摘 要: 在卷紙封裝機(jī)中，存在送料過程中的同步控制問題。我們提出了一套送料過程中的同步控制方案。我們在卷紙供送系統(tǒng)的驅(qū)動軸上安裝一個半圓形金屬片，在側(cè)面裝上接近開關(guān)探頭，通過判斷每次光電傳感器檢測到色標(biāo)時接近開關(guān)的輸出狀態(tài)，就能知道包裝紙供送系統(tǒng)是滯后還是超前于卷紙供送系統(tǒng)，從而使伺服電機(jī)正、反轉(zhuǎn)或不動，實(shí)現(xiàn)了送料過程中的同步控制。 關(guān)鍵字: 封裝機(jī);同步控制;送料過程 Abstract: In the packaging machine， synchronous control is a considerable problem. In our project we present a new control scheme for the transmitting process. We install a semicircle metal on the drive bearing of the transmitting system， and a switch detector on the side. We can confirm whether packaging submitting system is late or early than the paper submitting system by detecting the output status of the optical receiver. Based on that， we can make the motor move clockwise of anticlockwise respectively， and achieve the purpose of synchronous control. Keywords: Packaging Machine; Synchronous Control; Submitting Process 1 引言 　　封裝機(jī)械的最大特點(diǎn)是動作復(fù)雜、頻繁，且有較多的執(zhí)行元件。在這種場合使用繼電器控制邏輯必然需要大量的中間繼電器，而這些中間繼電器在用PLC控制的情況下，就可以對其內(nèi)部的輔助繼電器進(jìn)行編程后來取代。因此，國外在注塑機(jī)、各種封裝機(jī)上大量地采用PLC來取代傳統(tǒng)的繼電器控制屏，使得故障率大大降低，性能有很大提高。我國封裝機(jī)械目前控制部件大多還沿用繼電器方式。如果能用PLC來取代的話，則可以簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，機(jī)械設(shè)計(jì)和電氣設(shè)計(jì)都可以得到簡化。更重要的是可以使原來無法實(shí)現(xiàn)的某些功能得以實(shí)現(xiàn)，使封裝機(jī)械在某種程度上實(shí)現(xiàn)智能化。對于基于PLC的封裝機(jī)的控制系統(tǒng)，送料過程中的同步控制是一個非常重要的環(huán)節(jié)。本文設(shè)計(jì)了送料過程的同步控制，設(shè)計(jì)出了相應(yīng)的電路。 2 供電線路 　　2.1 主電機(jī)的啟動控制 　　主電機(jī)啟動前，主操縱離合器應(yīng)處于拉開狀態(tài)，確保主電機(jī)輕載啟動。若所有的檢測和控制條件均有效，則按下啟動按鈕可使主電機(jī)輕載低速啟動，并在一定時間延遲后自動控制變頻器的高速運(yùn)轉(zhuǎn)。若機(jī)器出現(xiàn)故障，則應(yīng)立即切斷電源，并且進(jìn)行機(jī)械制動，確保機(jī)器的安全。 　　2.2 變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)控制 　　變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)控制主要有運(yùn)轉(zhuǎn)啟動、速度自動設(shè)定、故障報(bào)警停機(jī)故障提示和解除故障狀態(tài)。 　　2.3 送卷紙電機(jī)的控制 　　在主電機(jī)啟動后，送紙電機(jī)應(yīng)自動運(yùn)轉(zhuǎn)，保證下紙道中有充足的卷紙供推紙板使用，并且要求在JS3傳感器（檢測推紙板是推還是退）的控制下有高低速自動切換功能。當(dāng)主機(jī)停下來時，送卷紙電機(jī)不應(yīng)馬上停止，必須經(jīng)過一段延時后再停，否則將會出現(xiàn)下紙道短時缺紙或紙道堵塞的現(xiàn)象，影響主電機(jī)的再次啟動。 