包裝自動(dòng)線plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)責(zé)州工業(yè)大學(xué)（550003）黃明琪貴州省新技術(shù)研究所（550001）洪以平了包裝自動(dòng)戰(zhàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求u根據(jù)實(shí)際體會(huì)介紹了采用plc控制時(shí)的系統(tǒng)配置與控制軟件設(shè)計(jì)中的關(guān)健技術(shù)，對(duì)一般自動(dòng)線p.c控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有很好的價(jià)值。

現(xiàn)代化商品生產(chǎn)中，那些工藝品種穩(wěn)定、產(chǎn)量較大的卷煙、食品、醫(yī)藥、化工、紡織等行業(yè)，包裝機(jī)械如充填機(jī)、封丨機(jī)、灌裝機(jī)、捆扎機(jī)、集裝機(jī)等獲得了廣泛的應(yīng)用。由包裝機(jī)械及相應(yīng)輔助設(shè)備構(gòu)成的包裝自動(dòng)線對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)童、減少在制品、縮短生產(chǎn)周期、提高生產(chǎn)效率、降低成本有明顯的作用，它為企業(yè)帶來(lái)重大的經(jīng)濟(jì)效益。

包裝機(jī)械的控制經(jīng)歷r電器控制、無(wú)觸點(diǎn)邏輯控制，直至今大的微型汁算機(jī)控制與可編程序控制器控制等階段，特別是可編程序控制器（plc）以其可靠性篼、編程容易，適應(yīng)性強(qiáng)、檢故味及維修方便等優(yōu)點(diǎn)受到人們的歡迎。研究plc時(shí)節(jié)拍（間隙）運(yùn)動(dòng)類(lèi)包裝機(jī)械組成的自動(dòng)線的控制是很有實(shí)際意義的。

2包裝自動(dòng)線的工作特點(diǎn)及其控制系統(tǒng)的基本功能包裝自動(dòng)線是完成某一類(lèi)包裝功能的一套設(shè)備。或者說(shuō)它是通過(guò)有關(guān)供料、加工、裝卸、檢驗(yàn)、運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備與自動(dòng)裝置來(lái)完成產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化機(jī)器體系。扣特點(diǎn)是牛產(chǎn)過(guò)程具有篼度的連續(xù)性。

牛產(chǎn)完個(gè)自動(dòng)進(jìn)行，t.人的職能只是監(jiān)督生產(chǎn)過(guò)程，根根預(yù)報(bào)調(diào)整機(jī)器設(shè)備。

這里以意大利gdx1卷煙包裝機(jī)組一xi小包機(jī)為例來(lái)說(shuō)明包裝自動(dòng)線的工作特點(diǎn)。xi小包機(jī)功能是完成從煙庫(kù)中將散支煙取出，到包成一盒盒香煙為止的全部工作。其中主要通道包括迭煙（按7、6、7迭成3層）一包鋁紙（折迭）一包盒皮（折迭、加膠粘接）一貼小花―烘干―出煙包。輔助通道包括送鋁紙、送盒皮、送小花、送膠水，以及相應(yīng)的質(zhì)量檢測(cè)、輔料抑制（節(jié)約）等控制措施?，F(xiàn)代煙機(jī)一般要求包煙速度為400包/分以上，也就是說(shuō)150ms要包好1包煙。然而在150ms內(nèi)對(duì)1包按步驟依次完成全部包裝動(dòng)作是不可能的。應(yīng)當(dāng)說(shuō)，自動(dòng)線的作用只是保證150ms產(chǎn)出1包煙。據(jù)此思考，俅這一類(lèi)型的包裝機(jī)械均設(shè)汁成“節(jié)拍運(yùn)動(dòng)機(jī)械”。其辦法是將完成1包煙的生產(chǎn)操作，分解成一連串的小操作，包裝機(jī)械相應(yīng)設(shè)計(jì)成一連串的“丁。位'一個(gè)”工位“完成一個(gè)”小操作“。在xi小包機(jī)的包裝線上就分成了82個(gè)工位（從煙庫(kù)下料口到小包煙出u），每個(gè)工位停留150ms，每個(gè)工位上包有1包完成了不同包裝程度的煙，經(jīng)過(guò)82個(gè)工位后包煙的包裝就全部完成。這就像生產(chǎn)流水線上每個(gè)工位的工人都只重復(fù)一項(xiàng)操作一樣，以重復(fù)的順序操作來(lái)加工連續(xù)輸送的工件是包裝自動(dòng)線生產(chǎn)的一個(gè)特點(diǎn)。

