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0前言
隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，包裝機(jī)已全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。自動(dòng)包裝機(jī)一般分為半自動(dòng)包裝機(jī)和全自動(dòng)包裝機(jī)兩種，由人工供給包裝材料（容器）和內(nèi)裝物，但能自動(dòng)完成其它包裝工序的機(jī)器稱為半自動(dòng)包裝機(jī)，自動(dòng)完成主要包裝工序和其它輔助包裝工序的機(jī)器稱為全自動(dòng)包裝機(jī)。
采用HOLLiASLECG3系列小型PLC控制的全自動(dòng)包裝機(jī)是集機(jī)電一體化、光電檢測(cè)、步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)跟蹤糾偏等功能于一體的多用途自動(dòng)包裝機(jī)，該包裝機(jī)具有電眼跟蹤、PLC控制、無(wú)級(jí)變速糾偏等功能，計(jì)量精確，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且具有性能穩(wěn)定、操作維護(hù)方便、效率高等特點(diǎn)[1]。
包裝機(jī)控制系統(tǒng)的作用是保證工作機(jī)械的所有機(jī)構(gòu)能夠嚴(yán)格按照預(yù)定的順序，協(xié)調(diào)、有節(jié)奏地實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)和停止，使工作循環(huán)周而復(fù)始地進(jìn)行。控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)效率和工作可靠性的影響很大，因此要求控制系統(tǒng)準(zhǔn)確、靈敏、可靠、耐用、調(diào)整方便。
PLC是計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是近年來(lái)發(fā)展最迅速、應(yīng)用最廣泛的工業(yè)自動(dòng)化控制裝置之一[2]。PLC具有體積小、可靠性高、編程方便等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于包裝機(jī)控制系統(tǒng)[1]。
1包裝機(jī)的工作過(guò)程
DXD系列包裝機(jī)廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品、化工、茶葉、種子等顆粒狀、片狀、粉狀及半流體狀物料包裝，其包裝工藝流程包括制袋、送料、充填、封口、切袋等工序，如圖1所示。下面分別說(shuō)明制袋系統(tǒng)、送料計(jì)量系統(tǒng)和封口切袋系統(tǒng)的工作過(guò)程。

