基于PLC的三伺服枕式包装机控制系统的设计

1、基于PLC的三伺服枕式包装机控制系统的设计第26卷第4期Vo1.26NO.4湖北工业大学JournalofHubeiUniversityofTechnology2021年O8月Aug.2021文章编号10034684(2021)04005103基于PLC的三伺服枕式包装机控制系统的设计龚发云,朱小芹(湖北工业大学机械工拄学院,湖北武汉430068)摘要研究了三伺服枕式包装机的控制系统,以可编程序控制器(PLC)作为控制核心,配合伺服系统,人机界面,光电检测等先进技术,控制三轴实现同步运转.该包装机包装速度快,精度高,能有效提高包装质量和生产效率,满足现代商品多样化的需求,具有实际应用价值.关键

2、词可编程序控制器;三伺服;枕式包装;控制系统;同步中图分类号TP273文献标识码:A随着市场经济的开展和人民生活水平的提高,市场上需要有各种相应的包装设备以满足人们的消费需求,因此,包装机的功能和生产效率都有待提高.三伺服枕式包装机是一种能自动完成制袋,填充,封口,切断,成品排除等工序的包装设备,主要应用于食品,化工,医药等行业.适应的包装物一般为块状,筒状规那么物品和无规那么异形物品.采用PLC控制技术,能有效提高生产率,且包装功能齐备,包装范围大,适应市场需求.1工作过程卷状薄膜经送膜辊,由制袋成型器卷成筒状,并产生封接边,送料装置的推杆将包装物推人筒状薄膜内,牵引辊将薄膜夹紧向前推送,至

3、纵封装置时,对纵缝进行封合,薄膜继续向前供送时,整理带将装有包装物的筒状薄膜整理整齐,经过横封横切部位时,横封横切装置完成横封与切断工序,实现块状包装物料的枕型袋包装,最后由成品输出机构输出1.三个伺服电机分别控制膜,料,刀三个传动轴,用三台伺服驱动器分别驱动三台伺服电机,可以分别对三轴的运动进行调节,并实现三轴的配合.包装机的送膜和送料同步,由色标传感器,接近开关分别检测送膜和送料的位置.为使横切刀准确地切到色标位置处,需检测切点信号,实时调速.包装机的工作循环见图1.2控制系统的组成控制系统包括可编程序控制器(PLC),执行元件(伺服电机,气缸),操作面板(触摸屏,按钮开关,指示灯和蜂鸣器

4、),检测元件(光电开关,接近开关,传感器和旋转编码器等)等几局部.主要硬件选型:伺服系统,Lenze(内置PLC);触摸屏,UG221HSR4(彩);光电开关,TL46-WL(三色);温度控制器,E5CZ-Q2;旋转编码器,增量式E6B2一CWZ6C.1一包装膜;2一送膜轴位置检测;3一拉膜牵引轴;纵封轴;4送料轴;5一送料传送链;6一包装物料;7一整理带;8一横封轴位置检测;9一包装成品;lO一送料轴位置检测;11一横封横切轴图1包装机的工作循环图2.1PLC具有可靠连锁控制特点,自动循环扫描各个输入和输出点的当前状态,并根据梯形图程序所确定的逻辑关系更新输出点的状态,通过控制伺服电机收稿日

5、期20210316作者简介龚发云(1964一),男,湖北武汉人,湖北工业大学教授,研究方向为包装机械52湖北工业大学2021年第4期运动和气缸动作,完成从膜,料输送到产品输出全过程的自动控制.可实现包装机快速与精准的传动定位(如横切,电子凸轮和纠偏等);以及精确的过程控制(如温度,压力等PID调节).2.2伺服系统伺服系统稳定性好,响应快,闭环控制,精度高.交流伺服电动机运行平稳,在额定转速以内,输出额定转矩;在额定转速以上,恒功率输出.伺服驱动系统自带编码器,实时反应位置信号,位置控制精度高.2.3触摸屏采用人机界面作为操作界面,进行各种参数设置,状态显示等,完成操作人员与PLC之间的通讯对

6、话.通过触摸屏对各种参数进行设置,以菜单形式显示功能切换,数据输入,运行状态等.运用EV5000软件进行各画面设计,包括功能选择画面,数据显示画面,参数设置画面等,主要操作画面见图2,3.图2运行界面图3工作模式选择界面2.4光电开关检测包装膜上的色标,对色标进行跟踪定位,精确地追踪到切点的位置,使横封刀能在色标处准确进行,保证包装成品商标图案完整.封切精度±0.2mm.2.5温度控制器集成了四路PID进行封口的温度控制,根据包装膜的品种及包装速度的快慢选择适当设置温度,当温度未到达设定值时,继续加热,包装机不启动;当温度到达设定值时,停止加热,继续工作,直到低于设定值时,再进行加热

7、.温度控制精度±3.C.温度的控制精度直接影响到封口质量,决定着包装质量的优劣.3控制原理传统的包装机通过复杂的机械传动机构,实现各动作执行部件的同步运转,体积庞大,维修困难,包装速度慢.采用PLC控制伺服的方案,当包装参数发生变化时,只需简单调整控制软件,调整简单迅速,控制灵活,定位精度提高.控制系统框图见图4,PLC负责各种控制信号的转化及伺服驱动器的控制,最终控制各执行机构的协调运动,伺服系统内部的编码器对速度以及位置等信息进行反应,将数据传送回PLC,PIC再将数据传输至显示屏,显示屏主要对运动状态进行显示,这样在运行的时候就可以实时检测到当前的运转速度,包装产品的数量等.触

