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引言

我國(guó)煙草行業(yè)在20世紀(jì)80年代初至90年代初大量 引進(jìn)了德國(guó)某公司生產(chǎn)的包裝機(jī)組，這些設(shè)備投入運(yùn)行的時(shí)間較長(zhǎng)，其電氣控制系統(tǒng)處于老化、失修狀態(tài)， 使B1機(jī)組的故障率提高，同時(shí)因?yàn)槠浜?jiǎn)單的顯示系統(tǒng)經(jīng) 常出現(xiàn)故障誤顯示，給維修造成一定困難,從而使維修費(fèi) 用大大增加。而且隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，這些 采用邏輯線路板作為控制系統(tǒng)的電控系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能 滿足生產(chǎn)的要求。

因此，采用新技術(shù)和新方法對(duì)其電控系統(tǒng)進(jìn)行改造已 經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。

本文主要論述了應(yīng)用PLC、觸摸屏和變頻技術(shù)對(duì)包裝機(jī)組的大條硬皮包裝機(jī)部分的控制系統(tǒng)進(jìn)行改造的具體實(shí)現(xiàn)方法。

1 電控系統(tǒng)改造任務(wù)分析與實(shí)現(xiàn)

任務(wù)是把從上位機(jī)透明紙小包包裝機(jī)送來(lái) 的煙包包成硬盒條包。備用的條盒紙放在硬條包裝 機(jī)的存紙盒里，機(jī)器工作時(shí)，通過吸嘴負(fù)壓從存紙盒中一 張一張地吸出。

如果沒有小包輸入或不足1。包時(shí)，則條盒紙會(huì)自動(dòng) 停止輸送，相應(yīng)地不涂膠，也不進(jìn)入包裝轉(zhuǎn)塔。

下面介紹機(jī)器的包裝工藝過程。

如圖1所示，上位機(jī)是兩盒煙包摞成一堆送給以適應(yīng)5X2結(jié)構(gòu)的條包要求。送來(lái)的一堆包件通過兩個(gè) 反射式光電開關(guān)（B1/2和B1/3）檢測(cè)產(chǎn)成一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖 信號(hào)加到雙向計(jì)數(shù)器上，左側(cè)數(shù)碼管顯示從。變到1；第 二堆送進(jìn)后又由1變?yōu)?……第五堆送進(jìn)后右側(cè)數(shù)碼管 （條計(jì)數(shù)顯示）則顯示為1,與此同時(shí)左側(cè)數(shù)碼管顯示是由 4變?yōu)?,這表明已滿足5X2構(gòu)成,計(jì)數(shù)器產(chǎn)生索取一個(gè) 條皮的電信號(hào)。使吸取通道打開，條皮便從條皮匣（圖1 中的①）吸取出來(lái)。吸取桿把吸出的條皮轉(zhuǎn)移到傳送軌道 上第一個(gè)傳送輾上（圖1中的③），這時(shí)有一個(gè)檢測(cè)器檢驗(yàn) 條皮吸出和它的同步送進(jìn)，同時(shí)開啟接近開關(guān)（B1/5）,使 操作盤下右側(cè)條計(jì)數(shù)值減1。

皮離開最后一堆傳送輻時(shí)，準(zhǔn)直桿把條皮移進(jìn)擠壓臺(tái)，并 使條皮置于準(zhǔn)確朝向沖頭（圖1中的⑦）的位置上。同時(shí) 兩個(gè)操縱桿把條皮的前端壓向點(diǎn)式涂膠裝置（圖1中的 ⑥）的膠盤，使條皮頂邊有了許多膠點(diǎn)。接著沖頭壓向條 皮底部，把條皮壓進(jìn)有四個(gè)模腔的折合轉(zhuǎn)塔內(nèi)（圖1中的 ?）。條皮被壓進(jìn)轉(zhuǎn)塔模腔的同時(shí)，條皮的兩端側(cè)的后面 小折邊（圖2中的①）被折彎。接著轉(zhuǎn)塔旋轉(zhuǎn)90。,使已裝 有條皮的模腔朝向包件喂料傳送軌道。此時(shí)，待包包件恰 好被送到推煙器前面，正對(duì)著轉(zhuǎn)塔模腔，先檢驗(yàn)其5 * 2結(jié) 構(gòu)，并無(wú)一盒是受損的。包件裝入條皮盒后，頂部折合器 （圖1中的⑩）把條皮上邊的長(zhǎng)折邊折下（圖2中的②）。

 

 

