高速全自動包裝機控制系統設計研究范文

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【摘要】70年代初，可編程控制器被認為是控制系統的核心設備部件。它具有的優點是能夠完成各種各樣的目的功能，兼具性能穩定，同時它的可靠性相對其他裝置來講比較高。基于這些優點，它被廣泛應用于現代工業自動化生產線上。隨著人們對裝置自動化程度的要求增加，再加上科技的發展，可編程控制器能完成的功能越來越多。因此該技術所對應成品越來越多樣化和復雜化。本文根據卷紙包裝機的工作原理，結合PLC技術與生產工藝，設計高速全自動卷紙包裝機控制系統，該研究成果為相關的工程設計提供了理論參考。

【關鍵詞】PLC控制；卷紙包裝機；生產工藝；系統設計

1卷紙包裝機工作原理

卷紙包裝機，顧名思義，是將卷紙庫的卷紙按照的速率完成合格衛生卷包裝成卷筒紙的目的。卷紙包裝機具體的工藝過程，主要有4步完成。具體為第1步為放料，卷筒式包裝紙放在原料架上。第2步，指令發送，該步驟主要是放卷電機投入卷棒，長度用色標值來記錄衡量。當卷棒長度到長度L時，放卷電機進行指令操作，也就是說根據色標值的信號向切紙裝置機構發送指令。該切紙裝置機構采用的是調速方式是交流變頻。其工作原理是，凸輪旋轉帶動切斷刀，通過凸輪上的位置傳感器判斷凸輪位置在那里，接著所進行的動作便是切斷指令的產生，切刀的動作是向上進行操作，目的是為了切斷卷紙成為一個個的單元。當進行到一定程度時有色標信號會再次出現，切刀此時便重新又開始朝下運動。變頻的特性能夠調節電機的頻率，進而調節切刀向上和向下的工作頻率，該特點使切刀操作簡單。第3步，整理，當紙片切好整理入庫，放入紙片庫中，借助推紙空心臺送到操作臺上。最后，送出，整齊有序的卷紙庫的卷紙通過托盤的運動來推動卷紙球。工藝盤和輔助機構合在一起才能完成包裝一系列的動作。該結構V形槽口的數目是8個，同時還有3個加工工位單元。紙放入槽中，卷筒紙轉動整理待包裝的卷紙，放入工藝盤中然后依次送入到各加工位的位置。皮帶傳動依靠交流電機帶動工藝盤的轉動。接著依靠邏輯控制電磁閥來決定各加工工位的動作，從而按照機構單元的信號動作進行操作。具體的流程如下：1號工位的目的是工位裝入完成。2號工位借助夾鉗機構單元可以完成一系列單元動作，如；然后送紙球和送紙片信號分別由托盤和推紙空心臺發出。最后，在3號工位，依靠重力的特性包裝好的產品落入成品庫。移位寄存器操作是最典型最方便的順序控制方式。具體方式為：設定一個8位移位寄存器，移位寄存器的移位時間為120ms，對應一個V型槽，進而控制相應的操作。

移位寄存器的上料信號由2號工位發出，所產生的動作是推紙空心臺推動紙片向上移動，所需時間為490ms～640ms，托盤推動紙球向上移動所花費時間不大于640ms。同時，工藝盤V形槽移動速度是相同的，假設工藝盤的位置是在第一工位的時刻，停止前進的動作將是工藝盤此刻的狀態。然后，延后時間為150ms，空心臺狀態為無紙張時刻當慢慢移動壓到行程開關時刻，此時產生的動作指令狀態為停止。同時，托盤狀態位置是行程開關時刻，托盤將停止工作，因此上料的操作動作就結束了。當延時時間到達，此時會出現相同的動作，即托盤和放紙的空心臺。也就是說它們同進同退步調一致。但插紙板此時出現相反的動作。拖之球和工藝盤的動作也是相同的。當其位置是2號工位時，工藝盤此時的動作狀態是停止，即向后拖延250ms。上料信號的動作也發生，在250ms內，工藝盤和插紙板的動作順序一個接著一個停止?？紤]到自然狀態慣性的存在，此時會產生一個較小的角度θ，也就是紙球和插紙板的夾角大小。這個時候包裝紙的狀態是全部裹住紙球。假設插紙板再后退將會碰到限位開關，此時的動作是夾鉗機構的軸向運動停止。三個夾桿會促使包裝紙抓緊兩端，同時發出徑向運動的動作；夾桿和限位開關閉合碰撞的時候，夾鉗機構軸產生一個角度90°，然后所產生的動作是向前，另一個動作開始也就是窩邊的指令。當窩邊到達要求的位置時，機構部件的狀態是慢慢向后移動。另外一個部件夾鉗機構到達3號工位狀態時，此時整個一次包裝過程完成，出現包裝好的樣品脫落的現象，這里包裝一個衛生卷紙所需的總時間為880ms。因為本包裝程序中PLC掃描周期T為120ms，所以1分鐘內只能包60個。

2可編程控制系統控制方案的設計

西門子S7-300系列的PLC相比其他的工業控制系統掃描速度最好。PLC是選擇控制系統中最基礎的部件，每1000條指令約需0.3ms。考慮綜合因素，如材料、機械和電氣等，本文的設計實現了預先設定要完成的功能，而且在在實驗室成功調試。PLC的分類多樣：卷紙包裝機服務的對象可以是多個，如張力控制可以依賴放卷分切過程實現、雙向控制過程包括包裝和送料。同時它們還有一個共同的特點就是被控對象相對密集。所以系統集中方案控制被本文設計中所采用。在集中控制系統中的部件被控對象和可編程控制器可以連接起來，他們依靠I/O實現。本文設計過程中還采用了一個方法就是在被控對象數據和狀態變換連通過程中不增加額外的專門信號線路。這種控制方式有一個特點就是他們之間的距離不是很遠，同時可以聯系場合。單主機控制方式也提出了更高的要求，因此，相對其他方式來講，不足之處在于危險度比較高。遠程I/O控制和集中控制有一個相似的地方就是控制結構單元獨特。同時還有另外一個特點就是具有分散型控制系統的特點。它的應用場合是中等規模、分散對象工程費用低的場合。

3系統的運行方式

本文中考慮到紙包裝機實際運行狀況，自動和手動運行相互結合的方法被采用?？紤]到運行方式的設計特點，本設計中還采用了一個特殊的方法即停止運行。PLC控制器的采用的停運方式有三種，分別為正常、暫時和緊急?？紤]到控制系統工作時候的要求以及包裝機運行過程中依據的循環工作方式，所以在兩種情況下才停止，即，第一種情況是工作結束；第二種情況是當停止運行指令發生或者設備不能正常工作出現異常故障。因此本系統中采用硬件切斷電源的方式，該方式可以使系統立即停車。

4結語

本文主要闡述了卷紙機的過程，詳細論述了工藝流程，同時包含每個操作動作。詳細論述了包裝機的影響速度因子和改進的措施方法。最終提出包裝機的控制設計方案，控制系統的選擇、操作模式和硬件的選擇以及配置。該研究成果為相關工程設計提供了理論參考價值。

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作者：司孝明 單位：鹽城生物工程高等職業技術學校