纸纱复合制袋机的整体控制方案

纸纱复合制袋机的整体控制方案

0纸纱复合制袋机现有的控制系统包装机是一种通用的软包装配机。在重包装领域,制袋机能加工的主要包装袋型有塑料编织袋、多层纸袋、纸塑复合袋3种。塑料编织袋和纸塑复合袋虽能保证高强度的使用要求,但塑编材料带来的白色污染成为世界各国普遍面临的难题;多层纸袋虽符合绿色环保的特点,但其强度低,易破损,防潮性能差,并且在制造过程中消耗大量木材,不符合绿色可持续发展战略,将逐渐被高强度且环保的其他包装所替代。目前研发出的新型纸纱复合制袋机生产纬纱连续、环绕无中缝的纸纱复合包装袋。纸纱复合袋具有高强度、抗老化、防潮、耐高温、码垛不滑包、环保等特性,成为符合国内外环保和工艺要求的新一代包装产品。但纸纱复合制袋机现有的控制系统暴露出很多问题,如经纬纱密度不均匀,设备调整的工作量和原材料的损耗量大,袋长和纬纱密度精度达不到生产工艺要求,甚至出现切刀动作丢失、乱刀、切不断等现象,造成废品率高,带来很大的浪费,而且操作步骤复杂,操作过程中控制装置的关键部件的运行状态未做到同步监视,实时性、可靠性大大降低。本文设计开发的控制系统,紧密结合新型环保纸纱复合制袋机的系统结构和工艺要求,综合运用人机界面组态软件WinCCFlexible、触摸屏、西门子S7—200PLC、西门子MM440变频器、编码器、色标传感器等器件,突出实时性和可靠性,保证纸纱复合袋生产的工艺要求。1纸袋的制作纸纱复合制袋机主要构件包括经纱布纱机构、纬纱布纱机构、纸袋成型机构、印色机构、加压机构、牵引机构、切刀及小芯胎等,如图1所示。纸纱制袋机将来自牛皮纸卷的内层纸折叠成矩形纸筒并在袋长牵引机构的牵引下运动,经纱来自经线布线架上的布线器,再通过上胶槽完成纸筒的上胶和布线;然后布好经线的纸筒穿过由2个盘形线架构成的纬线布线机构的心部,2个盘形线架互反转动,把纬线均匀的缠绕在走过的纸筒圆周上,外层纸包裹在绕好线的纸筒上,依次通过5级定型辊挤压使纸筒内外层及经纬线粘接在一起,再经过扎微孔机构扎微孔纸袋完成放气;最后通过小芯胎折边机构将纸袋两侧折成M形,经定型机构定型后,由切刀切断成所需要的长度并下线。制袋主要控制参数:袋长误差在±3mm之内;纬纱密度30～60根/100mm;胶槽温度控制范围为25～80℃,误差为±3℃;剪切纸袋长度的不合格率控制在0.2%以内。当小芯胎错位时,牵引电机和纬纱电机应立即停止。纸纱复合制袋机在加减速运行过程中,系统都应可靠稳定地工作,确保纸袋各项参数都在要求的范围内。2管理系统的设计2.1制袋机自动控制系统本控制系统是以西门子S7—200PLC,西门子MM440变频器为核心平滑调速和速比匹配及基于组态软件WinCCflexible人机界面实时显示与控制的制袋机自动控制系统。系统控制结构如图2所示。该系统由人机界面、S7—200PLC、西门子MM440变频器、开关元件、继电器和传感器等器件组成。系统以PLC为控制中心,通过人机界面设定上下胶槽温度、袋长、袋速等参数,传送给PLC并经PLC运算后,再传送给变频器对袋长牵引电机和纬纱电机进行变频调速控制。2.2普通三色经营气袋的自动定位优势系统选用施克SICK/STEGMANN增量型编码器DRS61实时采集袋长牵引过程中的走纸长度,可达分辨率1～8192线之间的任意脉冲,实心轴最大运行速度可达6000r/min,完全可满足制袋机电机1500r/min的要求。根据设定袋长换算出每袋脉冲,确定下刀时间,实现任意定长裁切。为了保证袋长准确,选用高速计数器配合旋转编码器监视输出的脉冲,保证切刀准确动作。为实现定位裁切,选用施克SICKKT1M—P1色标传感器,响应时间20μs,三色发光二极管技术适用于纸纱袋色标的特点,具有自学习可记忆功能,在150mm内光斑大小可控制在直径0.3mm之内。选用电平下降沿跳变触发切刀动作实现色标纸纱袋的生产。2.3纸袋控制系统流程系统所有的控制指令发送和设备运行状态监视都在人机界面上实现。选用西门子MP370工业触摸屏,基于组态软件WinCCFlexible编程与S7—200PLC进行数据交互。首先,由触摸屏设定袋长、袋速、纬纱密度、胶槽温度和提刀时间。然后,用户通过触摸屏上的电机启停,空压机启停,各压辊加压等按钮启动制袋机生产,系统由人机界面将指令发送至PLC,再通过变频器给出主电机牵引纸袋的速度和纬纱电机绕线的转速。在人机界面上用户可以选择编码器或色标实现定长或定位裁切。2种工作方式可以根据纸袋工艺的要求任意在线切换。控制系统流程图如图3所示。系统中纬纱盘转动、纸袋走行、压辊加压、切刀动作等关键部件的运动状态都实时在触摸屏上显示,增强了操作的友好性。3纸袋过程能力指数ls本系统运行10个月,从未出现过切刀动作丢失、乱刀、切不断现象。对袋长指标,将验收抽样方法、过程能力分析方法有机结合起来进行严格检验。实验表明:指标优于设计要求。仅以2010年4月6日下午记录的数据进行分析。纸袋工况:袋速10m/min,设定袋长930mm,数据抽取参考休哈特(ShewhartWA)的“合理子组原则”,每生产10条纸袋抽取1条,共40条纸袋,测得袋长,部分袋长如表1所示。由表1可得,标准差s=0.911,均值m=929.9。纸袋过程能力指数Cp=USL−LSL6s=1.097,(1)Cp=USL-LSL6s=1.097,(1)式中USL为规范上限(930+3)mm;LSL为规范下限(930-3)mm;USL-LSL为公差,其值为6mm。实际过程能力指数Cpk=min(USL−m3s,m−LSL3s)=min(1.126,1.069)=1.069.(2)Cpk=min(USL-m3s,m-LSL3s)=min(1.126,1.069)=1.069.(2)由于过程能力指数Cp和实际过程能力指数Cpk均大于1,表明剪切纸袋长度的不合格率控制在0.1%以内,优于要求的指标。4色标袋的剪切试验本文设计的自动控制系统能够自动连续地完成上纸、布纱、上胶、控温、折边、翻边、剪切,剪切后的成品纸袋自动下机。能够准确剪切600～1200mm范围内设置的任意袋长。对无色标袋和各种图案的色标袋均能按设定长度准确剪切,能储存多种基本袋长,可以根据具体情况实现随时更改袋速、袋长、纬密等参数并使执行机构平滑过渡。能预置袋子的工件数,并实现自动记录完成工件数。能够自动检测故障并能在异常情况下紧急停机。结果表明:切袋长度不