接著轉(zhuǎn)塔再旋轉(zhuǎn)90°,并在旋轉(zhuǎn)過程中將條皮的下面 長(zhǎng)折邊向上折起，與已折下的上折邊點(diǎn)式膠合起來(lái)，呈 圖2中⑤所示狀態(tài)。轉(zhuǎn)塔又旋轉(zhuǎn)90°的過程中通過半圓滑 槽將兩端側(cè)的前面小折邊（見圖2中的④）折合起來(lái)。最 后把兩端側(cè)的頂蓋折下（見圖2中的⑥），粘合成為完整的 一條，并送進(jìn)提升塔軌道，送進(jìn)下位機(jī)進(jìn)行透明紙外封裝。

2 機(jī)器的檢測(cè)控制系統(tǒng)

通過對(duì)包件、包裝材料以及機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程的檢測(cè)，實(shí) 現(xiàn)工藝過程控制和質(zhì)量保證控制。

2.1喂料計(jì)數(shù)器電路用到的檢測(cè)器

（1） B1/2 和 B1/3

它們是反射式光電開關(guān)。安裝在喂料傳送帶的始端： B1/2在前,Bl/3在后；二者之間距離略大于一盒煙包的 寬度。其示意圖見圖3。其檢測(cè)原理是：當(dāng)送入的一堆煙 包通過B1/2時(shí)，B1/2產(chǎn)生一■個(gè)脈沖電信號(hào)。之后這一堆 煙包又通過B1/3.B1/3又產(chǎn)生一個(gè)相同的脈沖電信號(hào)。 這兩個(gè)脈沖電信號(hào)在電路內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，作為記 錄這一堆煙包的計(jì)數(shù)信號(hào)。因此，每送入一堆煙后，利用 堆計(jì)數(shù)器信號(hào)使堆計(jì)數(shù)器加1;當(dāng)?shù)?堆煙包到后，因?yàn)?已滿足5*2結(jié)構(gòu)，條計(jì)數(shù)顯示器由。變?yōu)?；而堆計(jì)數(shù)顯 示器上復(fù)位為0,等待接收下一條的第一堆煙包的計(jì)數(shù)。

（2） B1/5是接近開關(guān)，用于條計(jì)數(shù)器的減1計(jì)數(shù)

當(dāng)條皮被吸下后由它給出計(jì)數(shù)輸入信號(hào)使條計(jì)數(shù)器 減1計(jì)數(shù)，若條計(jì)數(shù)顯示原為2,現(xiàn)在則顯示為1；若原顯 示為1,現(xiàn)在則顯示為0。

送入的一堆煙包

2.2條完整度檢驗(yàn)電路用到的檢測(cè)器

• B33是接近開關(guān)。共有10個(gè)，與一條中煙包的 5X2組成結(jié)構(gòu)完全對(duì)應(yīng)。在向轉(zhuǎn)塔推進(jìn)之前檢查小盒煙 包是否滿足10盒的數(shù)量。若滿足，機(jī)器正常運(yùn)行，可以包 條皮若不滿足，機(jī)器停車。
• B42是接近開關(guān)，用來(lái)引導(dǎo)10個(gè)B33進(jìn)行處檢。 在每次10個(gè)B33對(duì)條完整度檢驗(yàn)之前，當(dāng)“尋訪”凸輪的 凹口對(duì)準(zhǔn)B42時(shí)，它發(fā)出自檢指令信號(hào)，使設(shè)置的10個(gè) B33進(jìn)行自檢。若無(wú)一失效，則機(jī)器正常運(yùn)行下去，允許 B33檢驗(yàn)條完整度；若有任一失效，則說(shuō)明已無(wú)法檢驗(yàn)條 完整度，便停車。
• B44是接近開關(guān)。推煙器將經(jīng)過完整度檢驗(yàn)無(wú)誤 的包件推進(jìn)轉(zhuǎn)塔模腔的條皮盒內(nèi)，然后在其退回的過程中 由B42引導(dǎo)對(duì)B33進(jìn)行自檢，為下組包件的完整度檢驗(yàn) 做好準(zhǔn)備。當(dāng)推煙器退回到正確的等待位置（B44被推煙 器遮住的位置）之后，由B44阻斷B42引導(dǎo)對(duì)B33進(jìn)行自 檢。只要推煙器仍在正確的等待位置上，B42的尋訪凸輪 隨即又轉(zhuǎn)到其凹口所對(duì)準(zhǔn)的接近開關(guān)B42,也不進(jìn)行 自檢。

2.3電機(jī)過載保護(hù)的檢測(cè)器

B13是接近開關(guān)。經(jīng)過變速后的從動(dòng)軸上裝有一個(gè) 帶六個(gè)孔的金屬圓盤，B13貼近這個(gè)圓盤。圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí)， 其孔便周期性的對(duì)準(zhǔn)B13,使B13的狀態(tài)周期性地改變， 從而產(chǎn)生周期性電脈沖信號(hào)。該電脈沖信號(hào)周期T與電 路內(nèi)部設(shè)定的固定時(shí)間T0相比較，當(dāng)TT0時(shí)，說(shuō)明主電機(jī)機(jī)械過載已達(dá)到限定 值,機(jī)器便停車。

