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0引言

枕式包裝機(jī)是食品、醫(yī)藥等包裝行業(yè)中應(yīng)用非常廣泛的一種包裝機(jī)械,是一種以運(yùn)動(dòng)控制為主導(dǎo)的機(jī)器。傳統(tǒng)的枕式包裝機(jī)主要采用差速齒輪箱結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定，缺點(diǎn)是噪音較大，機(jī)械部分容易損壞，封裝規(guī)格的調(diào)整及包裝尺寸的調(diào)整十分麻煩。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展,PLC技術(shù)日益成熟，應(yīng)用越來越廣泛。包裝機(jī)的主機(jī)系統(tǒng)開始采用PLC和伺服控制器作為控制系統(tǒng)核心，可以使包裝速度高、定位準(zhǔn)確，且系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。然而傳統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器提供了豐富的運(yùn)動(dòng)控制功能，但邏輯控制和復(fù)雜運(yùn)算功能卻比較弱，而普通的PLC提供了全面的邏輯控制功能，但又很難具備運(yùn)動(dòng)控制的全部功能。因此PLC和伺服控制器配合使用的方式存在高速數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)同步和精確控制等方面的問題。西門子新一代的運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)SimotionD是為以運(yùn)動(dòng)控制起主導(dǎo)作用的機(jī)器而設(shè)計(jì)的,本身集成了邏輯控制與運(yùn)動(dòng)控制，可以獨(dú)立完成以往PLC加電機(jī)調(diào)速器的所有功能，可以實(shí)現(xiàn)由一個(gè)開發(fā)環(huán)境解決所有運(yùn)動(dòng)控制、邏輯及工藝的控制問題，并且它還能夠提供所有必要的工具，從編程到參數(shù)設(shè)定,從測(cè)試到故障診斷。因此基于SimotionD控制系統(tǒng)的包裝機(jī)可以大大提高生產(chǎn)效率。

.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

其中變頻器通過RS485232轉(zhuǎn)換后與上位機(jī)通信,用來控制吸氣或吹氣的強(qiáng)度，這由生產(chǎn)工藝

圖1硬件總體結(jié)構(gòu)框圖

決定;S7-200PLC及擴(kuò)展模塊通過RS485與上位機(jī)通信用來控制橫封及縱封裝置的溫度。此控制系統(tǒng)的核心是SimotionD425₀SimotionD425.是新一代的運(yùn)動(dòng)控制器，可以控制1到16個(gè)電機(jī)軸，通過DRIVE-CLiQ接口與Sinamics驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,在此系統(tǒng)中它通過以太網(wǎng)接口與上位機(jī)通信，其突出優(yōu)點(diǎn)有： •

(1)強(qiáng)大的工程設(shè)計(jì)，組態(tài)及平臺(tái)SimotionScout,可以實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)及曲線的實(shí)時(shí)跟蹤(TraceandMeasurement)，便于調(diào)試及進(jìn)行故障診斷,并可以對(duì)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化。

(2)相對(duì)獨(dú)立的背板散熱和電路板保護(hù)涂層,可以保證電氣柜的高防護(hù)等級(jí)，滿足惡劣環(huán)境對(duì)電氣設(shè)備的要求:長(zhǎng)期,穩(wěn)定和小維護(hù)量。

(3)主動(dòng)前端技術(shù)和電能回饋技術(shù)。主動(dòng)前端(ActiveFrontEnd)技術(shù)保證了直流母線的電壓，防止電網(wǎng)電壓的波動(dòng)對(duì)連續(xù)生產(chǎn)產(chǎn)生影響。而電能回饋技術(shù)保證了系統(tǒng)的四象限運(yùn)行，使系統(tǒng)更加節(jié)能。

(4)極高的調(diào)速精度,Sinamics系列伺服驅(qū)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)壓頻(VF)控制，矢量控制(VectorCon-血1),伺服控制(ServeControl),頻率輸出精度達(dá)0.01%,保證了調(diào)速的精確性和穩(wěn)定性。

2系統(tǒng)組成

枕式包裝機(jī)要完成成型、定位和封口等功能,主要包括以下幾個(gè)系統(tǒng)部分；

1. 電氣控制系統(tǒng)。電源采用三相380V50Hz供電，主機(jī)的電氣系統(tǒng)主要由伺服系統(tǒng)、PLC、變頻器、人機(jī)界面等組成。并在橫封刀軸、夾運(yùn)鏈條、推板鏈條及送料鏈條上分別安裝一個(gè)接近開關(guān),位置為系統(tǒng)的零點(diǎn);在送膜軸上安裝一個(gè)光電開關(guān)用來檢測(cè)色標(biāo)。-'
2. 封切系統(tǒng)。枕式包裝機(jī)的封切系統(tǒng)由橫封(上、下)和縱封(左右兩個(gè))組成，其作用就是對(duì)包裝物品進(jìn)行橫向和縱向的封裝。
3. 加熱系統(tǒng)。系統(tǒng)需要對(duì)橫封刀和縱封刀進(jìn)行加熱，并進(jìn)行溫度控制,采用熱電耦采集并控制封切刀的溫度，由PLC進(jìn)行控制。
4. 伺服系統(tǒng)。此系統(tǒng)需要對(duì)五臺(tái)電機(jī)進(jìn)行速度、位置的精確控制，其速度決定該包裝機(jī)的包裝速度。

.(5)縱封送料系統(tǒng)?？v封送料系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)送料輻,與橫切送料系統(tǒng)配合，根據(jù)包裝膜的袋長(zhǎng)等技術(shù)指標(biāo)達(dá)到準(zhǔn)確送膜并封切(橫切到包裝膜的色標(biāo)位置)的要求。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件在SimotionSCOUTV4.0平臺(tái)下編寫，運(yùn)動(dòng)控制程序用MCC語言編寫，通信部分程序用ST(StructuredText)語言編寫，程序的執(zhí)行有以下特點(diǎn)：

(1)執(zhí)行系統(tǒng)中的BackgroudTask任務(wù)被操作系統(tǒng)周期調(diào)用，其作用相當(dāng)于PLC中的0B1。

(2)TechnologicalFaultTask任務(wù)是當(dāng)系統(tǒng)中岀現(xiàn)報(bào)警時(shí)被調(diào)用,PerihperalFaultTask在外部IO出錯(cuò)時(shí)被調(diào)用，如果這兩個(gè)任務(wù)沒有程序，系統(tǒng)將停機(jī)，所以將一個(gè)空程序分配給這兩個(gè)任務(wù)。

(3)MotionTask啟動(dòng)一個(gè)運(yùn)動(dòng)任務(wù)，如定位等，MotionTask與BackgroundTask不同，MotionTask被調(diào)用后只執(zhí)行一次，該任務(wù)可以使用等待指令在執(zhí)行中無限期等待，但執(zhí)行完后不會(huì)自動(dòng)再次執(zhí)行。

(4)BackgroundTask任務(wù)中不能使用等待指令，否則BackgroundTask運(yùn)行超時(shí)會(huì)造成系統(tǒng)死機(jī)。

SimotionD下位機(jī)以Udp子程序接收主機(jī)的命令,解析并根據(jù)讀寫命令實(shí)現(xiàn)與SimotionD數(shù)據(jù)的交互。編程思路以流程圖方式說明，如圖3所示。

圖3上位機(jī)與SimotionW25的通信流程圖

以下為ST語言編寫的數(shù)據(jù)接收檢査并發(fā)送數(shù)據(jù)的部分通信程序主要代碼：