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由于以紙、塑料薄膜、復(fù)合材料為包裝材料的生產(chǎn)線得到越來越廣泛的應(yīng)用,包材的準(zhǔn)確傳送顯得尤為關(guān)鍵[1],特別是在多級(jí)傳動(dòng)電機(jī)同步運(yùn)行控制中,各傳動(dòng)電機(jī)在升速或降速的過程中要求多級(jí)傳動(dòng)電機(jī)能夠及時(shí)地同步運(yùn)行。本文以全自動(dòng)包裝機(jī)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為背景,介紹PLC在同步控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。
1全自動(dòng)包裝機(jī)工作原理
包裝機(jī)是一個(gè)多控制點(diǎn)、多傳動(dòng)的復(fù)雜機(jī)械控制裝置[2],其工作原理如下:
1)啟動(dòng)主電機(jī)時(shí),主電機(jī)帶動(dòng)設(shè)備上相關(guān)機(jī)械傳動(dòng)裝置運(yùn)行,印刷電機(jī)也開始運(yùn)行,同時(shí)其他電器也處于運(yùn)行狀態(tài),例如:加熱器、空壓機(jī)、復(fù)合泵等都開始工作。
2)當(dāng)包裝袋經(jīng)過著墨、烘干之后進(jìn)入切刀部分,由主切刀切成要求的袋長(zhǎng),之后開始進(jìn)入糊口部分,這樣就要求主電機(jī)與印刷電機(jī)之前的速度達(dá)到匹配,才不至于使包裝袋褶皺。
3)包裝袋進(jìn)入糊口部分時(shí),要經(jīng)過涂膠、上膠、加熱部分之后進(jìn)入底貼部分,從而與底貼色帶粘合之后進(jìn)入下一環(huán)節(jié)。其中底貼色帶由底貼電機(jī)帶動(dòng),而其也與主電機(jī)在速度上有一個(gè)嚴(yán)格的匹配關(guān)系,這樣就達(dá)到了袋子底部粘貼的合格性。
經(jīng)過底貼環(huán)節(jié)之后,由傳送帶送到出袋部分,再由電磁閥控制其數(shù)量之后以要求的數(shù)量送出。其工作原理見圖1。

2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
卷紙包裝機(jī)控制系統(tǒng)主要器件包括上位機(jī)、PLC、變頻器[3]等。它們的選擇都是以在保證功能的前提下盡可能地選擇可靠性高和使用方便的產(chǎn)品為依據(jù),具體情況如下:
2.1上位機(jī)
上位機(jī)選用德國(guó)某公司的TP170B[4]。
S7-300PLC在全自動(dòng)包裝機(jī)中的應(yīng)用是一種觸摸屏操作面板,其特點(diǎn)是:基于MicrosoftWindowsCE操作系統(tǒng),可使用所有SIMATICS7CPU進(jìn)行操作,滿足比較復(fù)雜的功能要求。該單元裝配有用于MPI和PROFIBUS-DP的接口,該接口既可用于與SIMATICS7/M7控制器相連,同時(shí)也可與基于PC系統(tǒng)的WinCC相連接?？刹捎冒ㄖ形脑趦?nèi)的近10種不同國(guó)家的文字顯示。組態(tài)可直接移植到其他類似的SIMATIC人機(jī)界面的產(chǎn)品中。
2.2下位PLC的選型及其模塊配置
在進(jìn)行這項(xiàng)工作之前,需要對(duì)控制對(duì)象和控制任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)
計(jì)和分析[5]。然后確定系統(tǒng)的規(guī)模、機(jī)型和配置。據(jù)統(tǒng)計(jì),該包裝機(jī)控制系統(tǒng)[6]需要配置如下的不同性質(zhì)的I/O點(diǎn):17個(gè)開關(guān)量輸入;54個(gè)開關(guān)量輸出;7個(gè)模擬量輸入;1個(gè)模擬量輸出。根據(jù)對(duì)上述控制任務(wù)的分析,本項(xiàng)目選擇了SIEMENS的模塊化中小型PLC系統(tǒng)S7-300,它能滿足中等性能要求的應(yīng)用,應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。其模塊化、無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、和易于實(shí)現(xiàn)分布,易于用戶掌握等特點(diǎn),使得S7-300成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的方案。S7-300系列所具有的多種性能遞增的CPU和豐富且?guī)в性S多方便功能的I/O擴(kuò)展模塊,使用戶可以完全根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的模塊。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大并且愈加復(fù)雜時(shí),可隨時(shí)使用附加的模塊對(duì)PLC進(jìn)行擴(kuò)展。SIMATICS7-300所具備的高電磁兼容性和強(qiáng)抗振動(dòng)、抗沖擊性,更使其具有最高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。它具有很強(qiáng)的計(jì)算能力和完善的指令集,以及通過MPI接口,適用于高速的過程處理需要。本系統(tǒng)所用的主機(jī)模塊是CPU315-2DP,可以通過MPI轉(zhuǎn)接電纜或通訊模塊與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊,再加上其全面的診斷功能和完善的自我保護(hù)技術(shù),使其具有極高的可靠性,極其適合本系統(tǒng)的需求。除此之外,它自帶的STEP7編程軟件功能強(qiáng)大,使用方便,也使開發(fā)過程變得簡(jiǎn)單快捷。
根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)的確定要按照實(shí)際點(diǎn)數(shù)再加20～30的備用量及其特性,配置了如下的模塊,其控制結(jié)構(gòu)見圖2。

