摘 要 : 本文詳盡介紹了塑料封切機(jī)的工藝,，并依據(jù)封口機(jī)系統(tǒng)的要求結(jié)合臺(tái)達(dá)PLC /臺(tái)達(dá)伺服/臺(tái)達(dá)人機(jī)、產(chǎn)品的特色，提供客戶高附加值的解決方案,。
　　
關(guān)鍵詞 : PLC / 伺服 / 變頻器 / 人機(jī)界面 / 封切機(jī)
　　
　　
Abstract : The article will introduce the procee of 封口機(jī) system and describe the application of PLC （ Delta ES PLC ） to control the AC Servo Drives 、 HMI and AC motor drives by networking . Delta group provide the high productivity and high reliability system to our customer.
　　
Key Word : PLC / AC Servo Drives / AC Motor Drives / HMI
　　
1 引言
　　
　　【塑料封切機(jī)】是加工塑料包裝袋不可或缺的機(jī)械設(shè)備,；定位精度,、速度和穩(wěn)定性直接影響到所生產(chǎn)膠袋的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。為了提高設(shè)備的可靠性和提升設(shè)備的生產(chǎn)效率,，中達(dá)電通開(kāi)發(fā)了自動(dòng)控制封切機(jī)系統(tǒng),，以PLC、變頻器,、伺服,、人機(jī)界面，取代舊有復(fù)雜的“繼電—接觸器及剎車離合器等控制機(jī)構(gòu)”,，使客戶在原有的成本上,，得到更高的價(jià)值服務(wù)。該系統(tǒng)是中達(dá)電通又一個(gè)典型的系統(tǒng)整合成功應(yīng)用案例,，整個(gè)系統(tǒng)根據(jù)臺(tái)達(dá)產(chǎn)品在系統(tǒng)整合方面的特點(diǎn),采用臺(tái)達(dá)DVP- ES PLC,、臺(tái)達(dá)VFD-A變頻器,、臺(tái)達(dá)ASDA伺服驅(qū)動(dòng)器及臺(tái)達(dá)DOP-A人機(jī)界面；在保證工藝控制要求的情況下,，大大提高了系統(tǒng)效率（生產(chǎn)效率）,，同時(shí)亦為客戶降低了維護(hù)成本及采購(gòu)成本 （ One Stop Shop Order ），為用戶提供了高附加值的解決方案,。本系統(tǒng)主要效能包括：
　?。?） 效率提高
　　（2） 生產(chǎn)良品率提高
　?。?） 封切精度提高
　?。?） 方便調(diào)適
　　（5） 運(yùn)行平穩(wěn)
　?。?） 操作簡(jiǎn)便
　　
2. 工藝簡(jiǎn)介
　　
　　2.1. 工藝說(shuō)明:
　　主要工藝過(guò)程包括三大部份：送料,、封切、出料（成品）.
　　主要過(guò)程為封切動(dòng)作,主要有以下幾種情況: 白袋封切運(yùn)行,、色標(biāo)封切運(yùn)行與回切封切運(yùn)行,，主要工藝詳述如下:

（1） 白袋封切運(yùn)行工藝：
　　系統(tǒng)上電
　　·溫度控制設(shè)備會(huì)先調(diào)節(jié)封刀的溫度，使封刀的溫度達(dá)到設(shè)定的需要,手動(dòng)調(diào)整切刀的位置,達(dá)到封切長(zhǎng)度的需求,。
　　·調(diào)節(jié)變頻器使送料,、封切速度及出料的速度達(dá)到產(chǎn)量要求,一般情況由變品器速度決定封切速度,工藝中要求封切中變頻器單個(gè)運(yùn)行速度一定要大于伺服送料速度。
　　·調(diào)整送料直流電機(jī)速度,使送料速度與變頻器速度配合,通過(guò)直流電機(jī)的速度達(dá)到一定的張力控制,保持原料的平直.
