口罩熔接機(jī)PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)與分析

曾俊福 林胤

摘要：口罩熔接機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量與醫(yī)用口罩的生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量密切相關(guān)。基于此，針對(duì)口罩熔接機(jī)PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)需求，從控制系統(tǒng)構(gòu)成、自動(dòng)控制工藝流程、系統(tǒng)程序編制等方面，闡述了口罩熔接機(jī)PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)過程，以期為口罩熔接機(jī)的自動(dòng)化管理提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：口罩熔接機(jī);PLC控制系統(tǒng);自動(dòng)化

0 引言

在口罩生產(chǎn)中，口罩熔接機(jī)具有重要作用。傳統(tǒng)的人工控制、管理模式，已經(jīng)不能滿足熔接機(jī)的生產(chǎn)需求。PLC作為一種具有典型自動(dòng)化控制特征的管理工具，在控制產(chǎn)品質(zhì)量、減輕人員工作壓力等方面具有一定優(yōu)勢(shì)。因此，開發(fā)口罩熔接機(jī)的PLC控制系統(tǒng)具有重要意義。

1 口罩熔接機(jī)PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)需求

1.1? ? 自動(dòng)化控制需求

口罩熔接機(jī)借助PLC控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)熔接機(jī)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制，使其由人工控制模式向自動(dòng)化控制模式轉(zhuǎn)變。

1.2? ? 安全控制需求

口罩熔接機(jī)的運(yùn)行安全性直接關(guān)系到口罩的生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量以及工作人員的人身安全等。因此，在開發(fā)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)注意考慮口罩熔接機(jī)的安全控制需求，即確?？刂葡到y(tǒng)具有安全防護(hù)、故障識(shí)別功能。

2 口罩熔接機(jī)PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)

2.1? ? 全自動(dòng)口罩折疊機(jī)主要結(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理

全自動(dòng)口罩折疊機(jī)是口罩生產(chǎn)中最常見的設(shè)備之一[1]。本文以快裕達(dá)高速口罩折疊機(jī)為例，通過研究其主要結(jié)構(gòu)，探討其運(yùn)行原理。從快裕達(dá)高速口罩折疊機(jī)結(jié)構(gòu)來看，其主要構(gòu)成包括：（1）工作臺(tái)，是熔接口罩耳帶等操作的臺(tái)面基礎(chǔ)。（2）主動(dòng)放料裝置，是實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)口罩生產(chǎn)的關(guān)鍵裝置。該折疊機(jī)運(yùn)行后，主動(dòng)放料裝置可根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀況，及時(shí)地將無紡布、熔噴布等醫(yī)用口罩生產(chǎn)原料傳輸至工作臺(tái)及其他相關(guān)裝置中，以實(shí)現(xiàn)醫(yī)用口罩的自動(dòng)、高效生產(chǎn)。在口罩實(shí)際生產(chǎn)中，無紡布、熔噴布等原料及其熔接質(zhì)量與醫(yī)用口罩的質(zhì)量密切相關(guān)[2]。（3）鼻線安裝裝置，可實(shí)現(xiàn)醫(yī)用口罩鼻線的合理安裝。（4）耳帶安裝裝置，該全自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備共包含兩個(gè)耳帶安裝裝置，即第一、第二耳帶安裝裝置。（5）熔接裝置，用于將耳帶等需要與口罩本體熔接的部件熔接于初步成型的罩體表面。

全自動(dòng)口罩折疊機(jī)的運(yùn)行原理：主動(dòng)放料裝置針對(duì)多個(gè)布料進(jìn)行放卷處理后，將其傳輸至鼻線安裝裝置中，由鼻線放料機(jī)構(gòu)對(duì)鼻線料帶進(jìn)行進(jìn)一步放卷處理，此時(shí)，由鼻線切斷機(jī)按照固定長度將料帶切割為長度相等的口罩鼻線，并經(jīng)推送機(jī)構(gòu)將其推入多層布料間。在第一拉料輪作用下，將布料送入熔接機(jī)內(nèi)，熔接機(jī)中的熔接輪直接將多層布料（無紡布、熔噴布等）經(jīng)超聲波技術(shù)焊接為一個(gè)整體，兩個(gè)耳帶安裝裝置與熔接機(jī)共同動(dòng)作，在熔接機(jī)的超聲波技術(shù)支持下，將兩個(gè)耳帶焊接于罩體表面。隨后，由罩體對(duì)折裝置對(duì)布料進(jìn)行對(duì)折處理，成型焊接裝置則針對(duì)罩體表面形成的折痕進(jìn)行超聲波焊接，由成品切斷裝置切割、分離已經(jīng)成型的醫(yī)用口罩，將其轉(zhuǎn)入出料輪向外輸出。整個(gè)口罩生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢料則由拉廢料結(jié)構(gòu)自動(dòng)輸出、處理。

2.2? ? PLC控制系統(tǒng)構(gòu)成

口罩的防護(hù)效能是人們的關(guān)注重點(diǎn)之一[3]?？谡秩劢幼鳛橛绊戓t(yī)用口罩質(zhì)量的主要因素，其重要性不言而喻。在熔接機(jī)的運(yùn)行管理中引入PLC控制系統(tǒng)，能有效保障熔接機(jī)的正常運(yùn)行。根據(jù)熔接機(jī)的運(yùn)行原理及特征，PLC控制系統(tǒng)的構(gòu)成包括：（1）電機(jī)，PLC控制系統(tǒng)的主電機(jī)采用安川伺服電機(jī)，可以保障整個(gè)熔接機(jī)PLC控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。電機(jī)的控制方法選擇位置控制法。在PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下，PLC可自動(dòng)向該電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器發(fā)送控制信號(hào)（信號(hào)反映旋轉(zhuǎn)方向信息及脈沖信息）。（2）CPU，考慮到熔接機(jī)運(yùn)行控制工作的要求，選定CPU266作為PLC控制系統(tǒng)的核心。（3）擴(kuò)展模塊，為保障PLC控制系統(tǒng)的性能，在系統(tǒng)擴(kuò)展模塊部分，選擇EM235模塊作為系統(tǒng)的主要構(gòu)成。

