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中達電通機電產(chǎn)品在塑料封切機上成功的系統(tǒng)集成案例

摘要 : 本文詳盡介紹了塑料封切機的工藝，并依據(jù)封口機系統(tǒng)的要求結合臺達PLC /臺達伺服/臺達人機、、產(chǎn)品的特色，提供客戶高附加值的解決方案。

關鍵詞 : PLC / 伺服 / 變頻器 / 人機界面 / 封切機

Abstract : The article will introduce the procee of 封口機 system and describe the application of PLC ( Delta ES PLC ) to control the AC Servo Drives 、 HMI and AC motor drives by networking . Delta group provide the high productivity and high reliability system to our customer.

Key Word : PLC / AC Servo Drives / AC Motor Drives / HMI

1 引言

【塑料封切機】是加工塑料包裝袋不可或缺的機械設備；定位精度、速度和穩(wěn)定性直接影響到所生產(chǎn)膠袋的質量和生產(chǎn)效率。為了提高設備的可靠性和提升設備的生產(chǎn)效率，中達電通開發(fā)了自動控制封切機系統(tǒng)，以PLC、變頻器、伺服、人機界面，取代舊有復雜的“繼電—接觸器及剎車離合器等控制機構”，使客戶在原有的成本上，得到更高的價值服務。該系統(tǒng)是中達電通又一個典型的系統(tǒng)整合成功應用案例，整個系統(tǒng)根據(jù)臺達產(chǎn)品在系統(tǒng)整合方面的特點,采用臺達DVP-ES PLC、臺達VFD-A變頻器、臺達ASDA伺服驅動器及臺達DOP-A人機界面；在保證工藝控制要求的情況下，大大提高了系統(tǒng)效率(生產(chǎn)效率)，同時亦為客戶降低了維護成本及采購成本 ( One Stop Shop Order )，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）方便調適
（5）運行平穩(wěn)
（6）操作簡便

2. 工藝簡介

2.1. 工藝說明:
主要工藝過程包括三大部份：送料、封切、出料(成品).
主要過程為封切動作,主要有以下幾種情況: 白袋封切運行、色標封切運行與回切封切運行，主要工藝詳述如下:

（1）白袋封切運行工藝：
系統(tǒng)上電
·溫度控制設備會先調節(jié)封刀的溫度，使封刀的溫度達到設定的需要,手動調整切刀的位置,達到封切長度的需求。
·調節(jié)變頻器使送料、封切速度及出料的速度達到產(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行速度一定要大于伺服送料速度。
·調整送料直流電機速度,使送料速度與變頻器速度配合,通過直流電機的速度達到一定的張力控制,保持原料的平直.

自動運行模式
·變頻器通過機械連桿裝置使送料、出料、封切的速度達到協(xié)調控制,送料與出料同步進行。
·封切刀在主電機通過機械傳動裝置控制封切刀上下往復運動
·封切完一個膠帶，通過傳感器觸動PLC對封切工作計數(shù)一次
·當系統(tǒng)接到人機界面或控制盤上按下停止鍵,系統(tǒng)會立即停機,封切刀會停止運行回復到高位處,方便手動排除故障,取出問題的膠帶.
·在系統(tǒng)設定的批量生產(chǎn)個數(shù)將到達前，系統(tǒng)會提示報警，到達批量生產(chǎn)個數(shù)系統(tǒng)將自動停機并將計數(shù)值清為零；待系統(tǒng)停機達到繼續(xù)運行時間，系統(tǒng)會繼續(xù)自動運轉(不需按激活按鈕)，從新開始計數(shù)。

手動運行模式
·手動運行工藝與自動運行工藝要求一樣，唯一差別在于如果系統(tǒng)設定在手動運行模式,則當批量個數(shù)到達后,系統(tǒng)會自動停機,需要再次按下激活按鈕后,系統(tǒng)才會再次運行。

(2)色標封切：
·色標封切的工作原理與白袋運行原理相似，也是封切刀在低位時伺服電機驅動出料輥夾著塑料薄膜帶以系統(tǒng)設定的塑料袋長度轉動一次。
·色標封切與白袋運行的差異在于色標封切時，會產(chǎn)生累積誤差,累積誤過大時會影響到塑料袋封切的品質,所以色標封切到達一定的累積誤后,就要進行停機及誤差俌正。
·色標封切 - 封切刀到達低位點時,系統(tǒng)會自動對批量計數(shù)一次，同時每追到一次色標信號時計數(shù)一次(當沒追到色標信號時，追色不計數(shù)，)批量的計數(shù)次數(shù)與色標的計數(shù)次數(shù)的差值等于設定的追色誤差次數(shù)時，系統(tǒng)停機且報警。
·追色最理想的情況是使用色標信號來控制封切及停機,這樣可以做到封切沒有累計誤差；由于封切機對精度要求0.5mm，一方面強調速度，故可以根據(jù)客戶需求自行選擇.

