基于PLC控制的烟条盒外两长侧边美容电控系统设计

1 背景介绍

ZB416型硬盒硬条包装机组是由上海烟草机械有限责任公司制造的硬盒硬条卷烟包装机组,其最高产量为600包/min(或60条/min)。ZB416型硬盒硬条包装机组在设计理念上更加迎合市场需求,除了包装速度提升外,在产品质量、效率、灵活性、降低生产成本、维修保养等方面都很有特色。随着目前各大烟厂对烟支规格、烟包规格的不断推陈出新,我公司生产的产品型号和个性化装置也逐步增多。目前ZB416型硬盒硬条包装机组标配功能中,烟条盒外加热美容只有上下两长宽面和两个短侧边的热封美容。为满足烟厂需求,设计了一套烟条盒外两长侧边美容装置。

2电气控制系统介绍

电控系统组成示意图如图1所示。

本电控系统是由控制单元、检测传感器以及执行机构三个部分组成。

1)控制机构:选择依靠原有ZB416自带的倍福PLC、IO模块、固态继电器、电磁阀以及伺服驱动器组成控制机构。

2)检测机构:选用热电偶传感器来检测加热器温度,选用接近开关作为电机的寻零传感器,选用光电开关检测烟条存在。

3)执行机构:选用伺服电机驱动1号加热板进行烟条一侧长侧边美容,选用气缸驱动2号加热板进行烟条另一侧长侧边美容。

烟条盒外两长侧边美容装置安装位置如图2所示。

3电控系统软件控制流程

首先初始状态:32Y4216A不通电,气缸不动作,2号加热板缩回远离烟条。伺服电机32M992位置不动,1号及2号加热器均不加热。

HMI显示屏上有打开1号及2号加热器功能选择软开关,操作人员将开关选择到ON状态时,固态继电器开始供电,1号及2号加热器升温。若热电偶312B101或32B102检测加热器温度未达到HMI屏幕上设定温度值,则会报警停车。

当按下复位按钮,驱动器上使能,伺服电机32M992收到寻零请求，伺服电机32M992运动，当寻零传感器32S6001在规定时间内没有感应到伺服电机32M992动作时，则会出现寻零超时报警。当寻零传感器32S6001在规定时间内感应到电机动作时,伺服电机32M992将会运行到等待位置。

当机器启动时，32Y4216A通电,气缸伸出，2号加热板靠近烟条并与烟条提升器导板保持平行状态(该位置由机械装配人员进行位置调整)。伺服电机32M992带动1号加热板运动到工作位置，此时1号加热板与烟条提升器导板保持平行。当32B6002烟条检测传感器检测到烟条时,等机器运行到烟条提升停止相位,伺服电机32M992带动1号加热板运行到加热位置,对烟条盒外两长侧边进行加热美容,该加热位置可根据实际情况通过修改HMI显示屏上的加热位置参数进行调节。经过HMI显示屏上设置的加热板停留时间后,伺服电机32M992带动1号加热板退回到工作位置。

当机器停止运行时,32Y4216A不通电,气缸不动作,2号加热板缩回远离烟条。伺服电机32M992带动1号加热板运行到等待位置。

伺服电机32M992运动是间歇且有确定位置的运动,采用TwinCAT 3软件^[1] 中MC_MoveAbsolute功能块进行运动控制。这是一个用于绝对位置运动控制的功能块,它允许轴以特定的速度、加速度和减速度移动到一个预设的绝对位置。因此,需要计算出伺服电机实际旋转角度,并转换成脉冲量提供给伺服驱动器,控制伺服电机运动到设定位置。

具体电气控制流程图如图3所示。

4伺服电机运动角度计算

烟条盒外两长侧边美容装置机构简图如图4所示。伺服电机在转动的时候,会通过连杆带动连接在滑块上的1号加热板在水平方向上运动。

伺服电机运动的位置示意图如图5~7所示,其中图5为等待位置,图6为工作位置,图7为加热位置。图5~7中a、b是连杆长度,为定值。伺服电机寻零之后会运动到等待位置,这是个固定位置,即图5中c长度可以测量。当机器启动时,伺服电机会带动连杆运动到工作位置,确保此时加热板与烟条提升器两侧导轨保持平行,该位置是确定位置,即图6中d长度可测量。当机器运动到烟条加热相位时,伺服电机会带动连杆运动到加热位置,该位置由HMI显示屏设定参数决定,即图7中e长度是根据实际热封情况可调节的。

伺服电机的旋转角度与脉冲之间的关系是脉冲控制模式。

根据余弦定理,可算得角度:

由此可得伺服电机由等待位置旋转到工作位置的旋转角度为(α—β),由工作位置旋转到加热位置的旋转角度为(β—γ)。

有公式如下:

式中:P为脉冲数,即PLC发送给伺服驱动器的脉冲总数;A为旋转角度,即伺服电机输出端旋转角度;R为编码器分辨率,即伺服电机转一圈所需的脉冲数;G为减速比。

编码器分辨率和减速比已知,伺服电机旋转角度也通过计算得出,由此可得伺服电机由等待位置旋转到工作位置以及由工作位置旋转到加热位置时,PLC需要发送给伺服驱动器的脉冲总数。将所得的脉冲总数赋值到MC_MoveAbsolute功能块的Position参数,即可控制伺服电机旋转到相应位置。

根据控制流程图以及实际计算得出的伺服电机 控制脉冲总数,利用TwinCAT 3软件,使用ST语言进行烟条盒外两长侧边美容装置逻辑程序的编程,并嵌入ZB416机组程序。

5 结束语

该设计方案补足了ZB416型硬盒硬条包装机组烟盒条外透明纸六面美容功能,能够给烟厂客户提供选择空间,迎合了市场需求。

[参考文献]

[1] 韩彬.基于TwincAT 3控制系统的YB518型小盒透明纸包装机运行速度的控制分析[J].电子产品世界,2023,30(12):56—59.

2025年第3期第15篇