2.3? ? 基于PLC的口罩熔接自動(dòng)控制工藝流程

運(yùn)用PLC自動(dòng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)口罩熔接機(jī)自動(dòng)控制的工藝流程為：隨著傳送帶的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)主機(jī)各執(zhí)行部件迅速動(dòng)作，當(dāng)口罩耳帶被耳帶熔接氣缸完全壓?。ü潭ǎ┖?，熔接機(jī)通過超聲波技術(shù)針對(duì)耳帶及罩體進(jìn)行熔接，促使二者充分粘合，同時(shí)，氣缸的下壓固定動(dòng)作被中斷，促使耳帶熔接氣缸適當(dāng)上抬。此時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)控制熔接機(jī)中的左右回轉(zhuǎn)氣缸帶動(dòng)耳帶旋轉(zhuǎn)，為下次耳帶熔接操作打好基礎(chǔ)。在該控制模式下，口罩壓固氣缸的動(dòng)作主要受傳送帶影響。當(dāng)傳送帶處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，氣缸迅速伸出，下壓固定罩體后，迅速收縮，在水平氣缸作用下，準(zhǔn)確將罩體推至下一個(gè)托盤，并針對(duì)另一個(gè)罩體進(jìn)行下壓固定，即進(jìn)入另一個(gè)口罩耳帶熔接生產(chǎn)周期。

2.4? ? PLC程序編制

根據(jù)熔接機(jī)的運(yùn)行原理，可按照自動(dòng)控制原則進(jìn)行PLC程序編制。主要操作對(duì)應(yīng)代碼如下：耳帶熔接到位對(duì)應(yīng)代碼為I0.3;第一、第二耳帶回轉(zhuǎn)到位對(duì)應(yīng)代碼分別為I0.5、I0.6;罩體下壓固定到位對(duì)應(yīng)代碼為I1.5;罩體傳輸至夾具前到位對(duì)應(yīng)代碼為I1.3;耳帶退料向下對(duì)應(yīng)代碼為Q2.2;耳帶熔接切斷到位對(duì)應(yīng)代碼為I2.0。

2.5? ? 功能調(diào)試

作為PLC系統(tǒng)的主傳動(dòng)部件，伺服電機(jī)的功能直接影響自動(dòng)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。伺服電機(jī)單元構(gòu)成的影響因素及運(yùn)行要求如表1所示。在調(diào)試伺服電機(jī)期間，如通過運(yùn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn)，電機(jī)未達(dá)到理想運(yùn)行狀態(tài)，可借助手動(dòng)調(diào)整方法，改善其性能。具體調(diào)試流程為：合理確定電機(jī)的慣量比參數(shù)，據(jù)此確定適宜的速度環(huán)增益值、位置環(huán)增益值以及速度環(huán)的時(shí)間積分參數(shù)。調(diào)試期間，根據(jù)電機(jī)超調(diào)狀況、靈敏度等，合理變更時(shí)間參數(shù)、增益值等，直至電機(jī)各項(xiàng)性能均達(dá)到最佳狀態(tài)為止。

2.6? ? 應(yīng)用效果分析

運(yùn)行口罩熔接機(jī)PLC控制系統(tǒng)后，其應(yīng)用效果如下：（1）口罩生產(chǎn)方面，在PLC系統(tǒng)控制下，該熔接機(jī)的口罩生產(chǎn)速度達(dá)到110個(gè)/min，為該熔接機(jī)的耳帶自動(dòng)焊接、高效生產(chǎn)提供良好的支持。（2）安全運(yùn)行方面，運(yùn)行口罩熔接機(jī)PLC控制系統(tǒng)后，該設(shè)備連續(xù)運(yùn)行90天內(nèi)，口罩生產(chǎn)速度較為穩(wěn)定，無設(shè)備故障發(fā)生，表明PLC控制系統(tǒng)的引入可實(shí)現(xiàn)口罩生產(chǎn)的自動(dòng)化控制、安全控制目標(biāo)。

3 結(jié)語

綜上所述，加強(qiáng)口罩熔接機(jī)PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用具有重要意義。為提升口罩生產(chǎn)效率及質(zhì)量，可根據(jù)熔接機(jī)的運(yùn)行特征及控制管理要求，合理設(shè)計(jì)開發(fā)PLC控制系統(tǒng)，借助PLC控制系統(tǒng)的良好控制作用，保障熔接機(jī)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

[參考文獻(xiàn)]

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[2] 陶永亮，陳曦，向科軍.聚丙烯材料在醫(yī)用口罩中的應(yīng)用[J].橡塑技術(shù)與裝備，2020，46（8）：33-36.

[3] 郎濤.醫(yī)用口罩防護(hù)效能研究及使用現(xiàn)狀分析[J].中國衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)管理，2015，6（5）：263-264.

收稿日期：2020-07-06

作者簡(jiǎn)介：曾俊福（1978—），男，廣東揭西人，工程師，主要從事項(xiàng)目研發(fā)工作。