　　
　　自動(dòng)運(yùn)行模式
　　·變頻器通過(guò)機(jī)械連桿裝置使送料,、出料,、封切的速度達(dá)到協(xié)調(diào)控制,送料與出料同步進(jìn)行。
　　·封切刀在主電機(jī)通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)裝置控制封切刀上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)
　　·封切完一個(gè)膠帶,，通過(guò)傳感器觸動(dòng)PLC對(duì)封切工作計(jì)數(shù)一次
　　·當(dāng)系統(tǒng)接到人機(jī)界面或控制盤上按下停止鍵,系統(tǒng)會(huì)立即停機(jī),封切刀會(huì)停止運(yùn)行回復(fù)到高位處,方便手動(dòng)排除故障,取出問(wèn)題的膠帶.
　　·在系統(tǒng)設(shè)定的批量生產(chǎn)個(gè)數(shù)將到達(dá)前,，系統(tǒng)會(huì)提示報(bào)警，到達(dá)批量生產(chǎn)個(gè)數(shù)系統(tǒng)將自動(dòng)停機(jī)并將計(jì)數(shù)值清為零,；待系統(tǒng)停機(jī)達(dá)到繼續(xù)運(yùn)行時(shí)間,，系統(tǒng)會(huì)繼續(xù)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)（不需按激活按鈕），從新開(kāi)始計(jì)數(shù),。
　　
　　手動(dòng)運(yùn)行模式
　　·手動(dòng)運(yùn)行工藝與自動(dòng)運(yùn)行工藝要求一樣,，唯一差別在于如果系統(tǒng)設(shè)定在手動(dòng)運(yùn)行模式,則當(dāng)批量個(gè)數(shù)到達(dá)后,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停機(jī),需要再次按下激活按鈕后,系統(tǒng)才會(huì)再次運(yùn)行。
　　
　?。?）色標(biāo)封切：
　　·色標(biāo)封切的工作原理與白袋運(yùn)行原理相似,，也是封切刀在低位時(shí)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)出料輥夾著塑料薄膜帶以系統(tǒng)設(shè)定的塑料袋長(zhǎng)度轉(zhuǎn)動(dòng)一次。
　　·色標(biāo)封切與白袋運(yùn)行的差異在于色標(biāo)封切時(shí),，會(huì)產(chǎn)生累積誤差,累積誤過(guò)大時(shí)會(huì)影響到塑料袋封切的品質(zhì),所以色標(biāo)封切到達(dá)一定的累積誤后,就要進(jìn)行停機(jī)及誤差俌正,。
　　·色標(biāo)封切 - 封切刀到達(dá)低位點(diǎn)時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)批量計(jì)數(shù)一次，同時(shí)每追到一次色標(biāo)信號(hào)時(shí)計(jì)數(shù)一次（當(dāng)沒(méi)追到色標(biāo)信號(hào)時(shí)，追色不計(jì)數(shù),，）批量的計(jì)數(shù)次數(shù)與色標(biāo)的計(jì)數(shù)次數(shù)的差值等于設(shè)定的追色誤差次數(shù)時(shí),，系統(tǒng)停機(jī)且報(bào)警。
　　·追色最理想的情況是使用色標(biāo)信號(hào)來(lái)控制封切及停機(jī),這樣可以做到封切沒(méi)有累計(jì)誤差,；由于封切機(jī)對(duì)精度要求0.5mm,，一方面強(qiáng)調(diào)速度，故可以根據(jù)客戶需求自行選擇.

（3） 回切功能:
　　·系統(tǒng)回切功能的目的是為了防止”在封切時(shí)由于溫度太高導(dǎo)致塑料袋溶化與輥輪相粘,造成下次送料在切刀處堆積”的缺失,。
　　·當(dāng)系統(tǒng)設(shè)定為回切功能開(kāi)始送料時(shí),伺服先會(huì)反轉(zhuǎn)回切設(shè)定的長(zhǎng)度距離后停止,然后再正轉(zhuǎn) ”回切長(zhǎng)度和設(shè)定袋長(zhǎng)距離之和”后停止,。
　　·回切運(yùn)行時(shí)，需在人機(jī)上設(shè)定的口袋長(zhǎng)度,采用回切會(huì)降低系統(tǒng)精度,所以使用過(guò)程中我們將回切速度開(kāi)放給客戶,以利客戶調(diào)整速度改善精度.
