1、摘要 : 本文詳盡介紹了塑料封切機(jī)的工藝，并依據(jù)封口機(jī)系統(tǒng)的要求結(jié)合臺達(dá)PLC /臺達(dá)伺服/臺達(dá)人機(jī)、產(chǎn)品的特色，提供客戶高附加值的解決方案。 關(guān)鍵 : PLC / 伺服 / 變頻器 / 人機(jī)界面 / 封切機(jī) 1 引言 【塑料封切機(jī)】是加工塑料包裝袋不可或缺的機(jī)械設(shè)備；定位精度、速度和穩(wěn)定性直接影響到所生產(chǎn)膠袋的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。為了提高設(shè)備的可靠性和提升設(shè)備的生產(chǎn)效率，中達(dá)電通開發(fā)了自動控制封切機(jī)系統(tǒng)，以PLC、變頻器、伺服、人機(jī)界面，取代舊有復(fù)雜的“繼電接觸器及剎車離合器等控制機(jī)構(gòu)”，使客戶在原有的成本上，得到更高的價值服務(wù)。該系統(tǒng)是中達(dá)電通又一個典型的系統(tǒng)整合成功應(yīng)用案例，整個系統(tǒng)根據(jù)臺達(dá)

2、產(chǎn)品在系統(tǒng)整合方面的特點(diǎn),采用臺達(dá)DVP-ES PLC、臺達(dá)VFD-A變頻器、臺達(dá)ASDA伺服驅(qū)動器及臺達(dá)DOP-A人機(jī)界面；在保證工藝控制要求的情況下，大大提高了系統(tǒng)效率(生產(chǎn)效率)，同時亦為客戶降低了維護(hù)成本及采購成本 ( One Stop Shop Order )，為用戶提供了高附加值的解決方案。本系統(tǒng)主要效能包括：（1） 效率提高（2） 生產(chǎn)良品率提高（3） 封切精度提高（4） 方便調(diào)適（5） 運(yùn)行平穩(wěn) （6） 操作簡便2. 工藝簡介 2.1. 工藝說明: 主要工藝過程包括三大部份：送料、封切、出料(成品). 主要過程為封切動作,主要有以下幾種情況: 白袋封切運(yùn)行、色標(biāo)封切運(yùn)行與回切封

3、切運(yùn)行，主要工藝詳述如下:1. 白袋封切運(yùn)行工藝： 2. 系統(tǒng)上電 3. 溫度控制設(shè)備會先調(diào)節(jié)封刀的溫度，使封刀的溫度達(dá)到設(shè)定的需要,手動調(diào)整切刀的位置,達(dá)到封切長度的需求。 4. 調(diào)節(jié)變頻器使送料、封切速度及出料的速度達(dá)到產(chǎn)量要求,一般情況由變品器速度決定封切速度,工藝中要求封切中變頻器單個運(yùn)行速度一定要大于伺服送料速度。 5. 調(diào)整送料直流電機(jī)速度,使送料速度與變頻器速度配合,通過直流電機(jī)的速度達(dá)到一定的張力控制,保持原料的平直. 6. 自動運(yùn)行模式 變頻器通過機(jī)械連桿裝置使送料、出料、封切的速度達(dá)到協(xié)調(diào)控制,送料與出料同步進(jìn)行。 封切刀在主電機(jī)通過機(jī)械傳動裝置控制封切刀上下往復(fù)運(yùn)動 封切

4、完一個膠帶，通過傳感器觸動PLC對封切工作計數(shù)一次 當(dāng)系統(tǒng)接到人機(jī)界面或控制盤上按下停止鍵,系統(tǒng)會立即停機(jī),封切刀會停止運(yùn)行回復(fù)到高位處,方便手動排除故障,取出問題的膠帶. 在系統(tǒng)設(shè)定的批量生產(chǎn)個數(shù)將到達(dá)前，系統(tǒng)會提示報警，到達(dá)批量生產(chǎn)個數(shù)系統(tǒng)將自動停機(jī)并將計數(shù)值清為零；待系統(tǒng)停機(jī)達(dá)到繼續(xù)運(yùn)行時間，系統(tǒng)會繼續(xù)自動運(yùn)轉(zhuǎn)(不需按激活按鈕)，從新開始計數(shù)。 手動運(yùn)行模式 手動運(yùn)行工藝與自動運(yùn)行工藝要求一樣，唯一差別在于如果系統(tǒng)設(shè)定在手動運(yùn)行模式,則當(dāng)批量個數(shù)到達(dá)后,系統(tǒng)會自動停機(jī),需要再次按下激活按鈕后,系統(tǒng)才會再次運(yùn)行。 (2)色標(biāo)封切： 1. 色標(biāo)封切的工作原理與白袋運(yùn)行原理相似，也是封切刀在低

