基于臺達(dá)PLC的制袋封切機(jī)控制系統(tǒng)

國際金屬加工網(wǎng)

摘要：介紹了利用臺達(dá)可編程控制器（PLC）與交流伺服控制器針對FD1500型制袋封切機(jī)控制系統(tǒng)項(xiàng)目開發(fā)技術(shù)铆贞。項(xiàng)目人機(jī)界面選用臺達(dá)觸摸屏（HMI）提供友好的人機(jī)交流接口與合理的控制流程景絮，以實(shí)現(xiàn)高效率溉谣、高精度的袋料剪切。本文分別就制袋機(jī)的工作原理榜寸，電氣設(shè)計(jì)胧含，HMI、PLC選型及程序設(shè)計(jì)等幾方面進(jìn)行闡述怠竞，該電氣系統(tǒng)的成功開發(fā)可以為使用臺達(dá)HMI费控、PLC與交流伺服電機(jī)相結(jié)合的機(jī)電一體化控制系統(tǒng)項(xiàng)目開發(fā)起到借鑒示教作用。

關(guān)鍵詞：制袋機(jī) PLC HMI 伺服電機(jī)

1引言

項(xiàng)目原型基于小型制袋封切機(jī)開發(fā)外銷出口型新機(jī)哨遭。原制袋寬度為600-1000mm咸培。由于該機(jī)型送料膠輥慣量較小，送料電機(jī)采用130步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過減速可實(shí)現(xiàn)傳動骑跳，使用單片機(jī)進(jìn)行位置控制疑跑。新機(jī)型制袋寬度提高到1500mm，送料膠輥慣量大幅增加炉抒，考慮到既能滿足精度和速度的要求又有較大的瞬間轉(zhuǎn)矩奢讨，送料系統(tǒng)改用伺服電機(jī)。由于用PLC開發(fā)周期較短而且抗干擾性焰薄、靈活性好拿诸，所以采用PLC+HMI作為控制系統(tǒng)。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)中英文操作畫面塞茅，滿足設(shè)備出口的要求亩码。

2 封切機(jī)機(jī)工藝

2.1 工藝結(jié)構(gòu)

封切機(jī)機(jī)由機(jī)身、上下切刀野瘦、變頻傳動機(jī)構(gòu)描沟、上下送料膠輥、伺服傳動機(jī)構(gòu)缅刽、放料架啊掏、放料直流電機(jī)、可調(diào)色標(biāo)檢測架衰猛、可移動操作箱迟蜜、電控箱等單元構(gòu)成，參見圖1圖片忧绊。

圖1封切機(jī)機(jī)側(cè)視外觀圖

2.2 封切機(jī)工藝過程

（1）空白定位運(yùn)行方式：忽略色標(biāo)信號略匕，送料長度為設(shè)置袋長，送料完成后剪切并計(jì)袋數(shù)基列，循環(huán)動作直至袋數(shù)達(dá)到設(shè)定值熟督，停機(jī)并延時(shí)至設(shè)置時(shí)間卿黍，以等待收料設(shè)備或操作人員收集袋料后，再次啟動并循環(huán)工作雨株。

（2）色標(biāo)定位運(yùn)行方式：送料長度為設(shè)置袋長见拴，在此期間的色標(biāo)信號忽略，繼續(xù)送出偏差長度的袋料贫迫，檢測色標(biāo)信號馒毙，定位于色標(biāo)信號，定位完成后剪切并計(jì)袋數(shù)手欣，循環(huán)動作直至袋數(shù)達(dá)到設(shè)定值疫壕，停機(jī)并延時(shí)至設(shè)置時(shí)間，等待收料設(shè)備或操作人員收集袋料后癞樊，再次啟動并循環(huán)工作秸谢。若誤檢次數(shù)達(dá)到默認(rèn)值，則停機(jī)并報(bào)警霹肝。

工作流程如圖2所示估蹄。

圖2 控制流程簡圖

3 FD1500型封切機(jī)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）切刀傳動系統(tǒng)。切刀傳動系統(tǒng)為交流變頻器拖動三相異步電機(jī)阿迈，由面板電位器調(diào)速元媚，PLC控制切刀啟動與停止。傳動軸上安裝2只霍爾開關(guān)苗沧，分別檢測切刀低位和送料/切刀高位刊棕。開關(guān)1：切刀低位信號，該信號為送料停止信號待逞。若送料時(shí)檢測到切刀低位信號則表示系統(tǒng)超速甥角，需報(bào)警并停機(jī)。開關(guān)2：收到切刀低位信號后的首次ON信號為送料信號识樱，是送料電機(jī)的啟動信號嗤无；第二次ON信號為切刀高位信號，是高位停機(jī)時(shí)的停機(jī)信號怜庸。

（2）送料傳動系統(tǒng)咸婿。送料傳動部分為交流伺服系統(tǒng)，采用同步帶1：2減速傳動谋扼。動力選用臺達(dá)中慣量2KW伺服電機(jī)棒嚼。具體型號：驅(qū)動器ASD-A2023M，電機(jī)ASMT20M250咐准。