　　
　　2.2. 工藝規(guī)格要求
　　·10-900mm膠袋,，生產(chǎn)約140-60個(gè)/分鐘,。
　　·長(zhǎng)度誤差在0.5mm內(nèi)。
　　·膠袋封口處溫度線,，需結(jié)實(shí)耐拉,。
　　·既可定長(zhǎng)封切，又可追色封切并具有回切功能,。
　　·追色封切時(shí),，連續(xù)在設(shè)定誤差次數(shù)內(nèi)檢測(cè)不到色標(biāo)信號(hào)，要自動(dòng)停機(jī)報(bào)警,。
　　·要有預(yù)警功能（即生產(chǎn)快到設(shè)定批量時(shí),，要提示警報(bào)）。
　　·封切刀電機(jī)調(diào)速,，送料電機(jī)調(diào)速,，出料電機(jī)、伺服電機(jī)調(diào)速功能,。
　　·自動(dòng)/手動(dòng)模式運(yùn)行,具有手動(dòng)調(diào)試功能。
　　
　　
　　3系統(tǒng)簡(jiǎn)介
　　根據(jù)封切機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能要求,，將整個(gè)系統(tǒng)主要分為控制系統(tǒng),、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng),、變頻器調(diào)速系統(tǒng)四大部份,。
　　
　　PLC控制系統(tǒng)
　　控制系統(tǒng)采用臺(tái)達(dá)DVP ES系列的PLC作為主控核心，臺(tái)達(dá)DVP-14ESPLC 具有8個(gè)輸入點(diǎn)及6個(gè)輸出點(diǎn),，該P(yáng)LC主機(jī)自帶兩個(gè)串行通訊口,，一個(gè)為RS485通訊口另一個(gè)為RS232通訊口。
　　選用ES PLC的原因：
　　·在原有的成本基礎(chǔ)上,，提供高廠商產(chǎn)品的附加價(jià)值,。
　　·ES PLC 俱有的雙通訊口,可以運(yùn)用通訊的方式，簡(jiǎn)化系統(tǒng)程序以及配線,完成系統(tǒng)整合與控制。
　　·PLC對(duì)伺服的控制是以通訊的方式完成,，而不是由傳統(tǒng)的PLC發(fā)送脈沖的形式來(lái)控制伺服,；以通訊的方式對(duì)伺服位置、轉(zhuǎn)速,、,、等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定與控制,具有精確度高,成本低的特點(diǎn)。
　　·與臺(tái)達(dá)伺服,、人機(jī)界面．．等產(chǎn)品,，可透過(guò)通訊及內(nèi)部協(xié)議，更強(qiáng)化了工作效率,。
　　·臺(tái)達(dá)伺服特有的定位功能,是我們實(shí)現(xiàn)封切機(jī)單軸控制的關(guān)鍵,。臺(tái)達(dá)伺服編碼器10,000線以及伺服內(nèi)部自帶定位模塊的功能，使我們?cè)谕染鹊那闆r下,PLC的運(yùn)行速度能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它品牌PLC,；同時(shí)因?yàn)樗欧阌休斎隲輸出的靈活定義性能,，省去了PLC對(duì)的定位需求，也使開(kāi)發(fā)過(guò)程變得簡(jiǎn)單,、容易,。
　　
　　整個(gè)控制系統(tǒng)是以PLC的輸入輸出實(shí)現(xiàn)邏輯控制,通過(guò)通訊來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服的控制、人機(jī)命令的執(zhí)行及狀態(tài)的顯示,。

PLC 系統(tǒng)架構(gòu)圖

監(jiān)控系統(tǒng) —— 人機(jī)界面
　　臺(tái)達(dá)人機(jī)界面采用先進(jìn)Windows RTOS的技術(shù),，系統(tǒng)俱備多任務(wù)及實(shí)時(shí)性的功能，所以比傳統(tǒng)單工系統(tǒng)人機(jī)界面俱有速度快,、響應(yīng)快及穩(wěn)定性高等優(yōu)勢(shì),。
　　本系統(tǒng)使用臺(tái)達(dá)DOP-A系列5.7”單色人機(jī)界面，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作,、監(jiān)控制和參數(shù)的設(shè)置,，主要的工作包括：
　　·運(yùn)行模式選擇（手動(dòng)、自動(dòng)）
　　·控制功能（運(yùn)行,停止,寸動(dòng)前進(jìn),寸動(dòng)后退,清零,追色,補(bǔ)碼,回切功能選擇）
