基于伺服電機的鹽水鴨生產線控制系統

文│朱賢兵（山東凱捷信息技術有限公司）

一、課題研究背景

隨著人民生活水平的提高，對生活質量的要求也越來越高，鹽水鴨的傳統生產方式已遠不足以支撐我國龐大的內需。傳統的鹽水鴨生產勞動強度大，生產效率低，且易發生危險事件，每只鹽水鴨的質量與口感難以得到保障。使用智能化生產后，可通過人機交互實現車間內鹽水鴨的實時監控，不僅降低員工的工作強度，同時生產出來鹽水鴨的質量與口感均衡且有保障。采用自動化后，原本需要大規模員工進行二班倒艱苦勞作，現在只需少量技術操作員工對系統進行數據處理和簡單的操作。

二、系統總體概述

論文設計的基于伺服電機的鹽水鴨生產線自動控制系統，由西門子S7-1200PLC、匯川的伺服驅動器和伺服電機、施耐德的觸摸屏以及華為的路由器組成。設計定制化PLC程序組態PID控制鍋水溫度，在傳感器、控制氣爪的氣缸、加熱的啟動角閥和曝氣的單控電磁閥的協調配合下控制四臺伺服電機完成鹽水鴨生產線的一系列加工環節，如焯水、煮制、冷卻以及輸送等的工序（圖1）。

◎圖1 系統總體結構圖

系統采用模擬量（熱電阻傳感器）輸入模塊，采集生產線的溫度數據，上傳至PLC。選用4臺交流伺服驅動器和伺服電機，與PLC進行以太網通訊，執行PLC發出控制指令，精準的完成生產線上各個環節動作。另外還選用歐姆龍的3線制接近開關，用于氣爪氣缸的上下限位以及用于伺服Y軸上下的限位開關；歐姆龍的5線制NPN常開光電傳感器，用于料架感應以及小車防翻感應。

三、伺服電機的應用

伺服控制系統由伺服電機及伺服驅動器兩個設備構成。伺服電機把接收到的脈沖信號轉化為電機軸上相應的角位移或者是線位移。與常規的步進系統相比，伺服控制系統是一個閉環控制系統，可以有效優化步進驅動器接收到的脈沖個數可能并不等于發送的脈沖個數、產生脈沖丟失的無閉環反饋問題，而伺服控制系統中伺服電機軸上帶有編碼器用于反饋脈沖信號，當反饋的脈沖信號個數和所發送的脈沖個數不等的時候，伺服控制系統會根據反饋回來的脈沖個數與所發脈沖個數的差值進行重新計算并且進行補償，從而實現伺服電機的精確定位。

鹽水鴨生產線涉及多個加工環節，如焯水、煮制、冷卻、輸送等的運動控制，前后環節的關聯性較強，對自動化操作控制精準度要求高。系統采用伺服控制的位置控制模式，通過PLC編程給伺服控制器輸入的脈沖信號驅動伺服電機轉動速度的大小，通過脈沖的個數來確定轉動的角度，對生產線上操作臺的速度和位移同時進行賦值驅動，有效提升生產線上每個環節動作的準確度。

四、自動控制系統

基于伺服電機的鹽水鴨生產線自動控制系統，通過西門子S7-1200 PLC定制化程序控制伺服電機完成鹽水鴨生產線的焯水、煮制、冷卻、運輸等的環節操作。伺服控制器采用位置模式控制伺服電機，執行煮制鍋的間歇曝氣和水冷池的風冷、傳輸臺的冷卻輸送，完成焯水鍋與煮制鍋的料架運送，料架從料架平臺起送后送往焯水鍋焯水兩次后，前往煮制鍋水煮一定的時間后送往冷卻臺，輸送料架至水冷池冷卻后送往運輸臺輸送等一系列工序作業。

系統采用PID雙閉環控制實現1個焯水鍋和8個煮制鍋的恒溫控制，熱電阻傳感器采集的生產線各環節的溫度，經PLC模擬量輸入模塊將溫度數值轉換為數字輸出，PLC的CPU將檢測的溫度與溫度設定值循環比較，通過PLC的PID控制改變加熱器的加熱時間，從而實現對溫度的閉環控制。

五、總結及展望

論文設計的基于伺服電機的鹽水鴨生產線自動控制系統，通過以太網通信完成對西門子PLC、伺服驅動器及伺服電機、觸摸屏、iPad等設備的組網，實現鹽水鴨生產線的加工作業及恒溫控制。系統對傳統手工操控的鹽水鴨生產線進行全自動化控制改造，食品質量安全得到保障，既提高生產效率、降低人工成本，還能更好控制加工工藝，管理人員手持iPad可遠程監控生產線的運行狀況。