較復(fù)雜的包裝自動(dòng)如xi小包機(jī)，在一個(gè)工位h的標(biāo)準(zhǔn)停留時(shí)間150ms但在150ms當(dāng)中具體操作何時(shí)進(jìn)行，還有嚴(yán)格的時(shí)間規(guī)定。而150ms相當(dāng)于xi主軸轉(zhuǎn)一圈（360），即具體操作要在主軸轉(zhuǎn)在指定角度時(shí)才執(zhí)行。我們把這種嚴(yán)格的動(dòng)作時(shí)序要求稱(chēng)為“相位控制'如盒皮從輔助通道中下來(lái)，一定要下到規(guī)定位置時(shí)去檢測(cè)才有效，盒皮未下到位或盒皮已下過(guò)位去檢測(cè)均不是真實(shí)結(jié)果。檢測(cè)或動(dòng)作執(zhí)行時(shí)間與到位時(shí)間要一致是包裝自動(dòng)線生產(chǎn)控制的又一個(gè)特點(diǎn)。

xi主軸速度可變，意味著包裝煙包的速度會(huì)變。即主通道、輔助通道各工位移動(dòng)速度也會(huì)變但主通道與輔助通道是通過(guò)機(jī)械上保證嚴(yán)格同步的，控制上也應(yīng)保證主、輔輸送通道上控制檢測(cè)信號(hào)的嚴(yán)格配合。

主通道上檢測(cè)到有不合格煙包時(shí)，應(yīng)能記憶并按要求處理――不合格煙包在指定工位剔除，或抑制輔料輸送，如檢測(cè)到是空盒，則不下鋁紙、盒皮、小花以濟(jì)約原材料等。，綜丨。可知，像煙這一類(lèi)型包裝自動(dòng)線（節(jié)拍運(yùn)動(dòng)白動(dòng)機(jī)械）的控制系統(tǒng)，一般要求具有以下基本功能：u）?？刂乒δ茏詣?dòng)線h各機(jī)的啟、停及變速控制：機(jī)器速芊變化時(shí)各部分（各傳輸通道）速亨隨著變化，控制丨。必須保證各部分t.作的同步協(xié)調(diào)，包括各郎分動(dòng)作迮尤反饋信號(hào)（汗環(huán)）的情況下；保證產(chǎn)品質(zhì)a的控制；奸約原材料的控制；各種丁作方式（自動(dòng)、手動(dòng)、空乍等）的控制。

（b）。監(jiān)測(cè)功能各種信號(hào)的在線檢測(cè)、記憶（存貯）。汁數(shù)與報(bào)警、a示等處理。

（c）。保護(hù)功能保證在各種不正常運(yùn)行時(shí)的人：ht丨設(shè)備安令及為r安令的緊急停機(jī)等。

（cl）。故障診斷功能動(dòng)線h機(jī)構(gòu)復(fù)雜、原器件多，系統(tǒng)設(shè)計(jì)要做到便于故障找，節(jié)約維修時(shí)間。

建立完舞的控制體系、質(zhì)量保證體系、安仝保障體系、故障診斷體系是包裝自動(dòng)線的總體控制要求。

plc的系統(tǒng)配置選擇plc作為自動(dòng)線的主控制設(shè)備時(shí)，應(yīng)充分注意到自動(dòng)線h多機(jī)自動(dòng)化、聯(lián)動(dòng)化、高速化的特點(diǎn)。plc系統(tǒng)配置時(shí)應(yīng)注意以下/1個(gè)問(wèn)題：u）。較復(fù)雜的包裝自動(dòng)線所用檢測(cè)原件多、主令按鈕多、狀態(tài)顯示多、執(zhí)行機(jī)構(gòu)多，對(duì)丨/點(diǎn)數(shù)應(yīng)有足夠的估計(jì)pu：機(jī)型選擇應(yīng)充分考慮軟件設(shè)計(jì)中的要求，能配置所需的功能模塊，如中斷輸入模塊，高速汁數(shù)模塊等。

考慮自動(dòng)線高速化的要求，為了解決plc存在的丨/響應(yīng)滯后問(wèn)題，選擇plc機(jī)型時(shí)應(yīng)注意該機(jī)篼速i/o點(diǎn)數(shù)與指令執(zhí)行時(shí)間。，計(jì)算機(jī)通訊聯(lián)絡(luò)a式，這是聯(lián)動(dòng)及實(shí)施管控一體化聯(lián)m的必然需要。

