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)產(chǎn)品在系統(tǒng)整合方面的特點(diǎn)，采用臺達(dá)DVP-ES PLC、VFD-A變頻器、ASDA伺服驅(qū)動器及DOP-A人機(jī)界面;在保證工藝控制要求的情況下，大大提高了生產(chǎn)效率，同時亦為客戶降低了維護(hù)及采購成本，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
主要工藝過程包括三大部份;送料、封切、出料(成品), 圖1示出塑料封切機(jī)外形圖。
圖1 塑料封切機(jī)外形圖
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)行與回切封切運(yùn)行，主要工藝詳述如下。
2.1 白袋封切運(yùn)行工藝
(1) 系統(tǒng)上電
·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。
·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。
·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。
(2) 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。
·封切完一個膠帶，通過傳感器觸動PLC對封切工作計(jì)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(jì)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(jì)數(shù)。
(3) 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。
2.2 色標(biāo)封切
色標(biāo)封切的加工過程如圖2所示。加工過程特點(diǎn)述說如下:
圖2 色標(biāo)封切的加工過程
·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;
·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，累積誤差過大時會影響塑料袋封切的品質(zhì)，所以色標(biāo)封切到達(dá)一定的累積誤差后，就要進(jìn)行停機(jī)及誤差補(bǔ)正;
·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(jì)數(shù)一次，同時每追到一次色標(biāo)信號時計(jì)數(shù)一次(當(dāng)沒追到色標(biāo)信號時，追色不計(jì)數(shù))批量的計(jì)數(shù)次數(shù)與色標(biāo)的計(jì)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;
·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(jì)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。
2.3 回切功能
·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;
·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;
·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，所以使用過程中將回切速度開放給客戶，以利客戶調(diào)整速度改善精度。
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)四大部分。
(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PLC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 PLC的原因;
·在原有的成本基礎(chǔ)上，提供高廠商產(chǎn)品的附加價值;
·ES PLC 具有的雙通訊口，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;
·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);
·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;
·臺達(dá)伺服特有的定位功能，是實(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)高于其它品牌PLC;同時因?yàn)樗欧哂休斎?/font>/輸出的靈活定義性能，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)圖如圖3所示，I/O點(diǎn)規(guī)劃見附表。
附表 PLC I/O點(diǎn)規(guī)劃表
(2) 監(jiān)控系統(tǒng)—人機(jī)界面
臺達(dá)人機(jī)界面采用先進(jìn)WINOOWs RTOS的技術(shù)，系統(tǒng)具備多任務(wù)及實(shí)時性的功能，所以比傳統(tǒng)單工系統(tǒng)人機(jī)界面具有速度快、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;
·運(yùn)行模式選擇(手動、自動);
·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);
·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));
·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)主要畫面如圖4所示, 圖4(a)為正常運(yùn)行顯示界面,圖4(b)為參數(shù)設(shè)置界面,圖4(c)為功能選擇界面。
圖4 人機(jī)畫面圖
(3) 伺服驅(qū)動系統(tǒng)
臺達(dá)ASDA系列伺服由低慣量100W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系列伺服具有響應(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。
(4) 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)速裝置，此方案具有方便、直觀的特點(diǎn)。
(5) 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(jì)時，需要滿足:
·(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;
·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(jì)是滿足工藝要求的關(guān)鍵。
(2) 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)。
(3) 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))。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。
(4) 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(jì)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。
(5) 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(jì)達(dá)到設(shè)定的保護(hù)值，需停止電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并提示報警。
(6) 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。
(7) 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。
(8) 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 結(jié)束語
提供客戶穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)集成方案是中達(dá)電通經(jīng)營的宗旨，該塑料封切機(jī)項(xiàng)目，結(jié)合了臺達(dá)PLC、變頻器、伺服和人機(jī)界面等產(chǎn)品，為客戶開發(fā)了一套穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)，不但滿足了工藝要求，更提高了設(shè)備的可靠性，提升了客戶設(shè)備的工作效率。