3控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)通過觸摸屏、變頻器、可編程控制器（PLC）實(shí) 現(xiàn)對(duì)大條包裝機(jī)電控系統(tǒng)的改造。其硬件結(jié)構(gòu)框圖如 圖4所示。

 

 

3.1 PLC的使用

在該設(shè)備中，產(chǎn)生輸入控制信號(hào)的設(shè)備有：工作方式 轉(zhuǎn)換開關(guān)、每個(gè)電機(jī)的啟停按鈕、自動(dòng)方式下的啟停按鈕、 急停按鈕、每個(gè)交流接觸器的輔助常開觸點(diǎn)、低壓斷路器 的輔助常開觸點(diǎn)和金屬檢測(cè)傳感器的信號(hào)輸入等。輸出 設(shè)備主要有：毎個(gè)電機(jī)的交流接觸器及其對(duì)應(yīng)的在配電柜 上的運(yùn)行狀態(tài)指示、電磁閥及其狀態(tài)指示、兩個(gè)變頻器的 控制信號(hào)和故障報(bào)警等。因此，該設(shè)備共需要50多點(diǎn)的 輸入信號(hào)，10多點(diǎn)的輸出信號(hào)，按照選擇可編程序控制器 的原則，考慮到以后擴(kuò)展的需要，1/0點(diǎn)數(shù)留有一定的余 量，其I/O點(diǎn)數(shù)為60/15。本套設(shè)備中的可編程控制器選 用日本0MRON -CS1機(jī)型作為控制主機(jī)，根據(jù)實(shí)際需要 組態(tài)PLC,控制性能和頻率響應(yīng)滿足并符合原有的邏輯 和速度要求。

3.2觸摸屏的使用

觸摸屏采用某公司UG420H-SC。觸摸屏實(shí)現(xiàn)了 故障報(bào)警、計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)的實(shí)時(shí)顯示和開關(guān)按鈕目標(biāo)值的設(shè)定 以及報(bào)警信息提示等功能。電腦與觸摸屏之間的畫面通 過電纜UG00C-T傳送，PLC和觸摸屏之間則通過RS- 232電纜傳送。PLC作為中央處理單元，由于其本身不具 備人機(jī)交互功能，在工藝參數(shù)較多，需要人機(jī)交互時(shí)，使用 具有觸摸操作功能的觸摸屏就是一種很好的選擇。在本 套電控系統(tǒng)中，觸摸屏顯示和PCL實(shí)時(shí)交換信息，監(jiān)控整 個(gè)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，顯示監(jiān)控信息和故障信息，通過觸摸 屏和PLC結(jié)合使用，可以在觸摸屏中直接設(shè)定開關(guān)量，并 可實(shí)時(shí)監(jiān)控電控系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況。

3.3電機(jī)的使用

由于原先的直流電機(jī)是通過電刷的換向來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)的，電 刷易損壞又十分昂貴，且由直流調(diào)速板控制的電機(jī)其控制 電路復(fù)雜,成本高，所以該系統(tǒng)中將原系統(tǒng)直流電機(jī)改造 為由變頻器加交流電機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)。這樣大大提高了驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和性價(jià)比。

4電控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

4.1 PLC軟件方案的設(shè)計(jì)

PLC工作穩(wěn)定可靠，適用于邏輯運(yùn)算。用PLC替代 邏輯線路板，可大大減少故障發(fā)生率，簡(jiǎn)化了電控系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)，便于維修和保養(yǎng)。PLC軟件編程是整個(gè)系統(tǒng)的控制 核心。選用OMRON-CS1機(jī)型作為控制主機(jī)。一是輸 出給變頻器轉(zhuǎn)速信號(hào)，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速；二是按照一定的控 制策略給出執(zhí)行單元的控制信號(hào)。從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)包裝機(jī) 電控系統(tǒng)的檢測(cè)控制。同時(shí)，與觸摸屏進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，為 其提供顯示數(shù)據(jù)，并對(duì)觸摸屏輸入的信息進(jìn)行處理等。在 使用PLC軟件編程時(shí)，應(yīng)注意的是PLC程序的掃描周期 是否符合機(jī)器的包裝速度。大條包裝機(jī)的包裝速度為每 分鐘8000支煙，每20支為一包，則每分鐘包400包，所以 本套設(shè)備的包裝速度約為150 ms每包，即1. 5 s每包，遠(yuǎn) 遠(yuǎn)低于本系統(tǒng)中PLC的掃描速度。完全符合大條包裝機(jī) 的包裝速度。PLC軟件方案程序流程圖如圖6所示。

 

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