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1半自動(dòng)計(jì)量充填包裝機(jī)硬件組成及工作原理
半自動(dòng)計(jì)量充填包裝機(jī)，如圖1所示，為上海某包裝機(jī)械制造企業(yè)生產(chǎn)。設(shè)備主要由充填主機(jī)、電器配電箱、電腦控制柜及電子秤組成，采用稱量反饋跟蹤螺旋旋轉(zhuǎn)式計(jì)量方式，工作原理為通過調(diào)整脈沖頻率及脈沖數(shù)，來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)過的角度。電機(jī)的轉(zhuǎn)速即為螺旋桿的轉(zhuǎn)速，螺旋桿按腺脈沖數(shù)量旋轉(zhuǎn)相應(yīng)圈數(shù)，粉劑往容器內(nèi)充填，脈沖數(shù)越多則充填重量越大，反之充填重量越小。

圖1DCS-1A半自動(dòng)充填包裝機(jī)及充填螺旋桿

2半自動(dòng)計(jì)量充填包裝機(jī)存在的問題
半自動(dòng)計(jì)量充填包裝機(jī)在使用過程中存在的問題是：螺旋桿在推送粉劑過程中，粉劑充填精度不高，且存在發(fā)熱量大溫度升高過快的問題，造成葡萄糖粉劑在螺旋桿上結(jié)塊并碳化，又造成充填量不準(zhǔn)，重呈浮動(dòng)較大，嚴(yán)重時(shí)粉劑堵塞充填出口，不得不將整個(gè)料箱拆開，對(duì)螺旋桿進(jìn)行清理，嚴(yán)重降低生產(chǎn)效率，形成一個(gè)制約生產(chǎn)的瓶頸。這種情況主要由步進(jìn)電機(jī)引起，步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象，其輸岀力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，這些因素造成粉劑充填精度不夠高及發(fā)熱量大等問題。
3半自動(dòng)計(jì)量充填包裝機(jī)的改造方案

若將步進(jìn)電機(jī)改為精度更高的伺服電機(jī)，采用工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的PLC(ProgrammableLogicController)作為控制核心，輔以HMI(human machineinterface)作為人機(jī)交互平臺(tái)，則可有效解決上述問題，如圖2所示。HMI和PLC實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制，如今已經(jīng)越來越普及。利用HMI及PLC可方便直觀地實(shí)現(xiàn)控制伺服驅(qū)動(dòng)器向伺服電機(jī)發(fā)任意頻率和個(gè)數(shù)的脈沖，從而達(dá)到隨意控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速和角位移的目的，既使充填控制精度大大提升，又有效避免了步進(jìn)電機(jī)低速工作時(shí)的振動(dòng)現(xiàn)象。
4HMI組態(tài)畫面及PLC控制程序的設(shè)計(jì)
HMI的主要功能是方便用戶隨時(shí)設(shè)定PLC向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)一定頻率及個(gè)數(shù)的脈沖，同時(shí)HM1還要提供伺服電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及故障查詢。圖3為HMI主畫面通過“向伺服發(fā)脈沖數(shù)設(shè)定”和“脈沖頻率設(shè)定”按鈕可任意設(shè)定脈沖的個(gè)數(shù)及頻率。按下“狀態(tài)及故障査詢”按鈕，可進(jìn)入狀態(tài)及故障查詢畫面，查看伺服電機(jī)具體運(yùn)行情況及出現(xiàn)何種故障。同時(shí)，主畫面提供了“啟動(dòng)”和“停止”按鈕，可直接啟動(dòng)和停止伺服電機(jī)的運(yùn)行。

圖3HMI主畫面

圖4為主畫面“向伺服發(fā)脈沖數(shù)設(shè)定"窗口。

圖4主畫面“向伺服發(fā)脈沖數(shù)設(shè)定”窗口
在HMI設(shè)定好脈沖的數(shù)量及頻率后，按“啟動(dòng)"按鈕，相關(guān)信息可通過數(shù)據(jù)電纜傳送至PLC,并按PLC用戶程序控制要求啟動(dòng)，PLC輸出端產(chǎn)生伺服電機(jī)運(yùn)行所需要的輸出信號(hào)⑶，從而驅(qū)動(dòng)充填包裝機(jī)的充填螺旋桿按一定轉(zhuǎn)速及角位移運(yùn)行。
PLC控制程序部分程序段如圖5所示

圖5自動(dòng)計(jì)量充填包裝機(jī)PLC控制程序部分程序段
5結(jié)束語
PLC控制伺服電機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用是極為廣泛的。通過PLC控制伺服電機(jī)，對(duì)半自動(dòng)計(jì)量充填包裝機(jī)改造后的模擬調(diào)試結(jié)果看，該改造方案完全可行。包裝機(jī)充填螺旋桿充填精度大大提高，螺旋桿上結(jié)塊和碳化現(xiàn)象得到抑制，可以完全解決改造前出現(xiàn)的問題。當(dāng)然改造后充填包裝機(jī)本身的成本有所提高，但從設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行來看，這點(diǎn)成本的付出是值得的。改造后的設(shè)備設(shè)計(jì)合理，自動(dòng)化程度高，解決了長(zhǎng)期困擾的問題；產(chǎn)品生產(chǎn)效率可大幅提髙；HMI人機(jī)交互畫面操作簡(jiǎn)單方便，系統(tǒng)運(yùn)行更可靠。

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