3 送料過程中的同步控制 　　在高速全自動封裝機(jī)運(yùn)作的過程中，產(chǎn)品的供送和包裝材料的供送均是連續(xù)進(jìn)行的，而且它們分別受到許多因素的影響，如：生產(chǎn)中速度的變化、包裝材料的張力和拉伸率不均勻等，因此這兩個系統(tǒng)相互之間有一個需要隨時調(diào)整速度的同步控制問題。 　　3.1同步控制系統(tǒng) 　　封裝機(jī)械設(shè)備的同步控制系統(tǒng)框圖如圖1，機(jī)械動力一方面提供給產(chǎn)品供送系統(tǒng)，同時還提供給差速器，將差速器的輸出提供給包裝材料的供送（無同步控制的設(shè)備是直接將機(jī)械動力傳輸給包裝材料的供送系統(tǒng)）。將產(chǎn)品供送和包裝材料供送的信號反饋給同步控制電路，比較兩者是否同步。如果在同步范圍內(nèi)，伺服電機(jī)停止不動作，差速器將輸入的速度輸出給包裝材料供送系統(tǒng)。否則當(dāng)包裝材料供送慢于產(chǎn)品的供送，伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)，差速器在正常輸出的速度基礎(chǔ)上疊加一個正補(bǔ)償，提高包裝材料的供送速度，直到兩者同步;包裝材料供送快于產(chǎn)品的供送，伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，使包裝材料的供送慢下來，使得兩者速度相同。 [align=center] 圖1 同步控制系統(tǒng)框圖[/align] 　　3.2信號的獲取 　　當(dāng)包裝材料需要定長裁斷時，如單個衛(wèi)生卷紙的包裝，包裝材料以卷筒的形式放于原料架上，且每隔一定長度都印有一個色標(biāo)。在衛(wèi)生卷紙供送的同時，包裝材料還要有一個切斷的過程，這就增加了同步供送的復(fù)雜性。如圖2：包裝材料每供送到一定長度時，光電傳感器讀到色標(biāo)信號，將該信號作為同步信號送給比較器，同時將此信號輸送給切紙機(jī)構(gòu)，由于切紙機(jī)構(gòu)與包裝材料在水平方向上是同步的（關(guān)于切紙機(jī)構(gòu)與包裝材料的同步控制在此不作論述），因此并不影響送料速度。 [align=center] 圖2 同步控制方法[/align] 　　產(chǎn)品供送系統(tǒng)的信號用接近開關(guān)取出。在產(chǎn)品供送系統(tǒng)的驅(qū)動軸上安裝一個如圖3所示的半圓形金屬片1，在側(cè)面裝上接近開關(guān)J的探頭，如圖所示的瞬間，接近開關(guān)沒有感應(yīng)到金屬片1，假設(shè)輸出狀態(tài)為1，當(dāng)產(chǎn)品供送軸3旋轉(zhuǎn)時，半圓金屬片遮住接近開關(guān)，接近開關(guān)輸出狀態(tài)J為0，因此產(chǎn)品供送軸每旋轉(zhuǎn)一圈，接近開關(guān)的1和0輸出狀態(tài)大約各占一半的時間。假設(shè)光電傳感器S檢測到有色標(biāo)信號時輸出狀態(tài)為1，沒有色標(biāo)信號時輸出為0，只要判斷每次光電傳感器檢測到色標(biāo)時接近開關(guān)的輸出狀態(tài)，就能得出產(chǎn)品供送系統(tǒng)是滯后還是超前于包裝材料供送系統(tǒng)。在圖3所示時刻，正好光電傳感器S輸出為1時，接近開關(guān)J的輸出也為1，可以認(rèn)為產(chǎn)品供送滯后，當(dāng)J為0，即半圓金屬片遮當(dāng)住接近開關(guān)時，S為1，則產(chǎn)品供送超前�？梢愿鶕�(jù)這樣的判斷來控制伺服電機(jī)對產(chǎn)品供送系統(tǒng)的速度進(jìn)行補(bǔ)償。如果兩個系統(tǒng)剛好同步，在圖3的同步范圍內(nèi)，要求伺服電機(jī)既不正轉(zhuǎn)也不反轉(zhuǎn)，處于停止?fàn)顟B(tài)。具體作法是讓控制電路在超前和滯后的轉(zhuǎn)換時，由跳變信號觸發(fā)，給出一段延時時間，在此時間內(nèi)獲得色標(biāo)信號S表示同步，控制伺服電機(jī)不動作。這段延時時間的長短是可供隨時調(diào)節(jié)的，因此達(dá)到同步精度可調(diào)的目的。在這段延時結(jié)束后，如果獲得S信號，則表示產(chǎn)品供送超前，發(fā)出調(diào)控動作。 [align=center] 圖3 產(chǎn)品供送信號的獲取 圖4 控制電路原理[/align] 　　上述原理可由圖4實(shí)現(xiàn)。當(dāng)S為0時，卻未檢測到色標(biāo)，兩個與門F和Z都被鎖住，J的狀態(tài)對輸出結(jié)果無影響，正反補(bǔ)償均無輸出。