基于PLC控制的煙條盒外兩長側(cè)邊美容電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：設(shè)計(jì)了一套煙條盒外兩長側(cè)邊美容電控系統(tǒng)，依托于TwinCAT 3軟件，采用氣缸加伺服電機(jī)控制加熱板移動(dòng)，從而對煙條盒外兩長側(cè)邊進(jìn)行美容。

關(guān)鍵詞：PLC；TwinCAT 3；煙條美容

中圖分類號：TP29；TS43" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）03-0057-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.03.015

1" " 背景介紹

ZB416型硬盒硬條包裝機(jī)組是由上海煙草機(jī)械有限責(zé)任公司制造的硬盒硬條卷煙包裝機(jī)組，其最高產(chǎn)量為600包/min（或60條/min）。ZB416型硬盒硬條包裝機(jī)組在設(shè)計(jì)理念上更加迎合市場需求，除了包裝速度提升外，在產(chǎn)品質(zhì)量、效率、靈活性、降低生產(chǎn)成本、維修保養(yǎng)等方面都很有特色。隨著目前各大煙廠對煙支規(guī)格、煙包規(guī)格的不斷推陳出新，我公司生產(chǎn)的產(chǎn)品型號和個(gè)性化裝置也逐步增多。目前ZB416型硬盒硬條包裝機(jī)組標(biāo)配功能中，煙條盒外加熱美容只有上下兩長寬面和兩個(gè)短側(cè)邊的熱封美容。為滿足煙廠需求，設(shè)計(jì)了一套煙條盒外兩長側(cè)邊美容裝置。

2" " 電氣控制系統(tǒng)介紹

電控系統(tǒng)組成示意圖如圖1所示。

本電控系統(tǒng)是由控制單元、檢測傳感器以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)三個(gè)部分組成。

1）控制機(jī)構(gòu)：選擇依靠原有ZB416自帶的倍福PLC、IO模塊、固態(tài)繼電器、電磁閥以及伺服驅(qū)動(dòng)器組成控制機(jī)構(gòu)。

2）檢測機(jī)構(gòu)：選用熱電偶傳感器來檢測加熱器溫度，選用接近開關(guān)作為電機(jī)的尋零傳感器，選用光電開關(guān)檢測煙條存在。

3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：選用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)1號加熱板進(jìn)行煙條一側(cè)長側(cè)邊美容，選用氣缸驅(qū)動(dòng)2號加熱板進(jìn)行煙條另一側(cè)長側(cè)邊美容。

煙條盒外兩長側(cè)邊美容裝置安裝位置如圖2所示。

3" " 電控系統(tǒng)軟件控制流程

首先初始狀態(tài)：32Y4216A不通電，氣缸不動(dòng)作，2號加熱板縮回遠(yuǎn)離煙條。伺服電機(jī)32M992位置不動(dòng)，1號及2號加熱器均不加熱。

HMI顯示屏上有打開1號及2號加熱器功能選擇軟開關(guān)，操作人員將開關(guān)選擇到ON狀態(tài)時(shí)，固態(tài)繼電器開始供電，1號及2號加熱器升溫。若熱電偶312B101或32B102檢測加熱器溫度未達(dá)到HMI屏幕上設(shè)定溫度值，則會(huì)報(bào)警停車。

當(dāng)按下復(fù)位按鈕，驅(qū)動(dòng)器上使能，伺服電機(jī)32M992收到尋零請求，伺服電機(jī)32M992運(yùn)動(dòng)，當(dāng)尋零傳感器32S6001在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有感應(yīng)到伺服電機(jī)32M992動(dòng)作時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)尋零超時(shí)報(bào)警。當(dāng)尋零傳感器32S6001在規(guī)定時(shí)間內(nèi)感應(yīng)到電機(jī)動(dòng)作時(shí)，伺服電機(jī)32M992將會(huì)運(yùn)行到等待位置。

當(dāng)機(jī)器啟動(dòng)時(shí)，32Y4216A通電，氣缸伸出，2號加熱板靠近煙條并與煙條提升器導(dǎo)板保持平行狀態(tài)（該位置由機(jī)械裝配人員進(jìn)行位置調(diào)整）。伺服電機(jī)32M992帶動(dòng)1號加熱板運(yùn)動(dòng)到工作位置，此時(shí)1號加熱板與煙條提升器導(dǎo)板保持平行。當(dāng)32B6002煙條檢測傳感器檢測到煙條時(shí)，等機(jī)器運(yùn)行到煙條提升停止相位，伺服電機(jī)32M992帶動(dòng)1號加熱板運(yùn)行到加熱位置，對煙條盒外兩長側(cè)邊進(jìn)行加熱美容，該加熱位置可根據(jù)實(shí)際情況通過修改HMI顯示屏上的加熱位置參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。經(jīng)過HMI顯示屏上設(shè)置的加熱板停留時(shí)間后，伺服電機(jī)32M992帶動(dòng)1號加熱板退回到工作位置。

