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0引言

枕式包裝機是食品、醫(yī)藥等包裝行業(yè)中應(yīng)用非常廣泛的一種包裝機械,是一種以運動控制為主導(dǎo)的機器。傳統(tǒng)的枕式包裝機主要采用差速齒輪箱結(jié)構(gòu)，優(yōu)點是運行穩(wěn)定，缺點是噪音較大，機械部分容易損壞，封裝規(guī)格的調(diào)整及包裝尺寸的調(diào)整十分麻煩。隨著計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展,PLC技術(shù)日益成熟，應(yīng)用越來越廣泛。包裝機的主機系統(tǒng)開始采用PLC和伺服控制器作為控制系統(tǒng)核心，可以使包裝速度高、定位準確，且系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。然而傳統(tǒng)的電機驅(qū)動器提供了豐富的運動控制功能，但邏輯控制和復(fù)雜運算功能卻比較弱，而普通的PLC提供了全面的邏輯控制功能，但又很難具備運動控制的全部功能。因此PLC和伺服控制器配合使用的方式存在高速數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)同步和精確控制等方面的問題。西門子新一代的運動控制平臺SimotionD是為以運動控制起主導(dǎo)作用的機器而設(shè)計的,本身集成了邏輯控制與運動控制，可以獨立完成以往PLC加電機調(diào)速器的所有功能，可以實現(xiàn)由一個開發(fā)環(huán)境解決所有運動控制、邏輯及工藝的控制問題，并且它還能夠提供所有必要的工具，從編程到參數(shù)設(shè)定,從測試到故障診斷。因此基于SimotionD控制系統(tǒng)的包裝機可以大大提高生產(chǎn)效率。

.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)的硬件總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

其中變頻器通過RS485232轉(zhuǎn)換后與上位機通信,用來控制吸氣或吹氣的強度，這由生產(chǎn)工藝

圖1硬件總體結(jié)構(gòu)框圖

決定;S7-200PLC及擴展模塊通過RS485與上位機通信用來控制橫封及縱封裝置的溫度。此控制系統(tǒng)的核心是SimotionD425₀SimotionD425.是新一代的運動控制器，可以控制1到16個電機軸，通過DRIVE-CLiQ接口與Sinamics驅(qū)動模塊進行數(shù)據(jù)交換,在此系統(tǒng)中它通過以太網(wǎng)接口與上位機通信，其突出優(yōu)點有： •

(1)強大的工程設(shè)計，組態(tài)及平臺SimotionScout,可以實現(xiàn)工藝參數(shù)及曲線的實時跟蹤(TraceandMeasurement)，便于調(diào)試及進行故障診斷,并可以對參數(shù)進行驗證和優(yōu)化。

(2)相對獨立的背板散熱和電路板保護涂層,可以保證電氣柜的高防護等級，滿足惡劣環(huán)境對電氣設(shè)備的要求:長期,穩(wěn)定和小維護量。

(3)主動前端技術(shù)和電能回饋技術(shù)。主動前端(ActiveFrontEnd)技術(shù)保證了直流母線的電壓，防止電網(wǎng)電壓的波動對連續(xù)生產(chǎn)產(chǎn)生影響。而電能回饋技術(shù)保證了系統(tǒng)的四象限運行，使系統(tǒng)更加節(jié)能。

(4)極高的調(diào)速精度,Sinamics系列伺服驅(qū)動可以實現(xiàn)壓頻(VF)控制，矢量控制(VectorCon-血1),伺服控制(ServeControl),頻率輸出精度達0.01%,保證了調(diào)速的精確性和穩(wěn)定性。

2系統(tǒng)組成

枕式包裝機要完成成型、定位和封口等功能,主要包括以下幾個系統(tǒng)部分；

1. 電氣控制系統(tǒng)。電源采用三相380V50Hz供電，主機的電氣系統(tǒng)主要由伺服系統(tǒng)、PLC、變頻器、人機界面等組成。并在橫封刀軸、夾運鏈條、推板鏈條及送料鏈條上分別安裝一個接近開關(guān),位置為系統(tǒng)的零點;在送膜軸上安裝一個光電開關(guān)用來檢測色標(biāo)。-'
2. 封切系統(tǒng)。枕式包裝機的封切系統(tǒng)由橫封(上、下)和縱封(左右兩個)組成，其作用就是對包裝物品進行橫向和縱向的封裝。
3. 加熱系統(tǒng)。系統(tǒng)需要對橫封刀和縱封刀進行加熱，并進行溫度控制,采用熱電耦采集并控制封切刀的溫度，由PLC進行控制。
4. 伺服系統(tǒng)。此系統(tǒng)需要對五臺電機進行速度、位置的精確控制，其速度決定該包裝機的包裝速度。

.(5)縱封送料系統(tǒng)?？v封送料系統(tǒng)由伺服驅(qū)動送料輻,與橫切送料系統(tǒng)配合，根據(jù)包裝膜的袋長等技術(shù)指標(biāo)達到準確送膜并封切(橫切到包裝膜的色標(biāo)位置)的要求。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件在SimotionSCOUTV4.0平臺下編寫，運動控制程序用MCC語言編寫，通信部分程序用ST(StructuredText)語言編寫，程序的執(zhí)行有以下特點：

(1)執(zhí)行系統(tǒng)中的BackgroudTask任務(wù)被操作系統(tǒng)周期調(diào)用，其作用相當(dāng)于PLC中的0B1。

(2)TechnologicalFaultTask任務(wù)是當(dāng)系統(tǒng)中岀現(xiàn)報警時被調(diào)用,PerihperalFaultTask在外部IO出錯時被調(diào)用，如果這兩個任務(wù)沒有程序，系統(tǒng)將停機，所以將一個空程序分配給這兩個任務(wù)。

(3)MotionTask啟動一個運動任務(wù)，如定位等，MotionTask與BackgroundTask不同，MotionTask被調(diào)用后只執(zhí)行一次，該任務(wù)可以使用等待指令在執(zhí)行中無限期等待，但執(zhí)行完后不會自動再次執(zhí)行。

(4)BackgroundTask任務(wù)中不能使用等待指令，否則BackgroundTask運行超時會造成系統(tǒng)死機。

SimotionD下位機以Udp子程序接收主機的命令,解析并根據(jù)讀寫命令實現(xiàn)與SimotionD數(shù)據(jù)的交互。編程思路以流程圖方式說明，如圖3所示。

圖3上位機與SimotionW25的通信流程圖

以下為ST語言編寫的數(shù)據(jù)接收檢査并發(fā)送數(shù)據(jù)的部分通信程序主要代碼：