枕式包装机是糖果包装中应用较广泛的一种包装设备。本设计涉及的某型枕式包装机主要用于巧克力类糖果的包装，原系统采用凸轮、棘轮、差速轮系等纯机械装置运动实现，该方式运行稳定，但封装精度差，封装速度不易调整，效率低下，已不适应生产需求。本试验利用高可靠性的PLC作为控制系统核心，与日益成熟的传感器技术、变频器技术、人机交互技术相结合重新设计了枕式糖果包装机控制系统，取得了较理想的效果。
1 糖果包装机生产工艺分析
枕式糖果包装机的外观如图1所示，主要由传送机构、包糖机构、送纸机构等组成。系统在一台2.2 kW的三相异步电机驱动下完成各种包装动作。
图1枕式糖果包装机
糖果包装主要包括切(送)包装纸、喷胶、封装3个步骤，工艺流程图如图2所示。
图2糖果包装工艺流程图
为了实现糖果包装机的自动控制，系统在包装机包糖机构人口处、送纸机构部分、出料传送带分别增加了光电传感器1、色标传感器l、行程开关SQl 3个传感器，在送纸机构部分新增步进电机及其驱动器各一台。系统硬件结构如图3所示。
图3 系统硬件结构图
光电传感器1检测到糖果到来时，向PLC发出信号，控制推糖机构电磁阀吸合、下拉推糖机构，将糖果送入糖果托盘。糖果进入糖果托盘延时一段时间(糖果从包装系统入口转至包装位置所需时间)后，送纸系统开始向包装系统送包装纸。PLC利用送纸部分中的色标传感器1与步进电机完成包装纸的精确定位：当包装纸长度不合标准时，PLC向步进电机驱动器发出脉冲。控制步进电机前后转动，将包装纸拖拉到准确位置。包装纸到位后，在包糖机构的作用下，完成糖果包装。糖果包装完成后，经由出料传送带送至成品糖库，当糖果超高时，视为不合格品，会触动SQ1，系统会发出报警信号，将其剔出。系统反复重复以上动作，实现糖果包装自动化。
2 控制系统硬件设计
系统主要为开关量控制，经分析，共有16个开关输入量，16个开关输出量。根据输入输出信号的数量、类型、控制要求，同时按L/O点数20%一30%的备用量原则，系统选用了台达DVP-64EH型整体式PLC作为控制核心。
DVP-64EH是一款可扩充的高性能型主机，具有高速度，高性能的小型PLC，应用领域相当广泛，有32个输入点、32个输出点，同时拥有RS-232、RS-485两种通讯接口，完全能满足控制要求。
糖果包装速度是由主电机的运行速度所决定的，因此，包装速度的控制实际上就是对主电机运行速度的控制：变频调速是最经济、可靠的调速方式B1。根据主电机的功率，系统选用了容量为2.2 kW台达VFD22M43B变频器。光电编码器与PLC、变频器组成的闭环调速系统，进一步提高了包装速度的精度。PLC通过RS-485与变频器进行通讯。控制系统选用DVP.TOP4G人机界面实现对各设备运行状态进行监视和提示，并完成简单的系统参数设置。人机界面使用RS-232与PLC进行通讯。
系统配备一个电气控制柜。PLC、变频器、人机界面等均安装在控制柜中。包装纸长度设定、包装速度设定等操作在人机界面上完成，而设备的启/停、压缩空气开关等操作则通过控制柜上的手动按钮完成口。
3 控制系统软件设计
糖果包装机有手动和自动两种工作方式，可通过工作方式开关X6进行选择，调试或单件生产时用手动工作方式，连续生产时用自动工作方式。当工作方式开关X6置于手动时，可通过操作面板上的相应按钮运行对应工序;工作方式设为自动时，系统自动运行，并可对意外故障人工干预，紧急停机。
3.1 PLC程序设计
控制系统PLC的I/O分配如表1所示，使用台达DVP系统PLC专用编程软件WPLSoft进行程序编制。WPLSOft为台达电子一可编程序控制器DVP系列在WINDOWS操作系统环境下所使用的程序编程软件。WPLSoft除了一般PLC程序的规划及WINDOWS的一般编辑功能外，另提供多种中/英文批注编辑及其它便利功能。DVP系列的PLC编程语言有3种：梯形图(LD)、指令表(STL)、顺序功能流程图语言(SFC)，其它编程语言作为可选软件包使用。通过WPLSoft在WINDOWS环境下对系统进行配置、程序编制、调试和监视，用户界面方便友好。程序编译成功后，通过连接上位机和PLC的RS232接13将程序下载至PLC中。
控制系统程序引入了模块化思想进行编程，结构清晰，调试方便。根据功能、控制对象的不同，系统分为自检模块、运行模块、故障模块、停车模块，由一个主程序、若干子程序构成。主程序的功能是检测各按钮及故障报警状态，在需要的时候调用各个子程序，以完成相应的控制功能。图4所示为主程序流程。自检模块主要完成PLC、步进电机驱动器、变频器的状态检测及其初始化，确认设备状态正常后，PLC才会按指令继续运行。运行模块是控制系统软件的核心。运行模块根据工作方式又分为自动运行模式子模块、手动运行子模块。自动运行模式子模块程序如图5所示。当系统出现故障时，错误信息会传送至故障模块，由故障模块将其错误的性质、类型、严重性做出判断，一般故障时，仅向人机界面发出错误提示信息，严重时，调用停车模块，中止生产并发出警报。
图4糖果包装机控制系统程序总体流程图
图5 自动运行模式程序流程图
3.2 人机界面设计
TOP04MG型人机界面最大可显示4行文字信息，除基本的显示功能外，系统还自带命令操作键，数值、功能键等，用于完成画面的翻转、调用及相关量的设定。本系统通过人机界面命令操作键与复合功能键组合，实现了包装速度、包装纸长度的设定，同时实时监控显示包装速度、色标补偿方向、补偿长度等数据。
4 结沦
糖果包装机控制系统设计完成后，经过安装与调试，目前已经投入实际生产。系统运行良好，各项功能达到了预先设计目标，改造后的糖果包装机最大包装速度由原来的200个/min提升到350何min，正常包装速度提高50%以上。PLC控制系统和变频技术的使用，大大提高了包装的效率，增强了系统的可靠性，取得了良好的经济效益。
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