基于台达PLC的制袋封切机控制系统设计

    1 引言

　　项目原型基于小型制袋封切机开发外销出口型新机。原制袋宽度为600-1000mm。由于该机型送料胶辊惯量较小，送料电机采用130步进电机经过减速可实现传动，使用单片机进行位置控制。新机型制袋宽度提高到1500mm，送料胶辊惯量大幅增加，考虑到既能满足精度和速度的要求又有较大的瞬间转矩，送料系统改用伺服电机。由于用PLC开发周期较短而且抗干扰性、灵活性好，所以采用PLC+HMI作为控制系统。同时可实现中英文操作画面，满足设备出口的要求。

    2 封切机机工艺

    2.1工艺结构

    封切机机由机身、上下切刀、变频传动机构、上下送料胶辊、伺服传动机构、放料架、放料直流电机、可调色标检测架、可移动操作箱、电控箱等单元构成。

    2.2封切机工艺过程

　　（1）空白定位运行方式：忽略色标信号，送料长度为设置袋长，送料完成后剪切并计袋数，循环动作直至袋数达到设定值，停机并延时至设置时间，以等待收料设备或操作人员收集袋料后，再次启动并循环工作。

　　（2）色标定位运行方式：送料长度为设置袋长，在此期间的色标信号忽略，继续送出偏差长度的袋料，检测色标信号，定位于色标信号，定位完成后剪切并计袋数，循环动作直至袋数达到设定值，停机并延时至设置时间，等待收料设备或操作人员收集袋料后，再次启动并循环工作。若误检次数达到默认值，则停机并报警。

    工作流程如图1所示。    

图1控制流程简图

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    3 FD1500型封切机机电系统设计

    3.1传动系统设计

　　（1）切刀传动系统。切刀传动系统为交流变频器拖动三相异步电机，由面板电位器调速，PLC控制切刀启动与停止。传动轴上安装2只霍尔开关，分别检测切刀低位和送料/切刀高位。开关1：切刀低位信号，该信号为送料停止信号。若送料时检测到切刀低位信号则表示系统超速，需报警并停机。开关2：收到切刀低位信号后的首次ON信号为送料信号，是送料电机的启动信号；第二次ON信号为切刀高位信号，是高位停机时的停机信号。

　　（2）送料传动系统。送料传动部分为交流伺服系统，采用同步带1：2减速传动。动力选用台达中惯量2KW伺服电机。具体型号：驱动器ASD-A2023M，电机ASMT20M250。

　　 (3)控制精度计算。通过以下计算得出单个脉冲对应的送料长度，即为控制精度。     

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    系统要求0.2mm定位精度，现计算得出控制精度为0.0314mm，因机械定位误差不大于0.1mm，所以：定位精度+机械误差=0.1314mm<0.2mm，定位精度满足制袋机系统要求。

    （4）最高脉冲输出频率计算。用户要求最高送料速度为180m/min，由此可计算得出系统所要求的脉冲输出频率，以此为PLC选型的重要依据。    

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    3.2PLC与HMI选型

    （1）输入信号统计。在色标传感器检标时，由于袋料上所印刷的色标不同，故亮通（LightOn）、暗通(DarkOn)均有可能。无论亮通或是暗通，在检测到色标信号时都需要PLC作出中断响应，所以需要把色标传感器的LightOn与DarkOn都接入PLC。色标信号：2点；低位信号：1点；高位/送料信号：1点，共4点DI信号。

    （2）输出信号统计。脉冲输出（Pulse+Sign）：2点（Y0，Y1）；切刀动作：1点；冲孔动作：1点；蜂鸣器：1点；共5点DO信号。

    （3）其它功能。可输出大于系统所要求频率（95541pps）的脉冲；2点外部中断回应。

    基于以上考虑，PLC选择DVP-20EH00T。具体功能参数为：200Kpps脉冲输出，8点外部中断回应。同时与HMI通信可使用RS485连接，抗干扰能力优于一般的RS232通信方式。HMI选用台达DOP-A57GSTD高性价比触摸屏，通过图3可见触摸屏操作更为直观方便。大部分操作在HMI上进行，从而可减少外部按钮开关、指示灯的使用，只保留急停按钮等必要设备。

    机电一体化封切机电系统原理如图2所示。    

图2新旧机型HMI操作面板对比

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    3.3PLC程序设计要点

    主体程序使用逻辑顺序控制，除此之外的编程重点如下：

    （1）使用浮点运算。为减小计算误差，如袋长脉冲数、偏差脉冲数等重要数据的计算，均使用浮点运算。经过验证，计算误差小于0.001mm。

    （2）袋长脉冲送料使用DPLSR可调加减速脉冲输出指令，反复修改并验证启动频率与加减速时间设置的合理性。完成袋长脉冲之后，使能色标检测，以忽略袋料中间部分的色标误检。检测到色标时，响应外部中断，执行中断程序置位M1334以停止CH0脉冲输出。可设置亮通（LightOn）中断或是暗通（DarkOn）中断。精简中断程序的内容，尽量减少中断对扫描周期的影响。

    4 结束语
　　FD1500型制袋封切机的性能虽已达到最初的设计目标(在袋长为1000mm时，制袋速度：60个/分)，但PLC脉冲输出频率尚有较大余量可用。使用标准100mm直径胶辊时，可改变伺服电机电子齿轮比，在保证控制精度的前提下，更进一步加大PLC脉冲输出频率的余量。以上有利因素均为FD1500型制袋机提高加工速度奠定了良好的基础。二次开发时，加大减速比至1：3，将突破伺服负载/电机转子惯量比过大这一限速瓶颈，最终提高生产效率。