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引言

我國煙草行業(yè)在20世紀(jì)80年代初至90年代初大量 引進(jìn)了德國某公司生產(chǎn)的包裝機組，這些設(shè)備投入運行的時間較長，其電氣控制系統(tǒng)處于老化、失修狀態(tài)， 使B1機組的故障率提高，同時因為其簡單的顯示系統(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 用大大增加。而且隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，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)對包裝機組的大條硬皮包裝機部分的控制系統(tǒng)進(jìn)行改造的具體實現(xiàn)方法。

1 電控系統(tǒng)改造任務(wù)分析與實現(xiàn)

任務(wù)是把從上位機透明紙小包包裝機送來 的煙包包成硬盒條包。備用的條盒紙放在硬條包裝 機的存紙盒里，機器工作時，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，則條盒紙會自動 停止輸送，相應(yīng)地不涂膠，也不進(jìn)入包裝轉(zhuǎn)塔。

下面介紹機器的包裝工藝過程。

如圖1所示，上位機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。送來的一堆包件通過兩個 反射式光電開關(guān)（B1/2和B1/3）檢測產(chǎn)成一個計數(shù)脈沖 信號加到雙向計數(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 （條計數(shù)顯示）則顯示為1,與此同時左側(cè)數(shù)碼管顯示是由 4變?yōu)?,這表明已滿足5X2構(gòu)成,計數(shù)器產(chǎn)生索取一個 條皮的電信號。使吸取通道打開，條皮便從條皮匣（圖1 中的①）吸取出來。吸取桿把吸出的條皮轉(zhuǎn)移到傳送軌道 上第一個傳送輾上（圖1中的③），這時有一個檢測器檢驗 條皮吸出和它的同步送進(jìn)，同時開啟接近開關(guān)（B1/5）,使 操作盤下右側(cè)條計數(shù)值減1。

皮離開最后一堆傳送輻時，準(zhǔn)直桿把條皮移進(jìn)擠壓臺，并 使條皮置于準(zhǔn)確朝向沖頭（圖1中的⑦）的位置上。同時 兩個操縱桿把條皮的前端壓向點式涂膠裝置（圖1中的 ⑥）的膠盤，使條皮頂邊有了許多膠點。接著沖頭壓向條 皮底部，把條皮壓進(jìn)有四個模腔的折合轉(zhuǎn)塔內(nèi)（圖1中的 ?）。條皮被壓進(jìn)轉(zhuǎn)塔模腔的同時，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，待包包件恰 好被送到推煙器前面，正對著轉(zhuǎn)塔模腔，先檢驗其5 * 2結(jié) 構(gòu)，并無一盒是受損的。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 長折邊向上折起，與已折下的上折邊點式膠合起來，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。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)下位機進(jìn)行透明紙外封裝。

2 機器的檢測控制系統(tǒng)

通過對包件、包裝材料以及機械運動過程的檢測，實 現(xiàn)工藝過程控制和質(zhì)量保證控制。

2.1喂料計數(shù)器電路用到的檢測器

（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。其檢測原理是：當(dāng)送入的一堆煙 包通過B1/2時，B1/2產(chǎn)生一■個脈沖電信號。之后這一堆 煙包又通過B1/3.B1/3又產(chǎn)生一個相同的脈沖電信號。 這兩個脈沖電信號在電路內(nèi)部產(chǎn)生一個脈沖信號，作為記 錄這一堆煙包的計數(shù)信號。因此，每送入一堆煙后，利用 堆計數(shù)器信號使堆計數(shù)器加1;當(dāng)?shù)?堆煙包到后，因為 已滿足5*2結(jié)構(gòu)，條計數(shù)顯示器由。變?yōu)?；而堆計數(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數(shù)。

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

當(dāng)條皮被吸下后由它給出計數(shù)輸入信號使條計數(shù)器 減1計數(shù)，若條計數(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條完整度檢驗電路用到的檢測器