(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。
·當系統(tǒng)設定為回切功能開始送料時,伺服先會反轉回切設定的長度距離后停止,然后再正轉 ”回切長度和設定袋長距離之和”后停止。
·回切運行時，需在人機上設定的口袋長度,采用回切會降低系統(tǒng)精度,所以使用過程中我們將回切速度開放給客戶,以利客戶調整速度改善精度.

2.2. 工藝規(guī)格要求
·10-900mm膠袋，生產(chǎn)約140-60個/分鐘。
·長度誤差在0.5mm內(nèi)。
·膠袋封口處溫度線，需結實耐拉。
·既可定長封切，又可追色封切并具有回切功能。
·追色封切時，連續(xù)在設定誤差次數(shù)內(nèi)檢測不到色標信號，要自動停機報警。
·要有預警功能（即生產(chǎn)快到設定批量時，要提示警報）。
·封切刀電機調速，送料電機調速，出料電機、伺服電機調速功能。
·自動/手動模式運行,具有手動調試功能。

3系統(tǒng)簡介
根據(jù)封切機系統(tǒng)的特點和功能要求，將整個系統(tǒng)主要分為控制系統(tǒng)、伺服驅動系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、變頻器調速系統(tǒng)四大部份。

PLC控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)采用臺達DVP ES系列的PLC作為主控核心，臺達DVP-14ESPLC 具有8個輸入點及6個輸出點，該PLC主機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：
·在原有的成本基礎上，提供高廠商產(chǎn)品的附加價值。
·ES PLC 俱有的雙通訊口,可以運用通訊的方式，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、轉速、、等參數(shù)進行設定與控制,具有精確度高,成本低的特點。
·與臺達伺服、人機界面．．等產(chǎn)品，可透過通訊及內(nèi)部協(xié)議，更強化了工作效率。
·臺達伺服特有的定位功能,是我們實現(xiàn)封切機單軸控制的關鍵。臺達伺服編碼器10,000線以及伺服內(nèi)部自帶定位模塊的功能，使我們在同等精度的情況下,PLC的運行速度能遠遠高于其它品牌PLC；同時因為伺服俱有輸入\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的輸入輸出實現(xiàn)邏輯控制,通過通訊來實現(xiàn)對伺服的控制、人機命令的執(zhí)行及狀態(tài)的顯示。

PLC 系統(tǒng)架構圖

監(jiān)控系統(tǒng) -- 人機界面
臺達人機界面采用先進Windows RTOS的技術，系統(tǒng)俱備多任務及實時性的功能，所以比傳統(tǒng)單工系統(tǒng)人機界面俱有速度快、響應快及穩(wěn)定性高等優(yōu)勢。
本系統(tǒng)使用臺達DOP-A系列5.7”單色人機界面，對系統(tǒng)進行操作、監(jiān)控制和參數(shù)的設置，主要的工作包括：
·運行模式選擇(手動、自動)
·控制功能(運行,停止,寸動前進,寸動后退,清零,追色,補碼,回切功能選擇)
·參數(shù)的設置(封切速度、批量、停機時間、總數(shù)、切帶長度、封切速度、誤差次數(shù))
·監(jiān)控及報警訊息
.人機界面操作方便，故障、報警信息簡要明朗，通過人機界面可以大大方便操作員對塑料封切機的控制,提高生產(chǎn)效率。人機主要畫面參考如下:

伺服驅動系統(tǒng)
臺達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)伺服驅動位置控制、速度控制及扭力控制外，更開發(fā)了伺服驅動的新技術—強健性控制；所以ASDA系列伺服俱有響應速度快、低轉速具有高剛性而且非常穩(wěn)定運轉等優(yōu)異的特性。
伺服系統(tǒng)是封切機的執(zhí)行機構，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伺服進行控制，達到高精度、高速度的要求。