（3）控制精度計(jì)算啃掠。通過以下計(jì)算得出單個(gè)脈沖對應(yīng)的送料長度，即為控制精度消李。

系統(tǒng)要求0.2mm定位精度键梆，現(xiàn)計(jì)算得出控制精度為0.0314mm蝉橘，因機(jī)械定位誤差不大于0.1mm，所以：定位精度+機(jī)械誤差=0.1314mm<0.2mm畦未，定位精度滿足制袋機(jī)系統(tǒng)要求润邑。

（4）最高脈沖輸出頻率計(jì)算。用戶要求最高送料速度為180m/min保铐，由此可計(jì)算得出系統(tǒng)所要求的脈沖輸出頻率矫评，以此為PLC選型的重要依據(jù)。

3.2 PLC與HMI選型

（1）輸入信號統(tǒng)計(jì)您旁。在色標(biāo)傳感器檢標(biāo)時(shí)，由于袋料上所印刷的色標(biāo)不同轴捎，故亮通（Light On）鹤盒、暗通(Dark On)均有可能。無論亮通或是暗通侦副，在檢測到色標(biāo)信號時(shí)都需要PLC作出中斷響應(yīng)侦锯，所以需要把色標(biāo)傳感器的Light On與Dark On都接入PLC。色標(biāo)信號：2點(diǎn)秦驯；低位信號：1點(diǎn)尺碰；高位/送料信號：1點(diǎn)，共4點(diǎn)DI信號译隘。

（2）輸出信號統(tǒng)計(jì)亲桥。脈沖輸出（Pulse+Sign）：2點(diǎn)（Y0，Y1）固耘；切刀動作：1點(diǎn)题篷；沖孔動作：1點(diǎn)；蜂鳴器：1點(diǎn)厅目；共5點(diǎn)DO信號木砾。

（3）其它功能⌒拚可輸出大于系統(tǒng)所要求頻率（95541pps）的脈沖瘸劳；2點(diǎn)外部中斷回應(yīng)。

基于以上考慮投沃，PLC選擇DVP-20EH00T妖恨。具體功能參數(shù)為：200Kpps脈沖輸出，8點(diǎn)外部中斷回應(yīng)鲸锻。同時(shí)與HMI通信可使用RS485連接匀象，抗干擾能力優(yōu)于一般的RS232通信方式。HMI選用臺達(dá)DOP-A57GSTD高性價(jià)比觸摸屏鸡捉，通過圖3可見觸摸屏操作更為直觀方便乏茶。大部分操作在HMI上進(jìn)行栗绝，從而可減少外部按鈕開關(guān)、指示燈的使用贱按，只保留急停按鈕等必要設(shè)備涕瘸。

機(jī)電一體化封切機(jī)電系統(tǒng)原理如圖4所示。

圖3 新舊機(jī)型HMI操作面板對比

圖4 系統(tǒng)原理簡圖

3.3 PLC程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)

主體程序使用邏輯順序控制哲泊，除此之外的編程重點(diǎn)如下：

（1）使用浮點(diǎn)運(yùn)算剩蟀。為減小計(jì)算誤差，如袋長脈沖數(shù)切威、偏差脈沖數(shù)等重要數(shù)據(jù)的計(jì)算育特，均使用浮點(diǎn)運(yùn)算。經(jīng)過驗(yàn)證先朦，計(jì)算誤差小于0.001mm缰冤。

（2）袋長脈沖送料使用DPLSR可調(diào)加減速脈沖輸出指令，反復(fù)修改并驗(yàn)證啟動頻率與加減速時(shí)間設(shè)置的合理性喳魏。完成袋長脈沖之后棉浸，使能色標(biāo)檢測，以忽略袋料中間部分的色標(biāo)誤檢刺彩。檢測到色標(biāo)時(shí)迷郑，響應(yīng)外部中斷，執(zhí)行中斷程序置位M1334以停止CH0脈沖輸出创倔∥撕Γ可設(shè)置亮通（Light On）中斷或是暗通（Dark On）中斷。精簡中斷程序的內(nèi)容却值，盡量減少中斷對掃描周期的影響澈嘱。

4 結(jié)束語

FD1500型制袋封切機(jī)的性能雖已達(dá)到最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)(在袋長為1000mm時(shí)，制袋速度：60個(gè)/分)匪笨，但PLC脈沖輸出頻率尚有較大余量可用收黔。使用標(biāo)準(zhǔn)100mm直徑膠輥時(shí)，可改變伺服電機(jī)電子齒輪比匙桦，在保證控制精度的前提下颊嘱，更進(jìn)一步加大PLC脈沖輸出頻率的余量。以上有利因素均為FD1500型制袋機(jī)提高加工速度奠定了良好的基礎(chǔ)阁陌。二次開發(fā)時(shí)腊拍，加大減速比至1：3，將突破伺服負(fù)載/電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量比過大這一限速瓶頸奖朴，最終提高生產(chǎn)效率呆淑。

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