（1）制袋系統(tǒng)
啟動(dòng)拉袋電機(jī)，則拉袋電機(jī)帶動(dòng)卷筒狀塑料薄膜包裝材料轉(zhuǎn)動(dòng)，塑料薄膜包裝材料通過(guò)牽引輥輪和制袋器制成包裝袋。每個(gè)包裝袋上都有特定的商標(biāo)和圖案。在自動(dòng)包裝作業(yè)中，保持商品的商標(biāo)和圖案位置正確是包裝的基本要求。為了保證包裝袋圖案的準(zhǔn)確性和包裝袋長(zhǎng)度的一致性，在包裝生產(chǎn)線上安裝有色標(biāo)傳感器，用于檢測(cè)和判斷包裝袋是否拉伸到位。當(dāng)包裝袋拉伸到位時(shí)，色標(biāo)傳感器就發(fā)出信號(hào)，拉袋電機(jī)停止，開(kāi)始送料計(jì)量。
（2）根據(jù)送料計(jì)量系統(tǒng)
啟動(dòng)送料電機(jī)后，送料開(kāi)始。在端口處安裝有計(jì)數(shù)傳感器用于對(duì)物料進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)傳感器用來(lái)測(cè)定每一規(guī)定批次的物料數(shù)量，當(dāng)計(jì)數(shù)傳感器的計(jì)數(shù)值達(dá)到設(shè)定值后，送料電機(jī)停止，充填過(guò)程結(jié)束，開(kāi)始包裝袋的封口和切袋過(guò)程。
（3）封口切袋系統(tǒng)
物料被填到包裝袋后，需要對(duì)包裝袋進(jìn)行封口。包裝袋的封口由封口器完成。每次送料結(jié)束后，封口器開(kāi)始封口。封口結(jié)束后，需要對(duì)包裝袋進(jìn)行切袋。包裝袋的切袋由切袋器完成。一般情況下，包裝袋達(dá)到一定數(shù)量以后再進(jìn)行切袋，而不是每次充填后，就立即切袋。所以每次充填完成后，需要判斷是否達(dá)到切袋的數(shù)量。如果達(dá)到切袋的數(shù)量，則完成切袋過(guò)程。否則不完成切袋過(guò)程，開(kāi)始下一個(gè)包裝循環(huán)。
2包裝過(guò)程對(duì)控制系統(tǒng)的要求
包裝機(jī)的控制要求比較復(fù)雜。拉袋電機(jī)和送料電機(jī)都是步進(jìn)電機(jī)，控制系統(tǒng)的主要作用就是協(xié)調(diào)這兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。在圖1中，色標(biāo)傳感器和計(jì)數(shù)器傳感器都是光電傳感器。色標(biāo)傳感器是用于判斷包裝袋是否拉伸到位。計(jì)數(shù)傳感器是用于對(duì)充填的物料進(jìn)行計(jì)數(shù)，以確定充填的數(shù)量。這兩個(gè)光電傳感器所采集的信號(hào)用于控制步進(jìn)電機(jī)的啟停。包裝機(jī)需要手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，在一般情況下用自動(dòng)控制方式，在調(diào)試或者有故障時(shí)用手動(dòng)控制方式。
（1）自動(dòng)控制方式
按下啟動(dòng)按鈕，拉袋電機(jī)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的各種參數(shù)啟動(dòng)。在包裝過(guò)程中，必須保證每個(gè)包裝袋上都有商標(biāo)圖案，因此在一定范圍內(nèi)拉袋電機(jī)不能停止。PLC實(shí)時(shí)檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)的進(jìn)給量。如果包裝袋拉伸到位，則色標(biāo)傳感器的信號(hào)為T(mén)RUE，拉袋電機(jī)停止，送料電機(jī)啟動(dòng)。
送料電機(jī)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)啟動(dòng)，計(jì)數(shù)傳感器開(kāi)始工作，送料開(kāi)始。每次充填的物料數(shù)量都是一定的。在送料過(guò)程中，計(jì)數(shù)傳感器對(duì)包裝物料進(jìn)行計(jì)數(shù)，測(cè)量物料的數(shù)量，并把測(cè)量值實(shí)時(shí)送入PLC。當(dāng)包裝物料的測(cè)量值達(dá)到預(yù)先的設(shè)定值時(shí)，PLC發(fā)出信號(hào)，送料電機(jī)停止，送料過(guò)程結(jié)束，封口切袋過(guò)程開(kāi)始。
采用PLC的內(nèi)部計(jì)數(shù)器對(duì)包裝袋進(jìn)行計(jì)數(shù)。送料電機(jī)每停止一次，包裝袋計(jì)數(shù)器加1，實(shí)現(xiàn)包裝袋的計(jì)數(shù)。同時(shí)，根據(jù)包裝袋的數(shù)量，判斷是否切袋。應(yīng)當(dāng)確保包裝機(jī)的封口切袋過(guò)程不在制袋過(guò)程中進(jìn)行，封口切袋過(guò)程與制袋過(guò)程必須加以互鎖。
（2）手動(dòng)控制方式
在調(diào)試或者緊急情況下，可以使用手動(dòng)控制方式。在這種方式下，拉袋過(guò)程和送料過(guò)程可以分別啟動(dòng)和停止，封口過(guò)程和切袋也可以分別啟動(dòng)和停止。
3包裝機(jī)PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
（1）PLC的選型
根據(jù)上述工藝流程和控制要求，PLC控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)共有14個(gè)，其中開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)10個(gè)，開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)4個(gè)。根據(jù)輸入和輸出的要求，用1個(gè)24點(diǎn)HOLLiASCPU模塊LM3106（圖2）作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，其I/O點(diǎn)分配如表1所示[3]。

（2）步進(jìn)電機(jī)的選型
本系統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)選用某公司的28BYG250C-SASSMQ-0071型步進(jìn)電機(jī)（圖3），
步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選用某公司的SH-20403型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（圖4）。PLC的CPU模塊LM3106有兩個(gè)高速脈沖輸出端口QX0.3和QX1.1，最高頻率可以達(dá)到20kHz，每個(gè)端口可以分別與一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連，控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)作，進(jìn)而控制拉袋步進(jìn)電機(jī)和送料步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行[3]。