5、位時伺服電機(jī)驅(qū)動出料輥夾著塑料薄膜帶以系統(tǒng)設(shè)定的塑料袋長度轉(zhuǎn)動一次。 2. 色標(biāo)封切與白袋運(yùn)行的差異在于色標(biāo)封切時，會產(chǎn)生累積誤差,累積誤過大時會影響到塑料袋封切的品質(zhì),所以色標(biāo)封切到達(dá)一定的累積誤后,就要進(jìn)行停機(jī)及誤差俌正。 3. 色標(biāo)封切 - 封切刀到達(dá)低位點(diǎn)時,系統(tǒng)會自動對批量計數(shù)一次，同時每追到一次色標(biāo)信號時計數(shù)一次(當(dāng)沒追到色標(biāo)信號時，追色不計數(shù)，)批量的計數(shù)次數(shù)與色標(biāo)的計數(shù)次數(shù)的差值等于設(shè)定的追色誤差次數(shù)時，系統(tǒng)停機(jī)且報警。 4. 追色最理想的情況是使用色標(biāo)信號來控制封切及停機(jī),這樣可以做到封切沒有累計誤差；由于封切機(jī)對精度要求0.5mm，一方面強(qiáng)調(diào)速度，故可以根據(jù)客戶需求自行選擇

6、. (3) 回切功能: 1. 系統(tǒng)回切功能的目的是為了防止”在封切時由于溫度太高導(dǎo)致塑料袋溶化與輥輪相粘,造成下次送料在切刀處堆積”的缺失。 2. 當(dāng)系統(tǒng)設(shè)定為回切功能開始送料時,伺服先會反轉(zhuǎn)回切設(shè)定的長度距離后停止,然后再正轉(zhuǎn) ”回切長度和設(shè)定袋長距離之和”后停止。 3. 回切運(yùn)行時，需在人機(jī)上設(shè)定的口袋長度,采用回切會降低系統(tǒng)精度,所以使用過程中我們將回切速度開放給客戶,以利客戶調(diào)整速度改善精度. 2.2. 工藝規(guī)格要求 1. 10-900mm膠袋，生產(chǎn)約140-60個/分鐘。 2. 長度誤差在0.5mm內(nèi)。 3. 膠袋封口處溫度線，需結(jié)實(shí)耐拉。 4. 既可定長封切，又可追色封切并具有回切

7、功能。 5. 追色封切時，連續(xù)在設(shè)定誤差次數(shù)內(nèi)檢測不到色標(biāo)信號，要自動停機(jī)報警。 6. 要有預(yù)警功能（即生產(chǎn)快到設(shè)定批量時，要提示警報）。 7. 封切刀電機(jī)調(diào)速，送料電機(jī)調(diào)速，出料電機(jī)、伺服電機(jī)調(diào)速功能。 8. 自動/手動模式運(yùn)行,具有手動調(diào)試功能。 3系統(tǒng)簡介 根據(jù)封切機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能要求，將整個系統(tǒng)主要分為控制系統(tǒng)、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、變頻器調(diào)速系統(tǒng)四大部份。 1. PLC控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)采用臺達(dá)DVP ES系列的PLC作為主控核心，臺達(dá)DVP-14ESPLC 具有8個輸入點(diǎn)及6個輸出點(diǎn)，該P(yáng)LC主機(jī)自帶兩個串行通訊口，一個為RS485通訊口另一個為RS232通訊口。 選用ES P

