枕式包裝機與立式包裝機的區(qū)別主要在包裝食品的形狀上面來分，立式包裝機主要包顆粒狀、粉濟狀及液狀等食品，而枕式包裝機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)的小型枕式包裝機由于競爭激烈，價格低，利潤空間小，為了控制成本他們大多數(shù)廠家使用單片機控制，但是使用單片機存?zhèn)€一些問題，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價格便宜且運算速度快受到許多廠家的青睞，但是最近一兩年內(nèi)由于中國外貿(mào)交易的日益增加，尤其是歐洲地區(qū)，他們對日韓地區(qū)的產(chǎn)品的認可度不夠，為此這些廠家只能選擇歐美地區(qū)產(chǎn)品，也就是這樣一個機會西門子小型PLC在枕式包裝機上開始了初始的使用。但是在使用的過程中也遇到一些問題。本文主要來探討一下調(diào)試過程中遇到的問題與解決方式。
1 項目簡介
枕式雙變頻食品包裝機，其中最主要也是最難點就是控制兩臺變頻器的頻率以達到速度匹配的目的，此項目中S7-1200為系統(tǒng)核心，G110變頻器為驅(qū)動部分核心，2009年，首臺以S7-1200為控制系統(tǒng)核心的枕式包裝機出口德國，時至今日，運行還是相當穩(wěn)定。
2 工藝流程介紹
2.1產(chǎn)品工藝
枕式包裝機主要完成成型、定位、包裝和封口等功能。主要包括以下幾個系統(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)。
包裝機控制方式分為定長跟蹤方式、色標跟蹤方式。主要驗收標準為：
(1)設定袋長與實際袋長誤差不得大于2mm。
(2)當設定袋長發(fā)生改變時，三包內(nèi)必須達到正常的誤差范圍內(nèi)。
(3)包裝規(guī)格為：最大200mm袋長，150bag/min。
操作步驟
(1)設定好參數(shù)，檢查包裝膜是否裝好，色標光電是否完好。
(2)按下手動按鈕，測試包裝袋子是否完好。
(3)按下自動按鈕，隨機釆樣測量是否付合要求。
2.2
設備工藝流程
根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)要求工藝如圖2.1所示
圖2.1 包裝機自動控制流程圖
3 方案確定
枕式包裝機程序流程看起來非常的簡單，但是內(nèi)部的計算卻是非常的繁雜，現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)的大多數(shù)國內(nèi)商家還是在使用一些單片機、或是一些價格低廉的PLC(松下)，由于他們一些國外的客戶的需求及競爭的日益劇烈使他們也開始了設備功能及品牌上面的升級，西門子PLC就在這個環(huán)境下進入了這個行業(yè)，剛開始設計的時候由于考慮價格的問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運算速度更快的S7-1200系列PLC。
S7-1200的突出特點：
· 模塊化設計、功能強大、易于使用。
通用的接口、強大的通訊功能以及簡單且與眾不同的集成工程組態(tài)軟件帶給你全新的應用感受。
· 實現(xiàn)小型自動化系統(tǒng)的可擴展設計---源于模塊化設計理念。
SIMATIC S7-1200具有集成PROFINET接口、強大的集成工藝功能和靈活的可擴展性
等特點，為各種工藝任務提供了簡單的通訊和有效的解決方案，尤其滿足多種應用中完全不同的自動化需求。
· 快速、簡單、靈活的工業(yè)通訊。
· 將強大的工藝功能集于一身。
(1) PLCopen 動動功能塊
(2) 驅(qū)動調(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。
圖4-1，PLC控制接線圖
兩臺變頻器分別控制切刀與，送紙電機的速度來實現(xiàn)不同的包裝速度與袋長的需求。
5 軟件開發(fā)
表格5-1，PLC I/O 分配圖
表格5-2，變頻器參數(shù)表
PLC通過模擬量控制兩臺變頻器，程序的最大難點就在于數(shù)據(jù)的計算，下面就此機的程序運算方法進行探討。
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，通過控制速度的千分比來控制模擬量的輸出來達到控制變頻器頻率的目的。因為切刀編碼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)。由此假設編碼器速度與電機轉(zhuǎn)速比為：I編碼/電機
包裝速度為：V包裝
電機轉(zhuǎn)速為：N電機
變頻輸出頻率為：f變頻
電機極對數(shù)為：P電機 由下式：
N電機 = V包裝 * I編碼/電機 ①
N電機 = 60f變頻/P電機 ②
由①、② 可得:
f變頻 = V包裝 * I編碼/電機 * P電機 / 60
已知電機 P電機 = 2 所以：
f變頻 = V包裝 * I編碼/電機 / 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 / 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 ：包裝袋長為 :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 = Π * D滾筒 = 3.14 * D滾筒 ⑤
一分鐘走紙總長度 = 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) = 一分鐘走紙總長度 / 滾筒的周長 = 紙筒的轉(zhuǎn)速
由紙筒的轉(zhuǎn)速和減速比便可知送紙電機的轉(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 * 包裝速度 / 最高頻率 * 30 * 3.14 * 走紙筒直徑 ) * 1000
DT6(實際千分比)= DT114 + WR251(紙長校對系數(shù))
其中WR251為紙長校對系數(shù)，是系統(tǒng)自己計算出來的偏差補償值。變頻器最終的頻率值由DT6決定。
校對系數(shù)的準確性直接影響了設備的精確性及快速反應的能力，其計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系數(shù)參考值。釆樣越多就越接近實際值，此程序選擇釆樣數(shù)為400個，由于一個掃描期只能釆樣一個數(shù)據(jù)所以如果選擇一個不合適的數(shù)量可能會出現(xiàn)反應滯后或有很大的波動。
如main程序中程序段16所示：
程序中每個掃描從數(shù)組中讀取一個數(shù)值然后送到累計值(MD10)中相加，直到取到400個數(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)中關于偏差的判斷與糾正也是這個程序的主要計算的一部分，在這個系統(tǒng)中當速度確定后，那么切刀的轉(zhuǎn)速就是恒定不變的，那么當切刀旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，那么走紙編碼器也應該剛好走一個袋長。由此可知走紙實時參考值 = 切刀編碼器值*(包裝袋長/滾筒周長)*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：
接下來把走紙過程分為上下兩部分進行校正，實際參考值與半個袋長值相比較如程序CALL_4中程序段6，上半個袋長的修正如程序段7，下半個袋長的修正如程序8所示：
數(shù)據(jù)釆集的主要內(nèi)容是每個掃描周期中當前紙變頻器的實際頻率千分比(DT6)與前面的校正系數(shù)的計算是密切關聯(lián)的。
6 應用體會
SIMATIC S7-1200控制器的使用提升了設備本身的品牌與檔次，拉開了與其他同行設備，有助于開拓歐美市場，由于PLC本身自帶以太網(wǎng)口，首先大大提高了PLC與人機界面的通訊速度，其次以太網(wǎng)是以后工控設備通訊的走向，早期進入對其以后的競爭有著很大的優(yōu)勢。
7 意見與建議
SIMATIC S7-1200控制器自帶的以太網(wǎng)口通訊速度雖然很快，但這就要求配對的人機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)品的話那樣效果會更加優(yōu)越。
參考文獻
[1] SIMATIC S7-1200系統(tǒng)手冊:高速計數(shù)器HSC指令的編程,FieldWrite 與FieldRead 指令的應用。
[2] SINAMICS G110簡明操作手冊:電機參數(shù)設定，數(shù)字輸入端參數(shù)設定。
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（轉(zhuǎn)載）