（3）傳感器的選型
在包裝機(jī)的控制系統(tǒng)中，使用了色標(biāo)傳感器和計(jì)數(shù)傳感器。色標(biāo)傳感器用來(lái)檢測(cè)和判斷包裝袋是否拉伸到位，計(jì)數(shù)傳感器用來(lái)測(cè)定每一規(guī)定批次的物料數(shù)量。
色標(biāo)傳感器選用GDK-111R色標(biāo)傳感器。GDK-111R色標(biāo)傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、抗背景光干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便等特點(diǎn)，因此能夠可靠地檢測(cè)微小色差。GDK-111R色標(biāo)傳感器上集成了NPN型放大器，PLC需要源型輸入，公共端需要接24V電壓，其響應(yīng)時(shí)間為100μs，測(cè)量距離為10mm[3]。
計(jì)數(shù)器傳感器的選用Keyence的LV-H37系列小光點(diǎn)、長(zhǎng)距離、定向反射型激光傳感器，其激光的光點(diǎn)直徑約50μm，檢測(cè)距離最長(zhǎng)可達(dá)100mm，在定位和檢測(cè)小物體方面有著極其突出的表現(xiàn)。與LV-H37系列激光傳感器配套使用的放大器選用Keyence的LV-21A型放大器，其反應(yīng)時(shí)間僅為80μs，每秒可以檢測(cè)多達(dá)6250個(gè)標(biāo)的物。LV-21A型放大器是NPN型放大器，負(fù)載需要接正端，將其接入PLC時(shí)，PLC需要源型輸入
（4）包裝機(jī)控制系統(tǒng)接線圖
包裝機(jī)控制系統(tǒng)的接線圖如圖5所示

4包裝機(jī)PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
（1）根據(jù)包裝機(jī)的工藝流程和控制要求，PLC程序采用編程軟件PowerPro完成，程序設(shè)計(jì)流程如圖6所示。

（2）梯形圖
包裝機(jī)的PLC控制程序采用梯形圖語(yǔ)言編寫(xiě)，部分程序功能說(shuō)明如下。
1）送料電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制（如圖7所示）

第0008節(jié)表示，當(dāng)送料電機(jī)啟動(dòng)后，輸出Ton2_Out產(chǎn)生一個(gè)周期性脈沖信號(hào)，用于控制第0009節(jié)的PTO/PWM1_RUN加減速脈沖輸出功能塊的工作[4-5]。第0009節(jié)表示，當(dāng)送料電機(jī)啟動(dòng)后，PTO/PWM1_RUN加減速脈沖輸出功能塊PTO1開(kāi)始工作，用于控制送料電機(jī)的運(yùn)動(dòng)[4-5]。
2）送料計(jì)量（如圖8所示）
第0010節(jié)表示，送料電機(jī)啟動(dòng)后，采用外部普通脈沖輸入計(jì)數(shù)器HD_CTUD_T4進(jìn)行送料計(jì)數(shù)，輸入通道為%IX0.4。當(dāng)前計(jì)數(shù)值Coun?ter1_CV等于設(shè)定計(jì)數(shù)值Counter1_PV時(shí)，計(jì)數(shù)器Counter1的輸出值Counter1_OUT=1，重新開(kāi)始下一次送料計(jì)數(shù)[4-5]。

第0011節(jié)表示，按動(dòng)復(fù)位按鈕或點(diǎn)擊在顯示屏上設(shè)置的復(fù)位按鈕，即可將計(jì)數(shù)器的當(dāng)前計(jì)數(shù)值復(fù)位清零[4-5]。
（3）人機(jī)界面
在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，需要實(shí)時(shí)監(jiān)控PLC的運(yùn)行狀況，向PLC發(fā)出各種指令和修改運(yùn)行參數(shù)?？梢允褂萌藱C(jī)界面來(lái)完成這些功能。包裝機(jī)控制系統(tǒng)選用WeinView的觸摸屏MT506L作為人機(jī)界面。根據(jù)用戶要求，系統(tǒng)可設(shè)定并顯示拉袋電機(jī)、送料電機(jī)、封口器、切袋器的參數(shù)，可顯示各運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)行狀態(tài)及實(shí)際產(chǎn)量（袋數(shù)）和包裝速度，并具有正常的啟動(dòng)、停止按鈕，能夠?qū)τ?jì)量數(shù)手動(dòng)清零。
10～圖13分別為拉袋電機(jī)、送料電機(jī)、封口器和切袋器的參數(shù)設(shè)定畫(huà)面。
5結(jié)束語(yǔ)
經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)試和生產(chǎn)實(shí)踐，HOLLiASLECG3系列已在DXD全自動(dòng)包裝機(jī)上得到實(shí)際應(yīng)用?？刂葡到y(tǒng)在包裝機(jī)上的成功運(yùn)行表明，HOLLiASLECG3系列小型PLC功能完善、性能可靠，具有先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可靠、靈活的顯著特點(diǎn)，不僅提高了系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，而且大大提高了系統(tǒng)的靈活性[3]。
 

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