1)1個(gè)模擬量輸入模塊SM331(AI8＊12Bit):可提供具有12位分辨率的總數(shù)為8路的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道。
2)1個(gè)模擬量輸出模塊SM332(AO4＊12Bit):可提供具有12位分辨率的總數(shù)為4路的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道。
3)1個(gè)數(shù)字量輸入模塊SM321(DI32＊24VDC):可提供總數(shù)為32路的開關(guān)量輸入通道。
4)2個(gè)數(shù)字量輸出模塊SM322(D032＊24VDC/0.5A):可提供總數(shù)為64路的開關(guān)量輸出通道。
5)中央處理單元CPU315-2DP。
6)擴(kuò)展模塊ET200。
3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.1人機(jī)界面設(shè)計(jì)
為本系統(tǒng)設(shè)置了8個(gè)畫面,其中1#屏是系統(tǒng)主要參數(shù)的顯示,包括主電機(jī)的速度、出袋個(gè)數(shù)和出袋累計(jì)量,見圖3,出袋個(gè)數(shù)是指當(dāng)前出袋的個(gè)數(shù),當(dāng)數(shù)值到達(dá)出袋的設(shè)定值時(shí),該數(shù)字自動(dòng)復(fù)位,并重新開始計(jì)數(shù)。

出袋的設(shè)定值在參數(shù)設(shè)置的窗口中設(shè)置,會(huì)在后面介紹如何設(shè)置參數(shù)中講到,按鈕出袋清零的功能是清除當(dāng)前出袋個(gè)數(shù),從0開始計(jì)數(shù);出袋累計(jì)是指當(dāng)日的累計(jì)出袋個(gè)數(shù)。按鈕的累計(jì)清零功能是清除當(dāng)日的累計(jì)數(shù)量,重新開始計(jì)數(shù)。
2#屏幕是溫度及其控制的窗口,見圖4。

3.2系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件采用SeimensS7-300編程,用結(jié)構(gòu)化和模塊化的方法設(shè)計(jì)了項(xiàng)目測(cè)試、參數(shù)設(shè)置、數(shù)字量控制、模擬量控制、數(shù)據(jù)清零5個(gè)模塊。軟件功能結(jié)構(gòu)見圖5。

4結(jié)論
本文在分析全自動(dòng)包裝機(jī)的工作原理的基礎(chǔ)上,提出了系統(tǒng)軟硬件控制方案,闡述了其控制原理,根據(jù)控制點(diǎn)及各控制功能的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的硬件控制電路和軟件程序。該控制系統(tǒng)在包裝廠投入運(yùn)行以來,整套系統(tǒng)一直運(yùn)行正常,同步電機(jī)起動(dòng)過程中跟隨性能和穩(wěn)定性能[7]均有明顯的改善,提高了生產(chǎn)線的運(yùn)行速度和生產(chǎn)效率,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益,在塑編包裝機(jī)械行業(yè)具有較好的推廣價(jià)值。

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