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西門子S7-200 應(yīng)用在枕式包裝機(jī)


    前言 
    • 近年來,我國食品包裝技術(shù)得到了快速發(fā)展。在引進(jìn)國外包裝機(jī)械的基礎(chǔ)上,國內(nèi)機(jī)械制造廠商通過消化吸收,發(fā)展創(chuàng)新,使我國的包裝機(jī)械制造水平有了很大的提高。
    • 按包裝機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)來劃分,食品包裝機(jī)械可以分為立式包裝機(jī)與枕式包裝機(jī)。顧名思義,立式包裝機(jī)是從上到下的包裝過程,包裝的食品類型一般為顆粒,粉末,液體,例如日常生活中的食鹽、牛奶等;枕式包裝機(jī)是平面包裝的,包裝的食品類型一般為塊狀的,例如方便面,冰糕,蛋糕等。
    本文主要基于枕式包裝機(jī)進(jìn)行說明。 
    機(jī)械結(jié)構(gòu)(枕式包裝機(jī))
    主要由撥叉、膜輥、色標(biāo)傳感器、切刀以及橫封和縱封構(gòu)成:
    1. 撥叉安裝在傳輸帶上主要起傳輸、分離包裝物的作用
    2. 膜輥起送膜的作用
    3. 色標(biāo)傳感器檢測薄膜上的色標(biāo)信號
    4. 切刀把包裝后的包裝物切割成包裝袋,由于切刀上有加熱裝置,切刀兼有橫封的作用
    5. 另外該機(jī)械還包括縱封部分,把側(cè)面的薄膜粘合起來

    系統(tǒng)要求:
    • 膜輥直徑:66.88mm
    • 切刀直徑:120.00mm
    • 切刀電機(jī)傳動比:9:1
    • 膜電機(jī)傳動比:9:1
    • 切刀旋轉(zhuǎn)軸外接編碼器360 線
    • 包裝規(guī)格:袋長(50-500)mm
    • 包裝速度:150 袋/分鐘
    • 切割精度:小于等于2.00mm
    • 切刀電機(jī)功率:700W
    • 進(jìn)膜電機(jī)功率:700W
    設(shè)計依據(jù):
    • 利用PLC 高速脈沖輸出通道發(fā)送的脈沖信號,實現(xiàn)對伺服驅(qū)動器的位置及速度控制
    • 利用PLC 的高速計數(shù)通道實現(xiàn)外接編碼器的位置反饋
    • 以切刀軸作為主軸,進(jìn)膜軸作為從動軸進(jìn)行控制
    • 利用色標(biāo)傳感器進(jìn)行位置檢測,PLC 經(jīng)過位置判斷,做簡單的位置閉環(huán)控制
    • 推導(dǎo)設(shè)計

    計算方法:
    • 計算******脈沖輸出能否滿足要求
    Rev =4096 units/rev
    C =D xπ
    =66.88 x 3.14159265
    =210mm
    Vmax =Lmax x PVmax
    =500 x 70
    =35000 mm/min
    Pmax =Vmax / C x Z x Rev / 60
    =35000 / 210 x 9 x 4096 /60
    =102400
    Precision =C / Z / Rev
    =0,0057 mm/unit
    推導(dǎo)結(jié)論: 精度2mm 〉Precision x 10 滿足條件
    PLC ******輸出頻率為100KHZ, 近似滿足條件
    軟件設(shè)計依據(jù)(一)補(bǔ)償方法:
    • 由于計算過程比較麻煩,這里不作詳細(xì)說明。總之不同包裝速度決定了不同的脈沖輸出頻率,把每次色標(biāo)檢測到的實際位置與理論位置進(jìn)行對比,按實際位置與理論位置之差進(jìn)行補(bǔ)償,補(bǔ)償按著位置差的千分之二進(jìn)行。
    • 實際的位置值是根據(jù)外接的編碼器來實現(xiàn)的,在每次檢測到色標(biāo)的時候,記錄實際值。每包裝一包切刀旋轉(zhuǎn)一周,編碼器記錄為0-360 度,一個周期后自動清零。
    軟件設(shè)計依據(jù)(二)象限判斷:
    • 由于此包裝機(jī)屬于經(jīng)濟(jì)型配置,伺服沒有位置閉環(huán)控制,沒有尋參功能。有鑒于此,軟件中添加了示教功能:即在進(jìn)行彩膜包裝時,如果更換新的包裝規(guī)格,要進(jìn)行示教,把第一個色標(biāo)檢測的位置值記錄下來,作為后面包裝過程中色標(biāo)檢測的判斷依據(jù)(理論位置)。
    • 在包裝過程中每次色標(biāo)檢測的位置與理論位置的差值進(jìn)行判斷,如果差值大于180度,送膜電機(jī)進(jìn)行追蹤補(bǔ)償,否則,送膜電機(jī)減速,進(jìn)行延遲補(bǔ)償。
    • 由于示教時色標(biāo)位置值(理論位置)是隨機(jī)的,可以在0-360 度的任意象限。因為要進(jìn)行差值計算,涉及了正向追蹤還是延遲補(bǔ)償?shù)膯栴},所以要根據(jù)具體情況采用不同的計算公式
    • 這里采用第一象限為例做簡單介紹:

    如果 0    如果 0    則 Delta_A=Act-T
    如果 180    變量名稱 表示符號 單位
    示教位置 T 度
    實際位置 Act 度
    差值 Delta_A 度
    
    本包裝機(jī)為枕式包裝機(jī)經(jīng)濟(jì)型配置方案,不但可以進(jìn)行定長包裝,還可以進(jìn)行色標(biāo)包裝,切割精度足夠滿足目前大多數(shù)食品加工廠家的要求,得到了廣泛的使用。在激烈的市場競爭中,節(jié)約成本是很多制造商的選擇。
    另外,在高端的包裝機(jī)方面,目前大多采用伺服控制器閉環(huán)控制。例如西門子SIMOTION 系統(tǒng):通過運(yùn)動控制器,不但可以直接利用系統(tǒng)的電子齒輪,電子凸輪等工藝模塊進(jìn)行控制,而且還具有疊加軸,虛軸等功能,系統(tǒng)的動態(tài)性能更高,定位精度更準(zhǔn)確。

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