8、LC的原因： 1. 1. 在原有的成本基礎(chǔ)上，提供高廠商產(chǎn)品的附加價值。 2. ES PLC 俱有的雙通訊口,可以運(yùn)用通訊的方式，簡化系統(tǒng)程序以及配線,完成系統(tǒng)整合與控制。 3. PLC對伺服的控制是以通訊的方式完成，而不是由傳統(tǒng)的PLC發(fā)送脈沖的形式來控制伺服；以通訊的方式對伺服位置、轉(zhuǎn)速、等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定與控制,具有精確度高,成本低的特點(diǎn)。 4. 與臺達(dá)伺服、人機(jī)界面等產(chǎn)品，可透過通訊及內(nèi)部協(xié)議，更強(qiáng)化了工作效率。 5. 臺達(dá)伺服特有的定位功能,是我們實(shí)現(xiàn)封切機(jī)單軸控制的關(guān)鍵。臺達(dá)伺服編碼器10,000線以及伺服內(nèi)部自帶定位模塊的功能，使我們在同等精度的情況下,PLC的運(yùn)行速度能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它

9、品牌PLC；同時因?yàn)樗欧阌休斎胼敵龅撵`活定義性能，省去了PLC對的定位需求，也使開發(fā)過程變得簡單、容易。 整個控制系統(tǒng)是以PLC的輸入輸出實(shí)現(xiàn)邏輯控制,通過通訊來實(shí)現(xiàn)對伺服的控制、人機(jī)命令的執(zhí)行及狀態(tài)的顯示。 PLC 系統(tǒng)架構(gòu)圖 輸入地址 名稱 輸出地址 名稱 X0 補(bǔ)碼 (STOP COUNTING ) Y1 蜂鳴器 X1 色標(biāo)傳感器 Y2 變頻器激活 X2 高位傳感器 Y3 伺服內(nèi)部寄存器指令選擇 X3 低位傳感器 Y4 停止伺服 X4 激活 Y5 激活伺服 X5 停機(jī) X6 伺服目標(biāo)位置到達(dá) PLC I/O點(diǎn)規(guī)劃表 監(jiān)控系統(tǒng) - 人機(jī)界面 臺達(dá)人機(jī)界面采用先進(jìn)Windows RTOS的

10、技術(shù)，系統(tǒng)俱備多任務(wù)及實(shí)時性的功能，所以比傳統(tǒng)單工系統(tǒng)人機(jī)界面俱有速度快、響應(yīng)快及穩(wěn)定性高等優(yōu)勢。 本系統(tǒng)使用臺達(dá)DOP-A系列5.7”單色人機(jī)界面，對系統(tǒng)進(jìn)行操作、監(jiān)控制和參數(shù)的設(shè)置，主要的工作包括： 1. 運(yùn)行模式選擇(手動、自動) 2. 控制功能(運(yùn)行,停止,寸動前進(jìn),寸動后退,清零,追色,補(bǔ)碼,回切功能選擇) 3. 參數(shù)的設(shè)置(封切速度、批量、停機(jī)時間、總數(shù)、切帶長度、封切速度、誤差次數(shù)) 4. 監(jiān)控及報警訊息 人機(jī)界面操作方便，故障、報警信息簡要明朗，通過人機(jī)界面可以大大方便操作員對塑料封切機(jī)的控制,提高生產(chǎn)效率。人機(jī)主要畫面參考如下: 伺服驅(qū)動系統(tǒng) 臺達(dá)ASDA系列伺服由低慣量10

11、0W到中慣量3KW產(chǎn)品齊全，其功能除了傳統(tǒng)伺服驅(qū)動位置控制、速度控制及扭力控制外，更開發(fā)了伺服驅(qū)動的新技術(shù)強(qiáng)健性控制；所以ASDA系列伺服俱有響應(yīng)速度快、低轉(zhuǎn)速具有高剛性而且非常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)等優(yōu)異的特性。 伺服系統(tǒng)是封切機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的好壞直接影響到切袋的精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本系統(tǒng)充分展現(xiàn)了臺達(dá)伺服系統(tǒng)的優(yōu)勢 【通訊能力及內(nèi)含NC控制器的功能】，PLC通過通訊的方式與ASDA伺服進(jìn)行控制，達(dá)到高精度、高速度的要求。 變頻器調(diào)速系統(tǒng) 變頻器調(diào)速系統(tǒng)主要是對系統(tǒng)的送料速度、封切速度、出料速度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，使送料、封切、出料達(dá)到很好的協(xié)調(diào)工作。本系統(tǒng)由成本和操作人員的習(xí)慣考量,仍采用了旋鈕式的變頻器調(diào)