　　·參數(shù)的設(shè)置（封切速度,、批量,、停機(jī)時(shí)間、總數(shù),、切帶長(zhǎng)度,、封切速度、誤差次數(shù)）
　　·監(jiān)控及報(bào)警訊息
　　.人機(jī)界面操作方便,，故障,、報(bào)警信息簡(jiǎn)要明朗，通過(guò)人機(jī)界面可以大大方便操作員對(duì)塑料封切機(jī)的控制,提高生產(chǎn)效率,。
　伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
　　臺(tái)達(dá)ASDA系列伺服由低慣量100W到中慣量3KW產(chǎn)品齊全,，其功能除了傳統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)位置控制、速度控制及扭力控制外，更開(kāi)發(fā)了伺服驅(qū)動(dòng)的新技術(shù)—強(qiáng)健性控制,；所以ASDA系列伺服俱有響應(yīng)速度快,、低轉(zhuǎn)速具有高剛性而且非常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)等優(yōu)異的特性。
　　伺服系統(tǒng)是封切機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),，它的好壞直接影響到切袋的精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性,。本系統(tǒng)充分展現(xiàn)了臺(tái)達(dá)伺服系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì) – 【通訊能力及內(nèi)含NC控制器的功能】，PLC通過(guò)通訊的方式與ASDA伺服進(jìn)行控制,，達(dá)到高精度,、高速度的要求。
　　
　　變頻器調(diào)速系統(tǒng)
　　變頻器調(diào)速系統(tǒng)主要是對(duì)系統(tǒng)的送料速度,、封切速度,、出料速度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，使送料,、封切,、出料達(dá)到很好的協(xié)調(diào)工作。本系統(tǒng)由成本和操作人員的習(xí)慣考量,仍采用了旋鈕式的變頻器調(diào)速裝置,此方案俱侑有方便,、直觀的特點(diǎn),。
　　
　　其它輔助系統(tǒng)
　　系統(tǒng)其它輔助系統(tǒng)還包括溫度控制系統(tǒng)和氣動(dòng)打孔裝置。溫度控制系統(tǒng)采用了簡(jiǎn)易溫度控制調(diào)節(jié)系統(tǒng),，通過(guò)調(diào)節(jié)溫度盤的旋鈕,可以調(diào)節(jié)到用戶需要的恒定溫度,該系統(tǒng)具有方便調(diào)節(jié),、價(jià)格低廉、恒溫性好,、,、等特點(diǎn)。氣動(dòng)打孔裝置主要是對(duì)塑料包裝袋（有的食品包裝袋需要打孔）進(jìn)行打孔,，通過(guò)安裝在輪軸上的位置傳感器,，當(dāng)輪軸轉(zhuǎn)到設(shè)定的位置后，信號(hào)會(huì)觸發(fā)氣閥打開(kāi),，完成打孔的動(dòng)作,。
　　
　　4． 操作與調(diào)試
　　機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，需要滿足:
　　·（主）變頻器頻率工作在60Hz時(shí),，切刀與封刀來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)達(dá)140次/分鐘。
　　·在滿足伺服電機(jī)的實(shí)際連續(xù)運(yùn)行轉(zhuǎn)速要小于或等于其額定轉(zhuǎn)速及其它特性的要求下,，伺服機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比及出料輥的外徑的合理設(shè)計(jì)是滿足工藝要求（1）的關(guān)鍵,。
　　
　　伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用同步帶傳動(dòng)，伺服編碼器脈沖數(shù)為2500P/R,，故其本身誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.5mm,，引起定位誤差較大的真正原因是由于伺服電機(jī)起停不夠平滑，或者由于送料端的送料速度小于出料輥的出料速度，造成出料輥與塑料薄膜之間的相對(duì)滑動(dòng),；故需要根據(jù)伺服電機(jī)的起停速度調(diào)整合適的加減速時(shí)間,，調(diào)整送料變頻器頻率使其送料速度要大于出料輥的出料速度，調(diào)整結(jié)果要以出料輥與塑料薄膜之間不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)為準(zhǔn),。
