枕式包裝機(jī)與立式包裝機(jī)的區(qū)別主要在包裝食品的形狀上面來(lái)分，立式包裝機(jī)主要包顆粒狀、粉濟(jì)狀及液狀等食品，而枕式包裝機(jī)主要包裝一些具有一定形狀的塊狀食品，比如糖果、餅干等等。在華南地區(qū)的小型枕式包裝機(jī)由于競(jìng)爭(zhēng)激烈，價(jià)格低，利潤(rùn)空間小，為了控制成本他們大多數(shù)廠家使用單片機(jī)控制，但是使用單片機(jī)存?zhèn)€一些問(wèn)題，比如干擾、以及修改程序不太方便。日本松下電工有限公司有一款小型PLC價(jià)格便宜且運(yùn)算速度快受到許多廠家的青睞，但是最近一兩年內(nèi)由于中國(guó)外貿(mào)交易的日益增加，尤其是歐洲地區(qū)，他們對(duì)日韓地區(qū)的產(chǎn)品的認(rèn)可度不夠，為此這些廠家只能選擇歐美地區(qū)產(chǎn)品，也就是這樣一個(gè)機(jī)會(huì)西門子小型PLC在枕式包裝機(jī)上開(kāi)始了初始的使用。但是在使用的過(guò)程中也遇到一些問(wèn)題。本文主要來(lái)探討一下調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題與解決方式。
1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介
枕式雙變頻食品包裝機(jī)，其中最主要也是最難點(diǎn)就是控制兩臺(tái)變頻器的頻率以達(dá)到速度匹配的目的，此項(xiàng)目中S7-1200為控制系統(tǒng)核心，G110變頻器為驅(qū)動(dòng)部分核心，2009年，首臺(tái)以S7-1200為控制系統(tǒng)核心的枕式包裝機(jī)出口德國(guó)，時(shí)至今日，運(yùn)行還是相當(dāng)穩(wěn)定。
2 工藝流程介紹
2.1產(chǎn)品工藝
枕式包裝機(jī)主要完成成型、定位、包裝和封口等功能。主要包括以下幾個(gè)系統(tǒng)部分：
封切系統(tǒng)，加熱系統(tǒng)，變頻調(diào)速系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)。
包裝機(jī)控制方式分為定長(zhǎng)跟蹤方式、色標(biāo)跟蹤方式。主要驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為：
（1）設(shè)定袋長(zhǎng)與實(shí)際袋長(zhǎng)誤差不得大于2mm。
（2）當(dāng)設(shè)定袋長(zhǎng)發(fā)生改變時(shí)，三包內(nèi)必須達(dá)到正常的誤差范圍內(nèi)。
（3）包裝規(guī)格為：最大200mm袋長(zhǎng)，150bag/min。
操作步驟：
（1）設(shè)定好參數(shù)，檢查包裝膜是否裝好，色標(biāo)光電是否完好。
（2）按下手動(dòng)按鈕，測(cè)試包裝袋子是否完好。
（3）按下自動(dòng)按鈕，隨機(jī)釆樣測(cè)量是否付合要求。
2.2設(shè)備工藝流程
根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)要求工藝如圖所示
3 方案確定
枕式包裝機(jī)程序流程看起來(lái)非常的簡(jiǎn)單，但是內(nèi)部的計(jì)算卻是非常的繁雜，現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)的大多數(shù)國(guó)內(nèi)商家還是在使用一些單片機(jī)、或是一些價(jià)格低廉的PLC（松下），由于他們一些國(guó)外的客戶的需求及競(jìng)爭(zhēng)的日益劇烈使他們也開(kāi)始了設(shè)備功能及品牌上面的升級(jí)，西門子PLC就在這個(gè)環(huán)境下進(jìn)入了這個(gè)行業(yè)，剛開(kāi)始設(shè)計(jì)的時(shí)候由于考慮價(jià)格的問(wèn)題初期選擇了西門子S7-200系列PLC，在最后的調(diào)試階段中發(fā)現(xiàn)PLC的掃描周期與松下PLC相比大了5倍以上，由于計(jì)算中使用了數(shù)據(jù)釆集的功能，而數(shù)據(jù)釆集又與掃描周期有很大的關(guān)聯(lián)，間接性影響了包裝的精確度。于是最終選擇了比S7-200運(yùn)算速度更快的S7-1200系列PLC。
