在慣性，此時會產(chǎn)生一個小角度，即紙球與插入板之間的夾角。此時，包裝紙完全包裹在紙球上。假設(shè)插入板再次縮回時會接觸邊界開關(guān)，此時夾鉗開始進(jìn)行運(yùn)動，利用三根夾桿抓住包裝的兩邊，此時另一個動作開始，即嵌套邊緣的指令，也就是窩邊。當(dāng)嵌套邊緣到達(dá)必要位置時，機(jī)構(gòu)部件捷愛士向后緩慢移動。此時整個初級包裝過程就完成，樣品落下，完成這一步驟所需時間綜合為880ms。由于此包裝程序中的PLC數(shù)字化周期為120ms，因此一分鐘內(nèi)只能包裝60個包裝。

2可編程控制系統(tǒng)控制方案的設(shè)計

與其他工業(yè)控制系統(tǒng)相比，西門子S7-300系列PLC具有最佳的掃描速度。也是最基本的組件，從指令開始，1000個指令的時間大約需要0.3ms。考慮到材料、機(jī)械和電力等綜合因素，該角色項目執(zhí)行要完成的預(yù)定義功能，還需要在實(shí)驗室進(jìn)行成功調(diào)試。

可編程邏輯控制器具有多種分類，也可以服務(wù)多個對象。例如，張力控制可以根據(jù)拆開和切割的過程來執(zhí)行，包裝和進(jìn)料可以由雙向控制來完成。同時，他們具備一個相同的特點(diǎn)，那就是對象相對密集。

集中控制系統(tǒng)中的組件可以連接，它們依賴于1/0。在該角色的設(shè)計過程中還采用了一種方法，即在連接來自受控對象的數(shù)據(jù)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換的過程中，不增加額外的特殊信號線。這種控制方法的特點(diǎn)之一是它們之間的距離不遠(yuǎn)，并且可以同時接觸不同場合，獨(dú)特的主機(jī)控制模式也有更高的要求。因此，與其他模式相比，缺點(diǎn)是風(fēng)險相對較高。1/0遠(yuǎn)程控制與集中控制的相似之處在于控制結(jié)構(gòu)單元的獨(dú)特性。另一個特點(diǎn)是，可以分散控制系統(tǒng)。其大多應(yīng)用在中型、分散對象和低工程成本場合。

3系統(tǒng)的運(yùn)行方式

在該文中，考慮到紙包裝機(jī)的有效運(yùn)行，采用自動和手動相結(jié)合的方法。鑒于運(yùn)行模式的設(shè)計特點(diǎn)，本項目采用了一種特殊的方法，即停止運(yùn)行。PLC控制器采用正常、臨時和緊急三種停機(jī)模式。根據(jù)運(yùn)行期間控制系統(tǒng)的要求和包裝機(jī)運(yùn)行的周期性工作模式，在以下兩種情況下可以停止運(yùn)行，分別是第一個是工作的結(jié)束;第二個是停機(jī)操作命令出現(xiàn)失誤或設(shè)備出現(xiàn)故障時的異常情況，因此系統(tǒng)采用硬件切斷電源的方式，可使系統(tǒng)立即停機(jī)。

4結(jié)論

本文主要介紹了卷紙機(jī)的工作過程，詳細(xì)論述了卷紙機(jī)的工藝流程，包括運(yùn)行過程，詳細(xì)討論了影響因素及有效改進(jìn)的具體操作方法，最后給出了包裝機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計方案，介紹了控制系統(tǒng)的選擇、工作模式、硬件和配置，此研究結(jié)果將會對相關(guān)工程項目具有參考價值。

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