1 引言
天津羅升企業(yè)有限公司的豐煒plc包括vh、vb0、vb1、vb2等多個系列，具有品質高、功能強大、性價比高等優(yōu)點，廣泛的應用在各個領域。vb1系列系vb-plc家族中專為高速輸入及定位控制應用而設計的控制器。通過其在包裝機械上的應用大幅的提高了包裝機械的自動化水平，促進了包裝機械的發(fā)展。
2 行業(yè)概況
包裝機械是指能完成全部或部分產品和商品包裝過程的機械。包裝過程包括充填、裹包、封口等主要工序，以及與其相關的前后工序，如清洗、堆碼和拆卸等。此外，包裝還包括計量或在包裝件上蓋印等工序。使用機械包裝產品可提高生產率，減輕勞動強度，適應大規(guī)模生產的需要，并滿足清潔衛(wèi)生的要求。
據統計，全球的包裝機械需求正以每年5.3%的速度增長，2005年的需求額已達290億美元。如此大的包裝機械市場為世界范圍內的包裝機械生產商們提供了廣闊的發(fā)展空間。有資料顯示，2005年我國包裝機械產量已達到67萬臺(套)，到2010年將增至93萬臺(套)。目前，我國包裝機械已成為機械工業(yè)中的十大行業(yè)之一。
從產品結構看，我國包裝機械品種約有1300多種，配套數量少，缺少高精度和大型產品，不能滿足市場需求：產品質量差距表現在產品性能穩(wěn)定性和可靠性差，外觀造型不美觀，表面處理粗糙，許多元器件質量差，壽命短，可靠性低，影響了整體產品的質量；從企業(yè)狀況看，國內包裝機械行業(yè)缺少龍頭企業(yè)，生產規(guī)模大、產品檔次高的企業(yè)不多；從產品開發(fā)看，我國還基本停留在仿制階段，自行開發(fā)能力弱，科研經費僅占銷售額的1%，而國外高達8%～10%。總的來說，我國包裝機械和國際先進的產品相比，在產品的開發(fā)、性能、質量、可靠性、服務等方面的競爭中都處于劣勢。
3 項目開發(fā)
3.1 項目背景
本項目協助客戶開發(fā)設計的自動顆粒包裝機是量大面廣的通用機械產品，該機采用各種塑料復合薄膜或單膜對塊狀、顆粒狀、粉狀物料等進行包裝，能自動完成制袋、充填、封口、切斷等全部包裝過程，經過包裝的商品可以防潮、防霉、防污染、防氧化，延長儲存期。廣泛應用于輕工、食品、藥物、化工等各行各業(yè)，目前在我國內銷及出口產品包裝中運用非常廣泛。該包裝機主要是針對以往由單片機及步進組成的老系統存在的響應慢，精度低，生產率低，故障率高，噪音大，不穩(wěn)定等等一系列的缺點進行改進，進而為提高市場競爭力而研制的機型。
3.2 系統分析
(1) 制袋尺寸：40-120mm。
(2) 包裝速度：70-140袋/分。主軸：橫封，決定包裝速度。從軸：縱封，決定制帶長度及封口位置。
(3) 定長方式：設定包裝速度及制袋尺寸，主軸旋轉后，通過檢測主軸編碼器脈沖頻率，控制伺服電機轉速，從而達到兩軸同步的目的。定長精度：±0.5mm。
(4) 跟蹤方式：在定長方式基礎上增加包裝材料光標脈沖信號，通過檢測編碼器原點脈沖與光標脈沖的相位誤差(人機動態(tài)顯示)，調整伺服電機轉速使其位置同步。其中光標脈沖與編碼器原點脈沖的相對位置可以隨意設定，即封口與光標的相對位置可以隨意設定。
跟蹤響應時間：3—10個編碼器原點脈沖內達到同步。同步跟蹤精度：±0.5mm。
(5) 手動功能：點動，走紙，測長。
(6) 報警：無紙停機報警，內縱封、外縱封、內橫封、外橫封溫度報警，伺服報警，無光標信號報警。
4 系統實現
4.1 配置設計