S7-1200的突出特點(diǎn)：
· 模塊化設(shè)計(jì)、功能強(qiáng)大、易于使用。
通用的接口、強(qiáng)大的通訊功能以及簡(jiǎn)單且與眾不同的集成工程組態(tài)軟件帶給你全新的應(yīng)用感受。
· 實(shí)現(xiàn)小型自動(dòng)化系統(tǒng)的可擴(kuò)展設(shè)計(jì)---源于模塊化設(shè)計(jì)理念。
SIMATIC S7-1200具有集成PROFINET接口、強(qiáng)大的集成工藝功能和靈活的可擴(kuò)展性等特點(diǎn)，為各種工藝任務(wù)提供了簡(jiǎn)單的通訊和有效的解決方案，尤其滿足多種應(yīng)用中完全不同的自動(dòng)化需求。
· 快速、簡(jiǎn)單、靈活的工業(yè)通訊。
· 將強(qiáng)大的工藝功能集于一身。
(1) PLCopen 動(dòng)動(dòng)功能塊
(2) 驅(qū)動(dòng)調(diào)試控制面板
(3) PID調(diào)試控制面板
4 產(chǎn)品硬件配置
PLC選擇S71200系列的CPU1214; 變頻器選擇西門子G110系列變頻器0.4KW、0.75KW各一臺(tái)。
兩臺(tái)變頻器分別控制切刀與，送紙電機(jī)的速度來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的包裝速度與袋長(zhǎng)的需求。
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5 軟件開(kāi)發(fā)
PLC I/O 分配圖
變頻器參數(shù)表
PLC通過(guò)模擬量控制兩臺(tái)變頻器，程序的最大難點(diǎn)就在于數(shù)據(jù)的計(jì)算，下面就此機(jī)的程序運(yùn)算方法進(jìn)行探討。
首先在程序中送膜速度及切刀速度值為0-999的值,即是把頻率分成了1000等分，通過(guò)控制速度的千分比來(lái)控制模擬量的輸出來(lái)達(dá)到控制變頻器頻率的目的。因?yàn)榍械毒幋a器的位置與切刀位置的速度比為2：1，切刀每旋轉(zhuǎn)180度可以切一包，所以當(dāng)編碼器旋轉(zhuǎn)一周即等同于切刀切一次。每分鐘包裝數(shù)就等于每分鐘切刀切割次數(shù)，也等于每分鐘編碼器旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)。由此假設(shè)編碼器速度與電機(jī)轉(zhuǎn)速比為：I編碼/電機(jī)
包裝速度為：V包裝
電機(jī)轉(zhuǎn)速為：N電機(jī)
變頻輸出頻率為：f變頻
電機(jī)極對(duì)數(shù)為：P電機(jī) 由下式：
N電機(jī) = V包裝 * I編碼/電機(jī) ①
N電機(jī) = 60f變頻/P電機(jī) ②
由①、② 可得:
f變頻 = V包裝 * I編碼/電機(jī) * P電機(jī) / 60
已知電機(jī) P電機(jī) = 2 所以：
f變頻 = V包裝 * I編碼/電機(jī) / 30 ③
而頻率的千分比為：
F千分比 = ( f變頻 / f變頻最高 ) * 1000 ④
由 ③、④可得到下式：
F千分比 = （V包裝 * I編碼/電機(jī) / 30 * f變頻最高 ) * 1000
如子程序CALL_0中程序段7所示:
由同樣的原理可知送紙變頻器頻率的初始化為：
假設(shè) ：包裝袋長(zhǎng)為 :L袋
走紙減速比為:I走紙
走紙筒直徑為:D滾筒
走紙變頻器頻率千分比：F千分比， 可得：
F千分比 = （I走紙 * L袋 * V包裝 / f變頻最高 * 30 * 3.14 * D滾筒 ） * 1000
公式的理解：
滾筒的周長(zhǎng) = Π * D滾筒 = 3.14 * D滾筒 ⑤
一分鐘走紙總長(zhǎng)度 = I走紙 * L袋 * V包裝 ⑥
