基于PLC卷紙包裝機控制系統(tǒng)設(shè)計

樂偉偉+蔡志濤

（鹽城生物工程高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 江蘇鹽城 224000）

摘要：可編程控制器（PLC）作為控制系統(tǒng)的核心裝置，功能強大、性能穩(wěn)定可靠，在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。本文詳細闡述了集PLC技術(shù)，變頻器技術(shù)，光電感應(yīng)技術(shù)，通信技術(shù)于一體的先進控制技術(shù)在包裝機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，為相關(guān)工業(yè)設(shè)計提供了理論參考。

關(guān)鍵詞：PLC控制；卷紙包裝機；生產(chǎn)工藝；系統(tǒng)總體設(shè)計

1卷紙包裝機工作原理

卷紙包裝機主要功能是將來自卷紙庫的卷紙以每分鐘60個的速率包裝成合格的衛(wèi)生卷筒紙。簡單的工藝流程如圖1所示。

包裝紙以卷筒的形式放在原料架上，當(dāng)上位機發(fā)出命令時，放卷電機動作，開始放卷。放卷到一定長度（長度由色標(biāo)來檢測）時，通過色標(biāo)信號向切紙機構(gòu)發(fā)出指令。切紙機構(gòu)采用交流變頻調(diào)速電機，帶動一個凸輪旋轉(zhuǎn)，以帶動切斷刀上下運動，在凸輪上安裝一個位置傳感器，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)到某一位置時，切刀向上運動，二刀分離，當(dāng)有色標(biāo)信號時，刀又向下運動。切刀上、下的工作頻率可由變頻調(diào)速電機來調(diào)整，操作簡便。切好的紙片經(jīng)整理后放入紙片庫中，等待推紙空心臺送紙片。同時卷紙庫的卷紙經(jīng)過整理等待托盤推桿送卷紙球。

包裝過程通過包裝工藝盤及其輔助機構(gòu)來實現(xiàn)。包裝工藝盤共有八個V形槽，三個加工工位，當(dāng)包裝紙和待包裝的卷筒紙放入槽中后，由工藝盤載著其轉(zhuǎn)動，依次送入各加工工位。工藝盤的轉(zhuǎn)動是由交流電機通過皮帶傳動帶動的，各加工工位的動作是通過順序邏輯控制電磁閥進而帶動執(zhí)行機構(gòu)動作的。工件從1號工位裝入；在2號工位由夾鉗機構(gòu)完成前進，抓緊，旋轉(zhuǎn)，窩邊的動作，同時分別向托盤和推紙空心臺發(fā)出送紙球和送紙片信號；在3號工位，包裝好的產(chǎn)品由于重力作用落入成品庫。

由于這是一個典型的順序控制，利用移位寄存器操作最為方便。設(shè)定一個8位移位寄存器，每位移位寄存器相應(yīng)于一個V形槽，每120ms移位一次，控制相應(yīng)的操作。當(dāng)?shù)?號工位時發(fā)出上料信號，推紙空心臺推動紙片（其總的上升時間大于490ms小于640ms），托盤推動紙球（其總的上升時間略小于640ms）同時以相同的速度前進，當(dāng)工藝盤V形槽到達第一工位時，工藝盤停止，在此延時150ms，待放紙空心臺壓到紙片到位行程開關(guān)，停止，托盤壓到托盤到位行程開關(guān)，托盤停止，完成了上料操作，當(dāng)延時到，托盤和放紙空心臺后退，同時，插紙板前進，托住紙球與工藝盤一同運動。當(dāng)?shù)竭_2號工位時，工藝盤停止，延時250ms，同時發(fā)出上料信號，在此時段內(nèi)，插紙板在工藝盤停止后也相繼停止，但由于慣性，會使包裝紙帶著紙球旋轉(zhuǎn)一個較小的角度，使包裝紙能完全包住紙球，然后再后退，同時夾鉗機構(gòu)軸向運動，碰到限位開關(guān)時，軸向運動停止，而三個夾桿同時徑向運動，抓緊包裝紙的兩端，當(dāng)碰到抓緊限位開關(guān)時，夾鉗機構(gòu)軸旋轉(zhuǎn)90度后繼續(xù)向前移動，進行窩邊。窩邊到位，該機構(gòu)就后退。到達3號工位時，成品落下，完成一次包裝，這樣如此循環(huán)，直到發(fā)出停止信號。包裝一個衛(wèi)生卷紙只需880ms，可為什么在1分鐘內(nèi)卻只能包60個，這里還有個PLC掃描周期的問題，本包裝程序中PLC掃描周期為120 ms。

2可編程控制系統(tǒng)控制方案的設(shè)計

整個控制系統(tǒng)以西門子57-300系列PLC作為基礎(chǔ)，其掃描速度在其他工業(yè)控制系統(tǒng)中處于領(lǐng)先地位，每1000條指令約需0.3 ms。通過材料，機械，電氣的綜合考慮，我們的設(shè)計達到了預(yù)期目標(biāo)，且在實驗室也調(diào)試成功。 利用PLC可以構(gòu)成多種控制系統(tǒng)：單機控制系統(tǒng)，集中控制系統(tǒng)，分散型控制系統(tǒng)和遠程I/0控制系統(tǒng)。由于卷紙包裝機控制對象較多，有放卷分切中的張力控制，包裝過程控制，送料過程中的同步控制，且被控對象比較集中，因此我們采取集中控制系統(tǒng)方案。集中控制系統(tǒng)中，每個被控制對象與可編程控制器指定I/0相連接，因此各被控對象之間的數(shù)據(jù)、狀態(tài)的變換不需要另外設(shè)置專門的信號線路。該控制系統(tǒng)多用于控制對象所處的地理位置比較接近，且相互之間的動作有一定聯(lián)系的場合。單主機控制方式，對主機要求較高，危險相對集中。遠程I/0控制系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)比較獨特，類似于集中控制系統(tǒng)，又具有分散型控制系統(tǒng)的特點，經(jīng)常用于控制規(guī)模中等，控制對象比較分散、工程費用較低的場合。

PLC作為一種控制設(shè)備，用它單獨構(gòu)成一個控制系統(tǒng)是有局限性的，主要是無法進行復(fù)雜運算，無法顯示各種實時圖形和保存大量歷史數(shù)據(jù)，也不能顯示漢字和打印漢字報表，沒有良好的界面。這些不足，我們選用上位機來彌補。上位機完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的存貯、處理與輸出，以圖形或表格形式對現(xiàn)場進行動態(tài)模擬顯示、分析限值或報警信息，驅(qū)動打印機實時打印各種圖表。

為提高PLC及系統(tǒng)的抗干擾能力，在硬件配置與安裝上，交流電源使用雙層隔離，輸入信號光電隔離，遠離強電布線，模擬量信號和脈沖信號采用屏蔽線傳遞，采用放射性一點接地等措施，消除或減弱共模和瞬變干擾。在軟件設(shè)計和編程上，加上一些抗干擾模塊。

3結(jié)束語

本文分析了卷紙包裝機工藝流程和包裝各動作的時序及包裝機速度的影響因素及提高方法，設(shè)計了包裝機控制系統(tǒng)的控制方案、運行方式及硬件的選擇和組態(tài)，并介紹了組態(tài)的各模塊，為相關(guān)工程設(shè)計提供了理論參考。

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