變頻器調速系統(tǒng)
變頻器調速系統(tǒng)主要是對系統(tǒng)的送料速度、封切速度、出料速度進行調節(jié)控制，使送料、封切、出料達到很好的協(xié)調工作。本系統(tǒng)由成本和操作人員的習慣考量,仍采用了旋鈕式的變頻器調速裝置,此方案俱侑有方便、直觀的特點。

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節(jié)系統(tǒng)，通過調節(jié)溫度盤的旋鈕,可以調節(jié)到用戶需要的恒定溫度,該系統(tǒng)具有方便調節(jié)、價格低廉、恒溫性好、、等特點。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)進行打孔，通過安裝在輪軸上的位置傳感器，當輪軸轉到設定的位置后，信號會觸發(fā)氣閥打開，完成打孔的動作。

4．操作與調試
機械設計時，需要滿足:
·(主)變頻器頻率工作在60Hz時，切刀與封刀來回往復運動達140次/分鐘。
·在滿足伺服電機的實際連續(xù)運行轉速要小于或等于其額定轉速及其它特性的要求下，伺服機構的傳動比及出料輥的外徑的合理設計是滿足工藝要求（1）的關鍵。

伺服傳動機構采用同步帶傳動，伺服編碼器脈沖數(shù)為2500P/R，故其本身誤差遠遠小于0.5mm，引起定位誤差較大的真正原因是由于伺服電機起停不夠平滑，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)伺服電機的起停速度調整合適的加減速時間，調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，調整結果要以出料輥與塑料薄膜之間不發(fā)生相對滑動為準。

溫控器的設定溫度一般設定在200℃左右，根據(jù)主電機的轉速高低適當微調溫控器的設定溫度 (以膠袋封口處結實耐拉為合格的標準)。需注意當主電機轉速較快時，封刀上下往復運動快，封口時間短，若封刀溫度偏低，會導致膠袋封口處不牢；當主電機轉速較低時，封口時間長，若封刀溫度偏高，會導致膠袋封口處燙穿。

PLC程序根據(jù)伺服機構的機械傳動比、伺服驅動器的電子齒輪比、伺服電機編碼器的線數(shù)以及出料輥的周長，可計算出伺服驅動器接收一定數(shù)量的脈沖時，伺服電機就驅動出料輥轉動帶出一定長度的膠袋`。如此即可實現(xiàn)定長控制。

色標封切時，PLC若在設定批量內(nèi)檢測不到時色標累計達到設定的保護值，PLC需停止各電機運轉，并提示報警。
當回切功能運行開時,需確認設定回切長度是否工作正常及切袋是否準確完善。
外接旋鈕調位器可對主電機、送料電機、出料電機進行調速；人機界面上伺服速度的設定值可對伺服調速。

系統(tǒng)包括:自動運行模式、手動運行模式及手動調試模式；自動/手動運行模式為生產(chǎn)操作模式，手動調試模式在調機或維修時使用。

5．本系統(tǒng)使用以下產(chǎn)品
（1）臺達ES系列 PLC ( DVP-14ES)
（2）臺達A Type變頻器 ( VFD007A23A /VFD004A23A )
（4）臺達ASDA系列伺服
（5）臺達DOP-A人機界面
（6）SICK公司KT5-2 色標感應器
（7）溫度控制盤
（8）氣動打孔裝置

6．總結
提供客戶【穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)集成方案】是中達電通經(jīng)營的宗旨，此次【塑料封切機】項目，中達電通結合了臺達PLC、臺達變頻器、臺達伺服和臺達人機界面..等自身產(chǎn)品，為客戶開發(fā)了一套穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)，不但滿足了客戶工藝的要求，更提高了客戶設備的可靠性和提升了客戶設備的工作效率，再次證明中達電通為提供客戶【穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)集成方案】的精神努力不懈。

參考文獻 :
中達電通臺達 PLC 手冊
中達電通臺達伺服手冊
中達電通臺達 PLC 手冊
中達電通臺達變頻器手冊

作者簡介:
李沖 /李錦誠為中達電通機電事業(yè)部技術工程師，二位在行業(yè)應用領域有豐富的經(jīng)驗。

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