我們?cè)趯?duì)意大利gdx1卷煙包裝機(jī)組（含改造時(shí)，采用t兩臺(tái)fx2（每臺(tái)含擴(kuò)展192點(diǎn)）編程序控制器進(jìn)行控制，雖實(shí)現(xiàn)了控制要求，但由于選擇的是中檔機(jī)型，在軟件設(shè)計(jì)中不得不多采取~辦法來(lái)解決響應(yīng)速度問(wèn)題。

plc控制程序設(shè)計(jì)正確設(shè)汁plc控制程序，才能滿(mǎn)足包裝自動(dòng)線對(duì)控制的要求，以下程序設(shè)計(jì)方法，在實(shí)際應(yīng)用中取得了成功。

4.i傳輸通道與移位寄存器的使用卷煙包裝機(jī)的主傳輸通道h有82個(gè)r位，利用82位的移位寄存器（根據(jù)需要可設(shè)計(jì)成1一2個(gè)）中的各位（各輔助繼電器）來(lái)對(duì)應(yīng)各個(gè)t位。當(dāng)檢測(cè)到某種信號(hào)時(shí)令某位“置1"（丨己憶該信號(hào)），侍其移動(dòng)到指定位時(shí)進(jìn)行處理n同理。輔傳輸通道1，輔料檢測(cè)及連續(xù)計(jì)數(shù)也可設(shè)計(jì)移位寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)。所有移位寄存器用同一移位信號(hào)，從而保證了主、輔傳輸通道的嚴(yán)格同步。

4.2設(shè)計(jì)電凸輪解決相位控制問(wèn)題一般的包裝機(jī)組采用在主軸h安裝機(jī)械凸輪來(lái)解決“相位控制”問(wèn)題，機(jī)械凸輪的優(yōu)缺點(diǎn)眾所皆知。

我們采用主軸上安裝旋轉(zhuǎn)編碼器配合plc的篼速汁數(shù)模塊、中斷輸入模塊等構(gòu)成“電凸輪”的方法來(lái)解決。旋轉(zhuǎn)編碼器轉(zhuǎn)一圈發(fā)出360個(gè)脈沖，1個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)主軸旋轉(zhuǎn)r.plc記錄送入的脈沖數(shù)，用手程序編制中，能方便的解決相位控制問(wèn)題。當(dāng)脈沖頻率篼時(shí)速計(jì)數(shù)器才不致將脈沖丟失。

4.3關(guān)于離速響應(yīng)問(wèn)題plc由于存在物理滯后（由輸入延遲、輸出延遲所引起）與邏輯滯后（由plc順序掃描t作方式與輸人、輸出處理方式所引起）帶來(lái)r輸入/輸出響應(yīng)滯后的問(wèn)題，由于自動(dòng)線追求篼速化，采用plc作為自動(dòng)線的控制器對(duì)響應(yīng)滯后不得不引起高度重視。例如輸人信號(hào)出現(xiàn)時(shí)間短，程序掃描時(shí)間長(zhǎng)，就將導(dǎo)致輸入信號(hào)的失。我們?cè)谠O(shè)計(jì)中、低檔plc控制篼速自動(dòng)線程序時(shí)，曾采用以下一些方法來(lái)解決這類(lèi)問(wèn)題：u）。合理選用plc臺(tái)數(shù)及每臺(tái)plc控制范圍，減少控制程序長(zhǎng)度以縮短掃描周期；（b）。合理選擇（安排）高速輸人點(diǎn)與高速輸出點(diǎn)；（c）恰當(dāng)使用中斷功能及安排中斷服務(wù)程序內(nèi)容；（d）主程序的合理安排；u）予程序、刷新（直接輸人、輸出）指令及其他指令的合理選用（如fx2的移位寄存器功能指令，指令執(zhí)行的時(shí)間太長(zhǎng)，可用一般指令荇代）。

5結(jié)束包裝機(jī)械plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)該滿(mǎn)足其基本功能的要求。但這樣一個(gè)系統(tǒng)中plc的選擇，plc外部電路的設(shè)計(jì)及控制程度的設(shè)計(jì)均較復(fù)雜。

本文介紹的一些實(shí)際體會(huì)，希望在推動(dòng)plc在各類(lèi)自動(dòng)線控制系統(tǒng)的應(yīng)用中能起一些作用。