枕形包裝機的電氣控制設計

摘要：2011山東省高級技師操作題的主要設計內容是變頻器的使用，步進電動機的控制，人機界面的組態，封切機氣缸的電氣控制。

關鍵詞：變頻器 步進電動機 人機界面 PLC

2011山東省高級技師的操作筆試題是：設計枕式包裝機。枕式包裝機的簡單控制原理，其動作原路是：電動機M1帶動傳送帶運輸待包裝產品，M2電動機是包裝紙輸送電動機，帶動滾軸輸送包裝紙到待包裝產品上端，準備包裝。當待包裝產品到達包裝位置時，氣缸有氣壓閥控制推動封裝/切割器，進行產品包裝和包裝紙切割，完成后封裝/切割器抬起，為下一個產品包裝做準備。（皮帶運輸電動機M1功率1KW，包裝紙輸送電動機M2功率0.7KW。）

1 傳送帶交流電動機變頻五級調速

電動機M1帶動傳送帶運輸待包裝產品，皮帶運輸電動機M1功率1KW，電動機的運動軸有交流電動機帶動，并且可以無級調速，與電動機同軸安裝了一臺編碼器。

對于這樣的要求，首先我們知道的控制目標是交流電動機，功率是1KW，并且可以無級調速，能夠做到讓交流電動機無級調速肯定要用到變頻器，變頻器的選擇我們選擇西門子MM420的變頻器。無極調速可以模擬量來控制完成。另外的一個要求是判斷待包裝產品是否到位，由SQ1和SQ2檢測信號后延時一段時間（根據加工速度運算得出），產品加工速度變化后時，SQ1和SQ2檢測信號后延時的時間，一定要通過計算。

對于這樣的一個要求，我們可以用編碼器來完成，如果采用比較指令，我們可以先算出從待包裝產品檢測的傳感器動作開始到待包裝產品運行到封割機的中心止的距離，如果知道編碼器的分辨率是500線，旋轉一周的距離是55CM，那么用運行的總距離除以編碼器一周的距離再乘以500，就得出運行的總的脈沖數。用這樣的方法在實踐中可以完成，但是不符合題目的要求。如果直接用時間指令來完成的話，那么當電機的速度變化時，時間設定值不變，電機就不能在指定的位置上停止。可以采用這樣的方案：題目要求用時間指令和編碼器來完成，把上述兩種方案結合在一起，首先我們可以用編碼器來捕捉電動機運行到一秒時的脈沖個數，利用電機運行總的脈沖數除以一秒鐘所走的脈沖個數，就得出時間，再利用時間指令來精確算出交流電動機運行距離。

根據這樣的想法，編寫相應的程序：

交流電動機移動的距離如何計算：

如果我們選用的編碼器是500線，也就是編碼器旋轉一周要發出500個脈沖，倍率選擇為4倍，那么編碼器旋轉一周就要發出2000個脈沖，測量編碼器的周長和交流電動機要移動的距離，用總的距離除以編碼器的周長得出編碼器的圈數，用圈數乘以2000得出需要發出的總的脈沖數，也就是編程里的假設的80000

公式為：總的脈沖數=■*2000

2 包裝紙用步進電動機運轉

這一部分的程序可以用位控向導的方法來控制，采用運動包絡的方法完成，但是題目要求要無極調速，這種方法做不到，只能采用令傳輸的方法。（具體的程序如上圖）

高速脈沖串從PLC的Q0.0輸出，方向由Q0.2來控制。

3 包裝紙輸送速度要和產品加工速度一起變化(通過觸摸屏改變速度）

產品加工的速度由變頻器的模擬量來控制，包裝紙輸送的速度由VW400來控制，如何把兩個控制量合為一個控制量，可以用PLC224XP中的模擬輸出量來控制，即把變頻器模擬量的控制部分由PLC224模擬量輸出控制，把AQW0輸出量既傳送至VW400來控制產品加工的速度，又傳送至變頻器的模擬量控制點，這樣就能夠達到兩者的速度一起變化。

在變頻器控制時，我們利用KA1來控制變頻器的啟動和停止，還不能實現自動控制，解決方法是：把KA1的常開觸點由PLC的Q1.0輸出點來代替。

在觸摸屏組態時，把數據輸入的地址賦給VW400，這樣在觸摸屏上改變VW400的數值，就能夠改變兩個控制電機的速度。

4 封切機的設計

當交流電動機和步進電動機都運行到封切機中心的正下方時停止，封切機的氣缸下行，把包裝紙壓在產品上，氣缸下行碰到SQ4（i1.1）時，封切機氣缸上行至SQ3(I1.2)時，氣缸停止。氣缸的上行和下行由氣缸單向電磁閥控制，單向電磁閥由PLC的Q1.1控制，程序為：

5 觸摸屏顯示產品加工完成的個數

可以采用計數器的指令，也可以采用自動加1的指令來完成。

在觸摸屏組態時，選取數據輸出指令賦值給VD500即可。

6 結束語

如果是一種完整的設備，這樣的設計程序還遠遠不夠，還必須具備完整的閉環系統，當然設計的程序應該是多種多樣的，這只是其中的一種。

參考文獻：

[1]胡學林.可編程控制器教程（基礎篇）電子工業出版社.2007.

[2]陶權.變頻器應用技術.華南理工大學出版社.2009.

[3]李自先.變頻器實用技術與維修精要.人們郵電出版社2009.