西門(mén)子S7-200 PLC在枕式包裝機(jī)的應(yīng)用

西門(mén)子S7-200 PLC在枕式包裝機(jī)的應(yīng)用

? 近年來(lái)，我國(guó)食品包裝技術(shù)得到了快速發(fā)展。在引進(jìn)國(guó)外包裝機(jī)械的基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)機(jī)械制造廠商通過(guò)消化吸收，發(fā)展創(chuàng)新，使我國(guó)的包裝機(jī)械制造水平有了很大的提高。

? 按包裝機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)劃分，食品包裝機(jī)械可以分為立式包裝機(jī)與枕式包裝機(jī)。顧名思義，立式包裝機(jī)是從上到下的包裝過(guò)程，包裝的食品類型一般為顆粒，粉末，液體，例如日常生活中的食鹽、牛奶等；枕式包裝機(jī)是平面包裝的，包裝的食品類型一般為塊狀的，例如方便面，冰糕，蛋糕等。請(qǐng)參見(jiàn)下圖：

立式包裝機(jī) 枕式包裝機(jī)

本文主要基于枕式包裝機(jī)進(jìn)行說(shuō)明。

系統(tǒng)原理圖（經(jīng)濟(jì)型枕式包裝機(jī)）

機(jī)械結(jié)構(gòu)（枕式包裝機(jī)）

主要由撥叉、膜輥、色標(biāo)傳感器、切刀以及橫封和縱封構(gòu)成：

1． 撥叉安裝在傳輸帶上主要起傳輸、分離包裝物的作用
2． 膜輥起送膜的作用
3． 色標(biāo)傳感器檢測(cè)薄膜上的色標(biāo)信號(hào)
4． 切刀把包裝后的包裝物切割成包裝袋，由于切刀上有加熱裝置，切刀兼有橫封的作用
5． 另外該機(jī)械還包括縱封部分，把側(cè)面的薄膜粘合起來(lái)

系統(tǒng)要求：

? 膜輥直徑：66.88mm
? 切刀直徑：120.00mm
? 切刀電機(jī)傳動(dòng)比：9：1
? 膜電機(jī)傳動(dòng)比：9：1
? 切刀旋轉(zhuǎn)軸外接編碼器360 線
? 包裝規(guī)格：袋長(zhǎng)（50-500）mm
? 包裝速度：150 袋/分鐘
? 切割精度：小于等于2.00mm
? 切刀電機(jī)功率：700W
? 進(jìn)膜電機(jī)功率：700W

設(shè)計(jì)依據(jù)：

? 利用PLC 高速脈沖輸出通道發(fā)送的脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器的位置及速度控制
? 利用PLC 的高速計(jì)數(shù)通道實(shí)現(xiàn)外接編碼器的位置反饋
? 以切刀軸作為主軸，進(jìn)膜軸作為從動(dòng)軸進(jìn)行控制
? 利用色標(biāo)傳感器進(jìn)行位置檢測(cè)，PLC 經(jīng)過(guò)位置判斷，做簡(jiǎn)單的位置閉環(huán)控制
? 推導(dǎo)設(shè)計(jì)

計(jì)算方法：

? 計(jì)算最大脈沖輸出能否滿足要求
Rev =4096 units/rev
C =D xπ
=66.88 x 3.14159265
=210mm
Vmax =Lmax x PVmax
=500 x 70
=35000 mm/min
Pmax =Vmax / C x Z x Rev / 60
=35000 / 210 x 9 x 4096 /60
=102400
Precision ＝C / Z / Rev
=0,0057 mm/unit
推導(dǎo)結(jié)論： 精度2mm 〉Precision x 10 滿足條件
PLC 最大輸出頻率為100KHZ, 近似滿足條件

軟件設(shè)計(jì)依據(jù)（一）補(bǔ)償方法：

? 由于計(jì)算過(guò)程比較麻煩，這里不作詳細(xì)說(shuō)明。總之不同包裝速度決定了不同的脈沖輸出頻率，把每次色標(biāo)檢測(cè)到的實(shí)際位置與理論位置進(jìn)行對(duì)比，按實(shí)際位置與理論位置之差進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償按著位置差的千分之二進(jìn)行。

? 實(shí)際的位置值是根據(jù)外接的編碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在每次檢測(cè)到色標(biāo)的時(shí)候，記錄實(shí)際值。每包裝一包切刀旋轉(zhuǎn)一周，編碼器記錄為0－360 度，一個(gè)周期后自動(dòng)清零。

軟件設(shè)計(jì)依據(jù)（二）象限判斷：

? 由于此包裝機(jī)屬于經(jīng)濟(jì)型配置，伺服沒(méi)有位置閉環(huán)控制，沒(méi)有尋參功能。有鑒于此，軟件中添加了示教功能：即在進(jìn)行彩膜包裝時(shí)，如果更換新的包裝規(guī)格，要進(jìn)行示教，把第一個(gè)色標(biāo)檢測(cè)的位置值記錄下來(lái)，作為后面包裝過(guò)程中色標(biāo)檢測(cè)的判斷依據(jù)（理論位置）。

? 在包裝過(guò)程中每次色標(biāo)檢測(cè)的位置與理論位置的差值進(jìn)行判斷，如果差值大于180度，送膜電機(jī)進(jìn)行追蹤補(bǔ)償，否則，送膜電機(jī)減速，進(jìn)行延遲補(bǔ)償。

? 由于示教時(shí)色標(biāo)位置值（理論位置）是隨機(jī)的，可以在0－360 度的任意象限。因?yàn)橐M(jìn)行差值計(jì)算，涉及了正向追蹤還是延遲補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題，所以要根據(jù)具體情況采用不同的計(jì)算公式

? 這里采用第一象限為例做簡(jiǎn)單介紹：

如果 0如果 0則 Delta_A=Act-T
如果 180變量名稱 表示符號(hào) 單位
示教位置 T 度
實(shí)際位置 Act 度
差值 Delta_A 度

本包裝機(jī)為枕式包裝機(jī)經(jīng)濟(jì)型配置方案，不但可以進(jìn)行定長(zhǎng)包裝，還可以進(jìn)行色標(biāo)包裝，切割精度足夠滿足目前大多數(shù)食品加工廠家的要求，得到了廣泛的使用。在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，節(jié)約成本是很多制造商的選擇。

另外，在高端的包裝機(jī)方面，目前大多采用伺服控制器閉環(huán)控制。例如西門(mén)子SIMOTION 系統(tǒng)：通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器，不但可以直接利用系統(tǒng)的電子齒輪，電子凸輪等工藝模塊進(jìn)行控制，而且還具有疊加軸，虛軸等功能，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能更高，定位精度更準(zhǔn)確