12、速裝置,此方案俱侑有方便、直觀的特點(diǎn)。 其它輔助系統(tǒng) 系統(tǒng)其它輔助系統(tǒng)還包括溫度控制系統(tǒng)和氣動打孔裝置。溫度控制系統(tǒng)采用了簡易溫度控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)溫度盤的旋鈕,可以調(diào)節(jié)到用戶需要的恒定溫度,該系統(tǒng)具有方便調(diào)節(jié)、價格低廉、恒溫性好、等特點(diǎn)。氣動打孔裝置主要是對塑料包裝袋(有的食品包裝袋需要打孔)進(jìn)行打孔，通過安裝在輪軸上的位置傳感器，當(dāng)輪軸轉(zhuǎn)到設(shè)定的位置后，信號會觸發(fā)氣閥打開，完成打孔的動作。 4 操作與調(diào)試 1. 機(jī)械設(shè)計時，需要滿足: 2. (主)變頻器頻率工作在60Hz時，切刀與封刀來回往復(fù)運(yùn)動達(dá)140次/分鐘。 3. 在滿足伺服電機(jī)的實(shí)際連續(xù)運(yùn)行轉(zhuǎn)速要小于或等于其額定轉(zhuǎn)速及其它特性

13、的要求下，伺服機(jī)構(gòu)的傳動比及出料輥的外徑的合理設(shè)計是滿足工藝要求（1）的關(guān)鍵。 4. 伺服傳動機(jī)構(gòu)采用同步帶傳動，伺服編碼器脈沖數(shù)為2500P/R，故其本身誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.5mm，引起定位誤差較大的真正原因是由于伺服電機(jī)起停不夠平滑，或者由于送料端的送料速度小于出料輥的出料速度，造成出料輥與塑料薄膜之間的相對滑動；故需要根據(jù)伺服電機(jī)的起停速度調(diào)整合適的加減速時間，調(diào)整送料變頻器頻率使其送料速度要大于出料輥的出料速度，調(diào)整結(jié)果要以出料輥與塑料薄膜之間不發(fā)生相對滑動為準(zhǔn)。 5. 溫控器的設(shè)定溫度一般設(shè)定在200左右，根據(jù)主電機(jī)的轉(zhuǎn)速高低適當(dāng)微調(diào)溫控器的設(shè)定溫度 (以膠袋封口處結(jié)實(shí)耐拉為合格的標(biāo)準(zhǔn))

14、。需注意當(dāng)主電機(jī)轉(zhuǎn)速較快時，封刀上下往復(fù)運(yùn)動快，封口時間短，若封刀溫度偏低，會導(dǎo)致膠袋封口處不牢；當(dāng)主電機(jī)轉(zhuǎn)速較低時，封口時間長，若封刀溫度偏高，會導(dǎo)致膠袋封口處燙穿。 6. PLC程序根據(jù)伺服機(jī)構(gòu)的機(jī)械傳動比、伺服驅(qū)動器的電子齒輪比、伺服電機(jī)編碼器的線數(shù)以及出料輥的周長，可計算出伺服驅(qū)動器接收一定數(shù)量的脈沖時，伺服電機(jī)就驅(qū)動出料輥轉(zhuǎn)動帶出一定長度的膠袋。如此即可實(shí)現(xiàn)定長控制。 7. 色標(biāo)封切時，PLC若在設(shè)定批量內(nèi)檢測不到時色標(biāo)累計達(dá)到設(shè)定的保護(hù)值，PLC需停止各電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并提示報警。 8. 當(dāng)回切功能運(yùn)行開時,需確認(rèn)設(shè)定回切長度是否工作正常及切袋是否準(zhǔn)確完善。 9. 外接旋鈕調(diào)位器可對主電機(jī)、送料電機(jī)、出料電機(jī)進(jìn)行調(diào)速；人機(jī)界面上伺服速度的設(shè)定值可對伺服調(diào)速。 10. 系統(tǒng)包括:自動運(yùn)行模式、手動運(yùn)行模式及手動調(diào)試模式；自動/手動運(yùn)行模式為生產(chǎn)操作模式，手動調(diào)試模式在調(diào)機(jī)或維修時使用。 5 本系統(tǒng)使用以下產(chǎn)品 （1） 臺達(dá)ES系列 PLC ( DVP-14ES)（2） 臺達(dá)A Type變頻器 ( VFD007A23A /VFD004A23A )（4） 臺達(dá)ASDA系列伺服（5） 臺達(dá)DOP-A人機(jī)界面（6） SICK公司KT5-2 色標(biāo)感應(yīng)器（7） 溫度控制盤（8） 氣動打孔裝置 6總