基于PLC的雙工位切縫機控制系統(tǒng)設(shè)計

王 顯， 龔 力, 胡 翔, 何 濤， 魏成龍

(1 湖北工業(yè)大學(xué)機械工程學(xué)院， 湖北 武漢 430068;2 湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，湖北 武漢 430068；3 江蘇丹陽萬樂復(fù)合材料有限公司，江蘇 丹陽 212342)

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基于PLC的雙工位切縫機控制系統(tǒng)設(shè)計

王 顯1， 龔 力2, 胡 翔1, 何 濤1， 魏成龍3

(1 湖北工業(yè)大學(xué)機械工程學(xué)院， 湖北 武漢 430068;2 湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，湖北 武漢 430068；3 江蘇丹陽萬樂復(fù)合材料有限公司，江蘇 丹陽 212342)

包裝袋一直采用傳統(tǒng)的單條生產(chǎn)線生產(chǎn)，現(xiàn)在市面上的切縫機也是如此。為了能更省時、高效、更精確地完成包裝袋的切縫工藝，而將節(jié)省的時間用于其他的工藝，設(shè)計了雙工位的切縫機系統(tǒng)，此系統(tǒng)采用可靠性高和抗干擾能力強的可編程邏輯控制器(PLC)作為核心控制器，結(jié)合與觸摸屏之間的通訊而形成的人機交互界面，解決了傳統(tǒng)包裝袋切縫機制袋速度慢且扁絲強度損失較大的問題,達到了50個/min合格包裝袋的制袋率，超過傳統(tǒng)切縫機的20%。

雙工位； 核心控制器; 可編程邏輯控制器; 扁絲強度

傳統(tǒng)的編織袋切縫機大都采用縫紉工藝封底，灌裝物料以后，也采用縫紉工藝封口。由于縫紉工藝針刺的原因，扁絲強度的損失會在25%～40%之間，而且,可能無法滿足紙塑復(fù)合袋一次性密閉的要求。單臺縫紉機的工作方式需要耗費大量人工，雖然被自動切縫機取代，但制袋效率還是較低[1]。縫紉機縫紉每一針的距離對包裝袋的強度有很大影響：若針距大于10 mm，包裝袋達不到縫紉的強度要求；若小于6 mm，則會加大扁絲強度損失，且增加了用線量，從而增加成本[2]。所以，必須得控制縫紉頻率和輸送帶的輸送速度。而縫紉機頻率過快又會導(dǎo)致斷線或異常，從而又要限定輸送帶的輸送速度。綜上所述，輸送速度的限制是制袋效率低的主要因素。鑒于此原因，本文提出了雙工位輸送的設(shè)計方案，這樣雖然限定了輸送帶速度，但由于是兩邊輸送帶同時輸送, 大大提高了制袋效率。

1 雙工位切縫機結(jié)構(gòu)設(shè)計

雙工位切縫機系統(tǒng)，就是在傳統(tǒng)的單條制袋線的基礎(chǔ)上再加一條制袋線，同時加快送袋速度以保證兩條制袋線同時制袋，達到雙向制袋的目的。雙工位切縫機系統(tǒng)主要分為五部分：卷筒送袋部分、糾偏部分、切袋部分、運送部分和縫紉部分。系統(tǒng)動力組成包括：三臺伺服電機、兩臺普通電機、兩臺三相電動機。其中，一臺伺服電機驅(qū)動傳送帶將袋送出，一臺伺服電機驅(qū)動切刀切斷包裝袋，另外一臺伺服電機則將切好的包裝袋移送至輸送帶，由普通電機帶動輸送帶經(jīng)過縫紉機，而縫紉機則由普通電機驅(qū)動縫紉包裝袋(圖1)。

1—運袋伺服2—輸送帶;3—縫紉機；

傳統(tǒng)的切縫機只是一條線生產(chǎn)，切刀用普通電機帶動，精度和效率不高。本結(jié)構(gòu)采用雙工位設(shè)計，利用PLC輸出脈沖和方向來驅(qū)動的伺服電機以及偏置曲柄滑塊機構(gòu)的組合構(gòu)成切刀部位，避免了機械結(jié)構(gòu)的死點出現(xiàn)，同時效率也大大提高。如圖2所示，伺服驅(qū)動軸A帶動曲柄BC運動。曲柄主動，無死點，且有急回特性，切刀切完立即進行下一次循環(huán)的設(shè)計，速度平滑，從而提高了切縫精度[3]。

A—伺服驅(qū)動軸；BC—曲柄；C—切刀；

考慮到各動作之間的連貫以及流暢運行，需要算好信號觸發(fā)到執(zhí)行的控制時間。其次，控制和協(xié)調(diào)各伺服電機或普通電機的絕對或相對轉(zhuǎn)速，因為此因素對于縫紉的一次性密封要求以及降低扁絲強度的損失尤為重要。這就需要在觸摸屏上來進行多次實踐，對比分析最優(yōu)速度。雙工位切縫機的框架控制如圖3所示。

