基于PLC 的熱合封口控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐長華

（揚(yáng)州德云電氣設(shè)備集團(tuán)有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225100）

1 自動(dòng)包裝系統(tǒng)工作原理

生產(chǎn)過程的包裝袋袋口加熱封裝一般是采用高頻加熱或電加熱等裝置用方式下，使袋口處的復(fù)合材料形成黏滯狀態(tài)，然后采用機(jī)械外加壓力使袋口粘為一體，要求當(dāng)袋口冷卻后仍保持粘合狀態(tài)且具備一定強(qiáng)度的熱合包裝技術(shù)。本文具體設(shè)計(jì)思路主要是利用多個(gè)電加熱管進(jìn)行不超過熱封頭臨界溫度的高溫控制，設(shè)置適合對應(yīng)包裝袋口的塑料薄膜溫度進(jìn)行加熱，在袋子在傳輸帶行進(jìn)狀態(tài)下短時(shí)間內(nèi)加熱包裝袋口塑料薄膜，使其處于臨界融化狀態(tài)，同時(shí)通過機(jī)械擠壓后讓袋口融為一體，在包裝袋傳輸中完成袋口的粘合密封。對于傳輸過程中袋口熱密封時(shí)間、加熱管具體溫度控制是決定袋口密封好壞的關(guān)鍵因素。

本文在設(shè)計(jì)中為了提高運(yùn)送傳輸過程中包裝袋加熱粘合的效率，在條板式加熱粘合前提下，采用優(yōu)化的帶式熱合與封壓結(jié)構(gòu)。也就是將由現(xiàn)場溫控器控制的具有合適高溫的電加熱板在被夾引裝置上進(jìn)行加熱疊合，從而使薄膜粘合。所設(shè)計(jì)的帶式熱合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡單，熱合速度更快，具備實(shí)時(shí)包裝袋傳送中完成袋口熱封功能。

2 熱合封口控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整個(gè)控制系統(tǒng)有熱合過程溫度和熱合時(shí)間控制，同時(shí)滿足包裝袋在傳輸帶上傳輸速度控制這個(gè)輔助控制量。前兩個(gè)量的高性能控制是袋口熱合封口控制過程的關(guān)鍵被控量，后一個(gè)傳輸速度控制應(yīng)匹配前兩個(gè)被控量，三者之間是密切關(guān)聯(lián)的。如果傳輸速度過慢、電加熱板控制溫度過高或袋口機(jī)械封口時(shí)間過長，這些都將會(huì)導(dǎo)致包裝袋袋口出現(xiàn)燒結(jié)、起泡現(xiàn)象；另一方面，如果傳輸速度過快、電加熱板控制溫度過低或袋口機(jī)械封口時(shí)間過短，將會(huì)造成封口不牢，密封性差等問題。高性能的控制包裝袋熱合的溫度、時(shí)間及傳輸速度是高度統(tǒng)一的，為此設(shè)計(jì)的熱合控制系統(tǒng)現(xiàn)場控制單元采用西門子200 系列PLC 和溫度控制去及變頻器構(gòu)建熱合控制器。整個(gè)系統(tǒng)的控制思路為：

（1）先根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要，確定傳輸帶走帶速度，再根據(jù)走帶速度結(jié)合具體包裝袋材料決定熱合時(shí)間。其中傳輸帶的速度由變頻器控制伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)。運(yùn)用基于的PLC 的變頻調(diào)速控制方法可以實(shí)現(xiàn)加熱封時(shí)間控制。

（2）針對具體包裝材料，選擇合適的電加熱板溫度，但是必須在熱封頭的合理溫度工作范圍內(nèi)，否則熱封頭容易燒壞；在電加熱板溫度控制過程中，如果溫度不符材質(zhì)需求，則系統(tǒng)控制不動(dòng)作。具體溫度由PLC 通訊設(shè)定到溫度控制器中，再由溫度控制器進(jìn)行電加熱板溫度的閉環(huán)控制當(dāng)，預(yù)期溫度偏差不應(yīng)超過0.5℃。

本文設(shè)計(jì)的熱合封口系統(tǒng)采用可控硅加熱的電加熱板進(jìn)行袋口熱封，采用三組電加熱板裝置，采用三組熱電偶實(shí)現(xiàn)熱封頭處測溫，三個(gè)溫控器進(jìn)行現(xiàn)場溫度控制。選用智能溫度控制器，其具有PID 閉環(huán)溫度調(diào)節(jié)、內(nèi)置通訊模塊，現(xiàn)場的抗干擾能力好、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。另外，實(shí)際傳輸帶的行走速度控制，是通過伺服電機(jī)變頻器過與PLC 設(shè)定速度的通訊設(shè)定完成傳送帶速度的開環(huán)控制。

3 熱封系統(tǒng)控制流程

圖1 熱封PLC 總體程序流程圖

本系統(tǒng)選用西門子SMART 700IE 觸摸屏作為現(xiàn)場人機(jī)交互單元，可以在其上面實(shí)現(xiàn)完成人機(jī)界面編輯。在與PLC 通訊的觸摸屏中可以實(shí)現(xiàn)界面登陸、溫度等參數(shù)設(shè)置及自動(dòng)和手動(dòng)切換與狀態(tài)報(bào)警。

系統(tǒng)測試過程中部分參數(shù)設(shè)置與控制界面如下：

（1）參數(shù)設(shè)置與切換為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)的界面

圖2 參數(shù)設(shè)置與切換為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)的界面

上圖展示了系統(tǒng)的參數(shù)可以設(shè)置，同過在界面上能夠?qū)崿F(xiàn)熱封系統(tǒng)的相關(guān)控制參數(shù)的設(shè)定，相關(guān)參數(shù)為傳送帶的傳輸速度、電加熱板溫度和相關(guān)狀態(tài)報(bào)警參數(shù)等。

本系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)運(yùn)行兩種方式，也可以通過觸摸屏，設(shè)置手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下的點(diǎn)動(dòng)控制方式，控制傳送帶的速度來控制包裝袋熱合封口時(shí)間。同時(shí)在自動(dòng)運(yùn)行方式下可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

本文設(shè)計(jì)的包裝袋熱合封口控制系統(tǒng)，具備又好的人機(jī)界面，相關(guān)故障報(bào)警既可以在界面中出現(xiàn)，同時(shí)通過聲光電聯(lián)動(dòng)報(bào)警裝置提醒工作人員及時(shí)查找到故障根源，有助于實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)故障和及時(shí)準(zhǔn)確的排除故障，進(jìn)而為熱封系統(tǒng)的高效可靠工作提高有效的必要保障。

4 結(jié) 語

本文對自動(dòng)包裝袋熱合封口控制系統(tǒng)進(jìn)行整體控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，給出了實(shí)際控制流程。其中硬件部分以PLC 作為現(xiàn)場主控制器、溫度控制器閉環(huán)控制電加熱板熱封頭溫度、變頻器控制傳送帶速度及觸摸屏人機(jī)交互等。熱封控制系統(tǒng)的控制流程可以表明本文設(shè)計(jì)的基于PLC 的自動(dòng)熱合包裝系統(tǒng)合理可行。