當(dāng)機(jī)器停止運(yùn)行時(shí)，32Y4216A不通電，氣缸不動(dòng)作，2號加熱板縮回遠(yuǎn)離煙條。伺服電機(jī)32M992帶動(dòng)1號加熱板運(yùn)行到等待位置。

伺服電機(jī)32M992運(yùn)動(dòng)是間歇且有確定位置的運(yùn)動(dòng)，采用TwinCAT 3軟件[1]中MC_MoveAbsolute功能塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。這是一個(gè)用于絕對位置運(yùn)動(dòng)控制的功能塊，它允許軸以特定的速度、加速度和減速度移動(dòng)到一個(gè)預(yù)設(shè)的絕對位置。因此，需要計(jì)算出伺服電機(jī)實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度，并轉(zhuǎn)換成脈沖量提供給伺服驅(qū)動(dòng)器，控制伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)到設(shè)定位置。

具體電氣控制流程圖如圖3所示。

4" " 伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)角度計(jì)算

煙條盒外兩長側(cè)邊美容裝置機(jī)構(gòu)簡圖如圖4所示。伺服電機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，會(huì)通過連桿帶動(dòng)連接在滑塊上的1號加熱板在水平方向上運(yùn)動(dòng)。

伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)的位置示意圖如圖5～7所示，其中圖5為等待位置，圖6為工作位置，圖7為加熱位置。圖5～7中a、b是連桿長度，為定值。伺服電機(jī)尋零之后會(huì)運(yùn)動(dòng)到等待位置，這是個(gè)固定位置，即圖5中c長度可以測量。當(dāng)機(jī)器啟動(dòng)時(shí)，伺服電機(jī)會(huì)帶動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng)到工作位置，確保此時(shí)加熱板與煙條提升器兩側(cè)導(dǎo)軌保持平行，該位置是確定位置，即圖6中d長度可測量。當(dāng)機(jī)器運(yùn)動(dòng)到煙條加熱相位時(shí)，伺服電機(jī)會(huì)帶動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng)到加熱位置，該位置由HMI顯示屏設(shè)定參數(shù)決定，即圖7中e長度是根據(jù)實(shí)際熱封情況可調(diào)節(jié)的。

伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度與脈沖之間的關(guān)系是脈沖控制模式。

根據(jù)余弦定理，可算得角度：

α=arccos

β=arccos

γ=arccos

由此可得伺服電機(jī)由等待位置旋轉(zhuǎn)到工作位置的旋轉(zhuǎn)角度為（α-β），由工作位置旋轉(zhuǎn)到加熱位置的旋轉(zhuǎn)角度為（β-γ）。

有公式如下：

P=

式中：P為脈沖數(shù)，即PLC發(fā)送給伺服驅(qū)動(dòng)器的脈沖總數(shù)；A為旋轉(zhuǎn)角度，即伺服電機(jī)輸出端旋轉(zhuǎn)角度；R為編碼器分辨率，即伺服電機(jī)轉(zhuǎn)一圈所需的脈沖數(shù)；G為減速比。

編碼器分辨率和減速比已知，伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度也通過計(jì)算得出，由此可得伺服電機(jī)由等待位置旋轉(zhuǎn)到工作位置以及由工作位置旋轉(zhuǎn)到加熱位置時(shí)，PLC需要發(fā)送給伺服驅(qū)動(dòng)器的脈沖總數(shù)。將所得的脈沖總數(shù)賦值到MC_MoveAbsolute功能塊的Position參數(shù)，即可控制伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)到相應(yīng)位置。

根據(jù)控制流程圖以及實(shí)際計(jì)算得出的伺服電機(jī)控制脈沖總數(shù)，利用TwinCAT 3軟件，使用ST語言進(jìn)行煙條盒外兩長側(cè)邊美容裝置邏輯程序的編程，并嵌入ZB416機(jī)組程序。

5" " 結(jié)束語

該設(shè)計(jì)方案補(bǔ)足了ZB416型硬盒硬條包裝機(jī)組煙盒條外透明紙六面美容功能，能夠給煙廠客戶提供選擇空間，迎合了市場需求。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 韓彬.基于TwinCAT 3控制系統(tǒng)的YB518型小盒透明紙包裝機(jī)運(yùn)行速度的控制分析[J].電子產(chǎn)品世界，2023，30（12）：56-59.

收稿日期：2024-10-15

作者簡介：謝濤（1996—），男，江蘇揚(yáng)中人，助理工程師，從事電氣設(shè)計(jì)工作。