• B33是接近開關(guān)。共有10個，與一條中煙包的 5X2組成結(jié)構(gòu)完全對應(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，機器正常運行，可以包 條皮若不滿足，機器停車。
• B42是接近開關(guān)，用來引導(dǎo)10個B33進(jìn)行處檢。 在每次10個B33對條完整度檢驗之前，當(dāng)“尋訪”凸輪的 凹口對準(zhǔn)B42時，它發(fā)出自檢指令信號，使設(shè)置的10個 B33進(jìn)行自檢。若無一失效，則機器正常運行下去，允許 B33檢驗條完整度；若有任一失效，則說明已無法檢驗條 完整度，便停車。
• B44是接近開關(guān)。推煙器將經(jīng)過完整度檢驗無誤 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B33進(jìn)行自檢，為下組包件的完整度檢驗 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)到其凹口所對準(zhǔn)的接近開關(guān)B42,也不進(jìn)行 自檢。

2.3電機過載保護(hù)的檢測器

B13是接近開關(guān)。經(jīng)過變速后的從動軸上裝有一個 帶六個孔的金屬圓盤，B13貼近這個圓盤。圓盤旋轉(zhuǎn)時， 其孔便周期性的對準(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。該電脈沖信號周期T與電 路內(nèi)部設(shè)定的固定時間T0相比較，當(dāng)TT0時，說明主電機機械過載已達(dá)到限定 值,機器便停車。

3控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

本系統(tǒng)通過觸摸屏、變頻器、可編程控制器（PLC）實 現(xiàn)對大條包裝機電控系統(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)生輸入控制信號的設(shè)備有：工作方式 轉(zhuǎn)換開關(guān)、每個電機的啟停按鈕、自動方式下的啟停按鈕、 急停按鈕、每個交流接觸器的輔助常開觸點、低壓斷路器 的輔助常開觸點和金屬檢測傳感器的信號輸入等。輸出 設(shè)備主要有：毎個電機的交流接觸器及其對應(yīng)的在配電柜 上的運行狀態(tài)指示、電磁閥及其狀態(tài)指示、兩個變頻器的 控制信號和故障報警等。因此，該設(shè)備共需要50多點的 輸入信號，10多點的輸出信號，按照選擇可編程序控制器 的原則，考慮到以后擴展的需要，1/0點數(shù)留有一定的余 量，其I/O點數(shù)為60/15。本套設(shè)備中的可編程控制器選 用日本0MRON -CS1機型作為控制主機，根據(jù)實際需要 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。觸摸屏實現(xiàn)了 故障報警、計數(shù)統(tǒng)計的實時顯示和開關(guān)按鈕目標(biāo)值的設(shè)定 以及報警信息提示等功能。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 備人機交互功能，在工藝參數(shù)較多，需要人機交互時，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實時交換信息，監(jiān)控整 個機器的運行狀態(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 可實時監(jiān)控電控系統(tǒng)的實際運行狀況。

3.3電機的使用

由于原先的直流電機是通過電刷的換向來運轉(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)直流電機改造 為由變頻器加交流電機的傳動系統(tǒng)。這樣大大提高了驅(qū) 動系統(tǒng)的可靠性和性價比。

4電控系統(tǒng)的軟件設(shè)計

4.1 PLC軟件方案的設(shè)計

PLC工作穩(wěn)定可靠，適用于邏輯運算。用PLC替代 邏輯線路板，可大大減少故障發(fā)生率，簡化了電控系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)，便于維修和保養(yǎng)。PLC軟件編程是整個系統(tǒng)的控制 核心。選用OMRON-CS1機型作為控制主機。一是輸 出給變頻器轉(zhuǎn)速信號，控制電機轉(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。從而實現(xiàn)整個包裝機 電控系統(tǒng)的檢測控制。同時，與觸摸屏進(jìn)行實時通信，為 其提供顯示數(shù)據(jù)，并對觸摸屏輸入的信息進(jìn)行處理等。在 使用PLC軟件編程時，應(yīng)注意的是PLC程序的掃描周期 是否符合機器的包裝速度。大條包裝機的包裝速度為每 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 的包裝速度。PLC軟件方案程序流程圖如圖6所示。

 

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