由 ⑤、 ⑥ 可知：
一分鐘走紙旋轉(zhuǎn)的圈數(shù) = 一分鐘走紙總長(zhǎng)度 / 滾筒的周長(zhǎng) = 紙筒的轉(zhuǎn)速
由紙筒的轉(zhuǎn)速和減速比便可知送紙電機(jī)的轉(zhuǎn)速，然后由②便可得到所需要的頻率值f。
那么 F千分比 = f / f變頻最高 * 1000
如子程序CALL_0中程序段8所示:
程序中：
DT114（紙的原始千分比） =（ 走紙減速比 * 包裝袋長(zhǎng) * 包裝速度 / 最高頻率 * 30 * 3.14 * 走紙筒直徑 ）* 1000
DT6（實(shí)際千分比）= DT114 + WR251（紙長(zhǎng)校對(duì)系數(shù)）
其中WR251為紙長(zhǎng)校對(duì)系數(shù)，是系統(tǒng)自己計(jì)算出來(lái)的偏差補(bǔ)償值。變頻器最終的頻率值由DT6決定。
校對(duì)系數(shù)的準(zhǔn)確性直接影響了設(shè)備的精確性及快速反應(yīng)的能力，其計(jì)算的原理就是釆樣求平均值，然后拿平均值與理論值相比較的差值即為校對(duì)系數(shù)參考值。釆樣越多就越接近實(shí)際值，此程序選擇釆樣數(shù)為400個(gè)，由于一個(gè)掃描期只能釆樣一個(gè)數(shù)據(jù)所以如果選擇一個(gè)不合適的數(shù)量可能會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)滯后或有很大的波動(dòng)。
如main程序中程序段16所示：
程序中每個(gè)掃描從數(shù)組中讀取一個(gè)數(shù)值然后送到累計(jì)值（MD10）中相加，直到取到400個(gè)數(shù)后求平均值，結(jié)果與理論值（MD300）相減就可得到校正系數(shù)（WR251）
系統(tǒng)中關(guān)于偏差的判斷與糾正也是這個(gè)程序的主要計(jì)算的一部分，在這個(gè)系統(tǒng)中當(dāng)速度確定后，那么切刀的轉(zhuǎn)速就是恒定不變的，那么當(dāng)切刀旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，那么走紙編碼器也應(yīng)該剛好走一個(gè)袋長(zhǎng)。由此可知走紙實(shí)時(shí)參考值 = 切刀編碼器值*(包裝袋長(zhǎng)/滾筒周長(zhǎng))*編碼器線比例+切斷位置理論編碼理論值如CALL_4中程序段4和5所示：
接下來(lái)把走紙過(guò)程分為上下兩部分進(jìn)行校正，實(shí)際參考值與半個(gè)袋長(zhǎng)值相比較如程序CALL_4中程序段6，上半個(gè)袋長(zhǎng)的修正如程序段7，下半個(gè)袋長(zhǎng)的修正如程序8所示：
數(shù)據(jù)釆集的主要內(nèi)容是每個(gè)掃描周期中當(dāng)前紙變頻器的實(shí)際頻率千分比（DT6）與前面的校正系數(shù)的計(jì)算是密切關(guān)聯(lián)的。
6 應(yīng)用體會(huì)
SIMATIC S7-1200控制器的使用提升了設(shè)備本身的品牌與檔次，拉開(kāi)了與其他同行設(shè)備，有助于開(kāi)拓歐美市場(chǎng)，由于PLC本身自帶以太網(wǎng)口，首先大大提高了PLC與人機(jī)界面的通訊速度，其次以太網(wǎng)是以后工控設(shè)備通訊的走向，早期進(jìn)入對(duì)其以后的競(jìng)爭(zhēng)有著很大的優(yōu)勢(shì)。
7 意見(jiàn)與建議
SIMATIC S7-1200控制器自帶的以太網(wǎng)口通訊速度雖然很快，但這就要求配對(duì)的人機(jī)界面也需要帶以太網(wǎng)口，西門子雖然也出了KTP系列的產(chǎn)品，但是由于各種原因客戶暫時(shí)還未能接受。本系統(tǒng)中使用的是WENVIEW的產(chǎn)品。如果能一整套使用西門子產(chǎn)品的話那樣效果會(huì)更加優(yōu)越。
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（轉(zhuǎn)載）