　　
　　溫控器的設(shè)定溫度一般設(shè)定在200℃左右,，根據(jù)主電機(jī)的轉(zhuǎn)速高低適當(dāng)微調(diào)溫控器的設(shè)定溫度 （以膠袋封口處結(jié)實(shí)耐拉為合格的標(biāo)準(zhǔn)）。需注意當(dāng)主電機(jī)轉(zhuǎn)速較快時(shí),，封刀上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)快,，封口時(shí)間短，若封刀溫度偏低,，會(huì)導(dǎo)致膠袋封口處不牢,；當(dāng)主電機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，封口時(shí)間長(zhǎng),，若封刀溫度偏高,，會(huì)導(dǎo)致膠袋封口處燙穿。
　　
　　PLC程序根據(jù)伺服機(jī)構(gòu)的機(jī)械傳動(dòng)比,、伺服驅(qū)動(dòng)器的電子齒輪比,、伺服電機(jī)編碼器的線數(shù)以及出料輥的周長(zhǎng)，可計(jì)算出伺服驅(qū)動(dòng)器接收一定數(shù)量的脈沖時(shí),，伺服電機(jī)就驅(qū)動(dòng)出料輥轉(zhuǎn)動(dòng)帶出一定長(zhǎng)度的膠袋｀,。如此即可實(shí)現(xiàn)定長(zhǎng)控制。
　　
　　色標(biāo)封切時(shí),，PLC若在設(shè)定批量?jī)?nèi)檢測(cè)不到時(shí)色標(biāo)累計(jì)達(dá)到設(shè)定的保護(hù)值,，PLC需停止各電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并提示報(bào)警,。
　　當(dāng)回切功能運(yùn)行開(kāi)時(shí),需確認(rèn)設(shè)定回切長(zhǎng)度是否工作正常及切袋是否準(zhǔn)確完善,。
　　外接旋鈕調(diào)位器可對(duì)主電機(jī)、送料電機(jī),、出料電機(jī)進(jìn)行調(diào)速,；人機(jī)界面上伺服速度的設(shè)定值可對(duì)伺服調(diào)速。
　　
　　系統(tǒng)包括:自動(dòng)運(yùn)行模式,、手動(dòng)運(yùn)行模式及手動(dòng)調(diào)試模式,；自動(dòng)/手動(dòng)運(yùn)行模式為生產(chǎn)操作模式，手動(dòng)調(diào)試模式在調(diào)機(jī)或維修時(shí)使用,。
　　
　　5． 本系統(tǒng)使用以下產(chǎn)品
　?。?）臺(tái)達(dá)ES系列 PLC （ DVP-14ES）
　　（2）臺(tái)達(dá)A Type變頻器 （ VFD007A23A /VFD004A23A ）
　?。?）臺(tái)達(dá)ASDA系列伺服
　?。?）臺(tái)達(dá)DOP-A人機(jī)界面
　?。?）SICK公司KT5-2 色標(biāo)感應(yīng)器
　　（7）溫度控制盤
　?。?）氣動(dòng)打孔裝置
　　
　　6．總結(jié)
　　提供客戶【穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)集成方案】是中達(dá)電通經(jīng)營(yíng)的宗旨,，此次【塑料封切機(jī)】項(xiàng)目，中達(dá)電通結(jié)合了臺(tái)達(dá)PLC,、臺(tái)達(dá)變頻器,、臺(tái)達(dá)伺服和臺(tái)達(dá)人機(jī)界面..等自身產(chǎn)品，為客戶開(kāi)發(fā)了一套穩(wěn)定可靠的系統(tǒng),，不但滿足了客戶工藝的要求,，更提高了客戶設(shè)備的可靠性和提升了客戶設(shè)備的工作效率，再次證明中達(dá)電通為提供客戶【穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)集成方案】的精神努力不懈,。
　　
　　參考文獻(xiàn) :
　　中達(dá)電通 臺(tái)達(dá) PLC 手冊(cè)
　　中達(dá)電通 臺(tái)達(dá) 伺服 手冊(cè)
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　　中達(dá)電通 臺(tái)達(dá) 變頻器 手冊(cè)