8、摸屏PLC伺服系统图4控制系统框图三伺服枕式包装机控制系统的重点,是送膜,送料,横封横切三轴的位置和速度的同步控制以及电子凸轮运动的实现.位置同步,即横封刀能准确地切到薄膜的色标处.速度同步,即横封切断时横封刀的水平速度,应与此时的送膜速度与送料速度相等.送膜采用速度控制方式,通过色标传感器和编码器分频信号检测膜的色标位置.送料用速度控制方式,通过接近开关和伺服驱动器的编码器分频信号检测推杆位置,进行位置控制.横封横切采用电子凸轮同步控制方式,通过接近开关和设定的横封刀每转的脉冲数进行位置检测.PLC发送脉冲到伺服系统,伺服驱动器根据PLC发送的脉冲频率控制伺服电机的转速,脉冲数对应电子凸轮角

9、度.同时PLC还要检测和比拟色标和封切点的位置信号,判断封切点的位置正常,超前或滞后,确定超前或滞后量,控制脉冲频率修正转速,使切刀切到色标处,实现精准的位置控制.三轴同步协调运动的控制框图见图5.横封横切轴的伺服电机在不同相位对应着不同脉冲频率,可实现横封横切的变速功能,即包括同步区速度和非同步区速度.横封辊旋转一周的时间,包括封切时间T,空转时间T.横封辊旋转一周的长度C与输送一个包装袋长L(即两色标之第26卷第4期龚发云等基于PLC的三伺服枕式包装机控制系统的设计53间的距离)相等.又横封辊同步区速度与生产能力即包装速度相等即V=V,所以在非同步区,需加减速运动,使横封辊旋转一周的时间为

10、一个生产周期丁.可得C=V1T1+V2T2一L=VT.横封辊运动轨迹见图6,计算非同步区的转速.设定横封辊直径为D(横封辊转一圈进行一次封切).点M为同步起点,点N为同步终点,点T为封切点,横封辊同步区转动角度为a,圆周行程为Da/360,非同步区为,圆周行程为Dp/360.匕l传动装置lr一纵封速度信号非同步速度JJ同步速度图5三轴同步协调运动的控制框图图6横封辊运动轨迹图第一种情况,封切点在色标位置时,横封辊旋转一周的时间与输送一个包装袋长(即两色标之间的距离)的时问相等,都等于生产周期丁.可得兀Da/3607rD/3/360LVI2.将a+一360,V一V代入上式可得1,nD(360一a

11、)一360L-nDa第二种情况,由于薄膜的张力变化等一些因素的影响,会使送膜速度与封切速度不同步,使色标与封切点位置产生偏差,需及时校正,对下一个即将送人的袋长做出相应的补偿,补偿长度为S.横封辊旋转一周的时间等于输送一个包装袋长的时间.可得nDa/360.nDp/360L+S.,将a+|9360,V一V代入上式可得一等在非同步区对速度做相应的加减速调整,就可使封切刀准确地切到色标位置处,保证精准的位置控制.4结论三伺服枕式包装机采用以光电检测技术,传感技术,可编程控制技术(PLC)和伺服系统为一体的控制系统,具有结构简单,稳定可靠,包装范围广,效率高,通用性好,自动化程度高等特点,能满足市场

12、的需要,有利于包装行业的开展.参考文献1蔡伟.欧姆龙伺服控制器在多伺服枕式包装机中的应用EJ3.自动化博览,2021(4):8688.2I张利平,曹巨江.自动包装机模块化控制系统的研究J.包装与食品机械,2006(8):1315.3郭丽霞,李秉玉.PIC在小型立式自动包装机控制系统中的应用J.武汉船舶职业技术学院,2007(3):3436.4张聪,崔海荣,连续自动制袋充填包装机的模块化设计及其控制系统的研究J.包装与食品机械,2002(6):13.(下转第57页)第26卷第4期赵芸芸等压铸模型芯针冷却控制装置的开发与应用57DevelopmentandApplicationofCorePinC

13、oolingControllerinHeavyandComplexDieCastingMoldsZHAOYunyun,DONGJun-gang,WANLi.(1SchoolofMechanical&ElectricalEngin.,WuhanInstituteofTech.,Wuhan430073,China;2StateKeyLaboratoryofMaterialsProcessingandDie&MoldTech.,HuazhongUniv.ofSci.andTech.,Wuhan430074,China)Abstract:Moldtemperatureh

14、assignifiCantimpactondiespanlifeandcastingdefects.Itmustbeoneoftheparameterscontrolledbyusers.Inordertosolvesuchproblemsasnoneffectivelycontrolled,hightemperatureandshortlifeforfinecorepin,thecorepinternperaturecontrolequipmentbasedoncyclecoolingwaterwithhighpressurehavebeendevelopedinthispaper.Thed

15、evelopedapparatusownsseveralfunctionsincludingwatertemperaturecontrollingautomatically,watercoolingcombinedwithaircoolingetc.Thetestresultsshowedthatshrinkageporosityadjacenttocorepinsectionwereeliminatedbycoolingwaterandpinlifewasprolongedtoo.Keywords:diecasting,diecastingmold,cooling,corepin责任编校:张

16、培炼(上接第53页)TheDesignofThreeServoPillowPackingMachineControlSystemBasedonPLCGONGFayun,ZHUXiaoqin(SchoolofMechanicalEngineering,HubeiUniversityofTechnology,Wuhan430068,China)Abstract:Thispaperstudiesthepillowpackingmachineforthreeservocontrolsystembasedonprogrammablelogiccontroller(PLC)asthecontrolcorewiththeservosystem,manmachineinterface,opticaldetectionandotheradvancedtechnology,controlthreeaxissynchronous