圖3 雙工位切縫機的框架控制圖

2 雙工位切縫機控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)模式[4]。根據(jù)此切縫機的特點，采用整體式PLC控制。系統(tǒng)根據(jù)IO點數(shù)、輸入輸出點數(shù)的需求綜合分析選擇24點輸入、24點輸出的DVP-48EH型的PLC，其輸入輸出部分接線如圖4所示。

圖4 PLC輸入輸出分配

3 雙工位切縫機系統(tǒng)軟件設(shè)計

鑒于雙工位切縫機連續(xù)、穩(wěn)定、快速的生產(chǎn)要求，如若遇到故障，則先判斷此故障是否可繼續(xù)，如果能繼續(xù)，則讓系統(tǒng)處于暫停或者等待狀態(tài)，待清理后，繼續(xù)讓其運行，直至結(jié)束。如果此故障導(dǎo)致系統(tǒng)不能繼續(xù)，則需面板操作，控制各伺服或氣缸到安全位置，或者調(diào)到參數(shù)頁面修改參數(shù)，然后讓系統(tǒng)初始化后繼續(xù)運行，直至需要運行結(jié)束。

圖5 plc 軟件流程圖

4 雙工位切縫機人機界面設(shè)計

本系統(tǒng)采用維綸TK6070i型觸摸屏與PLC相結(jié)合的設(shè)計，觸摸屏和PLC通過PPI協(xié)議進行通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，采用EB8000軟件對觸摸屏進行人機界面的編制，讓操作更靈活輕巧，簡便清晰[5]。

此人機界面包括開機界面、輸入端口顯示界面、輸出端口顯示界面、參數(shù)設(shè)置界面、手動控制界面和報警界面。圖5為其中部分界面。

圖6 雙工位切縫機系統(tǒng)界面

5 雙工位切縫機的工作情況

傳統(tǒng)的包裝袋切縫機制袋效率一般為10～40 個/min不等。而此方案的切縫機制袋速度要高于一般切縫機的制袋速度。以下是以江蘇丹陽某廠的EPS雙層灌裝袋為例來測試雙工位切縫機的制袋速度。

表1 雙工位切縫機的運行狀況

江蘇丹陽某廠使用的EPS雙層灌裝袋為長605(±1)mm,寬300(±1)的編織袋。此系統(tǒng)采用型號為VFD015M43B(0～60 Hz)的變頻器進行調(diào)頻。試驗得知，縫紉機電機在頻率為40 Hz時效率最快且最少發(fā)生斷線等故障，輸送帶頻率超過34 Hz時，袋子會出現(xiàn)縫偏現(xiàn)象。由表1可知，在輸送帶頻率為28～30 Hz時，針距變化度不大且制袋效率最高。出袋速率達到50個/min，超過傳統(tǒng)切縫機20%的制袋速度。

[1] 蔡俊霞.切縫機的優(yōu)化設(shè)計[J].新技術(shù)新工藝,2013(07):61-63.

[2] 馬健翔，劉鳳霞.塑料編織袋縫紉強度淺談[J].中國包裝工業(yè),2001(84):16-17.

[3] 顏順佳.歐格OG800-RCS734E型全自動編織袋切縫一體機[J].塑料包裝，2012(04)：54-55.

[4] 高明健.塑料編織袋封口機的研發(fā)[D].山東：山東理工大學(xué)，2012.

[5] 臺灣威倫科技公司.easybuilder8000組態(tài)軟件使用手冊[M].深圳:威倫通科技出版社，2009.

[6] Howald R.Gaining Control[J].Communication Systems Design, 1999(10)：15-18.

[7] 李德強，孟淑琴.編織袋拉伸負荷影響因素分析[J],中國信息化，2013(04)：215-216.

[責任編校： 張 眾]

Design of Double-location Cutting and Sewing Machine Contrd System based on PLC

WANG Xian1, GONG Li2, HU Xiang1, HE Tao1,WEI Chenglong3

(1SchoolofMechanicalEngin.,HubeiUniv.ofTech.,Wuhan430068,China;2SchoolofElectrical&ElectronicEngin. ,HubeiUniv.ofTech.,Wuhan430068,China;3JiangsuWanleCompositeMaterialsCo.,Ltd.,Danyang212342,China)

The traditional single production line is a common practice in producing packing bags, as well as the slitting machines. In order to make the slitting process of packing bags more efficient, more accurate and time- saving for other processes, the paper designed the double-location slitting machine system. This system adopts the PLC which has high reliability and anti-jamming ability as the core controller, combined with human-computer interaction interface formed by communication between touch screen and PLC, with the perfect combination of mechanical structure and electrical control.

slitting machine; double location; the core controller; PLC

2014-09-09

王 顯(1989-)， 男， 湖北荊州人，湖北工業(yè)大學(xué)碩士研究生，研究方向為檢測技術(shù)及自動化控制

1003-4684(2015)01-0077-03

TP273

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