人機：hitech pws6600s-s一臺。plc：豐煒vb1-32mt-d一臺+ vb-485卡。變頻器：東洋vf62ces-or722(220v，加配通訊)一臺(主軸)。伺服：東元tsta15b一臺(從軸)。自動化顆粒包裝系統硬件架構如圖1所示。人機界面監(jiān)控畫面如圖2所示。
圖1 系統硬件架構如
圖2 人機界面監(jiān)控畫面
4.2 豐煒plc應用
豐煒vb1系列plc是專為高速輸入及定位控制應用而設計的控制器。在高速輸入功能方面，除了具備原有的vb-plc家族的外部中斷輸入、速度偵測及c235～c255軟體高速計數器外，更增加了兩個硬體高速計數器(hhsc)。這兩個硬體高速計數器不但計數頻率高達ab相200khz，而且具備硬體比較中斷功能，可完成精密之定位控制。在速位控制方面，vb1-plc提供了4點高速脈沖輸出，可同時執(zhí)行4個獨立軸定位控制。其中，y0及y1輸出點可輸出20khz脈沖，y2及y3輸出點可輸出高達200khz的脈沖。在多軸定位控制之應用場合可發(fā)揮最高之經濟效益。
該系統用豐煒vb1系列plc通過485通訊控制變頻器(主軸)旋轉，通過編碼器的反饋測算主軸速度，進而算出從軸速度，通過改變脈沖輸出頻率達到控制伺服旋轉速度的目的，保證主軸和從軸的同步。在光標跟隨時，檢測光標信號和編碼器原點的相對位置，進而計算出位置誤差，在特定的位置通過改變特定時間段的頻率來調整位置。
4.3 系統開發(fā)難點
(1) 該系統的伺服最大脈沖輸出要180khz左右。一般plc的輸出頻率是不夠的，這里用豐煒的vb1系列正是體現出它的處理速度快，輸入輸出頻率高等特點。
(2) 在該系統中，系統的停機位置，調速位置都需要特定的位置，這一點用豐煒plc的高速比較中斷可以很好的實現。
(3) 該系統需要檢測主軸的速度，用豐煒plc的測速指令spd可以很方便的實現。
(4) 為確保精度，所有運算均采用浮點數運算。
(5) 該系統在最后包裝袋切斷時采用機械傳動，這樣在跟隨調整時如果調整量過大就可能從中間將包裝袋切斷，造成漏料。所以，需要設定最大調整量即調整周期(可修改)。為保證快速響應，在偏差大的時候進行最大量調整，同時為保證精度防止抖動及干擾在偏差小時將偏差量做除法細分逐漸調整。
(6) 由于該系統在跟隨調整時，光標相對位置可調整，這樣就可能出現在調整過程中檢測到光標信號的情況，這樣計算出來的相對位置就是不準確的，必須去掉。同時，如果去掉一個檢測點就可能造成調整周期加長的情況，滿足不了快速響應。所以，在出現這種情況的時候對前次調整后的余量進行計算，來判斷這次是否需要調整以及調整的大小。
(7) 由于該系統是通過兩軸速度的一種同步達到生產要求，所以兩軸速度的精確及穩(wěn)定性對系統精度的影響很大。由于伺服是pid調節(jié)輸出，輸出速度曲線有些波動，通過對伺服參數的調整可以盡量減少曲線的波動，完全達到客戶的精度要求。
5 結束語
該新型包裝機械借由plc加伺服的系統替代現在普遍存在的單片機加步進的系統，使得包裝速度由傳統的50-60袋/分提高到了70-140袋/分，并將包裝精度由傳統的±2mm提高到了±0.5mm。經現場實際應用，精度高、響應快，可實現穩(wěn)定正常工作。通過豐煒vb1系列plc在包裝機上的應用，充分說明了vb1系列plc處理速度快，輸入輸出頻率高，性價比高等優(yōu)點. 業(yè)內人士認為，未來包裝業(yè)將配合產業(yè)自動化趨勢，在技術發(fā)展上正朝著機械功能多元化；結構設計標準化、模組化；控制智能化；結構高精度化等幾個方向發(fā)展。羅升公司希望為提高我國包裝機械的自動化程度作出最大的貢獻。