只有當(dāng)檢測到色標(biāo)信號，S=1，電路中2， 4腳為高電位時，J的狀態(tài)才對輸出有影響。如果J=1， 1腳為高電位，F(xiàn)輸出為1，進(jìn)行反轉(zhuǎn)補(bǔ)償。如果包裝材料供送超前，J剛好從1變?yōu)?， 1腳為低電位，鎖住F，而3腳由反相器的作用為1，如果得到S=1，使4腳電位也為1， Z輸出狀態(tài)取決于腳5。但由于J的跳變，延時電路得到一個負(fù)觸發(fā)脈沖，輸出低電位，使5腳為0，將Z鎖住也無輸出。這時正反補(bǔ)償都不動作，即補(bǔ)償電機(jī)停止，表示兩個系統(tǒng)處于同步狀態(tài)。當(dāng)延時結(jié)束后，延時電路輸出高電位，使5腳電位為1，如果包裝材料供送滯后，檢測到色標(biāo)S=1，使3， 4， 5腳都是高電位，Z輸出為1，形成正轉(zhuǎn)補(bǔ)償。 　　3.3同步控制電路原理的實(shí)現(xiàn) 　　同步控制電路原理如圖6所示。接近開關(guān)的輸入接J端，光電傳感器的輸入接S端。比較電路選用一塊74LS10集成電路中的二個三輸入與非門構(gòu)成，反相器選用一塊74LS00集成電路。用一塊555時基電路，調(diào)節(jié)電位器R1可調(diào)整電路的延時時間T1。 　　圖5 控制電路T1時間越短，同步精度就越高。T1的調(diào)整效果可通過發(fā)光二極管LED1來指示。只要555的2腳得到負(fù)脈沖，3腳就輸出高電位。為了能鎖住與非門74LS10的5腳，用一個反相器反相。與非門的比較結(jié)果輸出給由556組成的兩個延時電路，這兩個延時電路的輸出分別控制伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。R8和C9決定反轉(zhuǎn)補(bǔ)償時間，R7和C7決定正轉(zhuǎn)補(bǔ)償時間，R8與R7值相等而且聯(lián)動，C9和C7容量也相等，所以伺服電機(jī)的正反向補(bǔ)償時間是一樣的。BG1和BG2分別驅(qū)動繼電器K1和K2，實(shí)現(xiàn)對伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。二極管D2和D3起保護(hù)作用，即在正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)補(bǔ)償期間又出現(xiàn)反轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)指令時，伺服電機(jī)不會出錯。在伺服電機(jī)的主電路中也有互鎖保護(hù)環(huán)節(jié)。實(shí)際上主電路中也可用固體繼電器代替普通有觸點(diǎn)繼電器。正反轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)可通過發(fā)光二極管LED2和LED3指示。產(chǎn)品供送和包裝材料的供送同步精度調(diào)節(jié)要根據(jù)包裝質(zhì)量的要求，生產(chǎn)速度，正反方向的補(bǔ)償情況等因素綜合考慮。調(diào)節(jié)R1可變精度的大小，如果同步精度要求高，生產(chǎn)速度快，要適當(dāng)調(diào)小R1阻值。另外，調(diào)節(jié)R7和R8，改變伺服電機(jī)每次補(bǔ)償?shù)臅r間。如果伺服電機(jī)正反向動作交替頻繁，說明補(bǔ)償量超過需要，可適當(dāng)減少補(bǔ)償時間。如果伺服電機(jī)單方面動作頻繁，說明該方向的補(bǔ)償不夠，可適當(dāng)增加補(bǔ)償時間。理想情況下的補(bǔ)償伺服電機(jī)的動作補(bǔ)償不太頻繁，而且正反向的動作交替都有。因此，要將R1、R7和R8配合起來調(diào)節(jié)。 [align=center] 圖5 控制電路原理[/align] 4 小結(jié) 　　在卷紙封裝機(jī)中，卷紙和包裝紙要求能同時到達(dá)工位1，這就產(chǎn)生了送料過程中的同步控制問題。在同步控制中，我們在卷紙供送系統(tǒng)的驅(qū)動軸上安裝一個半圓形金屬片，在側(cè)面裝上接近開關(guān)探頭，通過判斷每次光電傳感器檢測到色標(biāo)時接近開關(guān)的輸出狀態(tài)，就能知道包裝紙供送系統(tǒng)是滯后、超前還是同步于卷紙供送系統(tǒng)，從而使伺服電機(jī)正、反轉(zhuǎn)或不動，實(shí)現(xiàn)了送料過程中的同步控制。 本文作者創(chuàng)新點(diǎn) 　　本文對基于PLC的封裝機(jī)的控制系統(tǒng)，進(jìn)行了分析和研究，提出了一套送料過程中的同步控制方案。通過實(shí)際運(yùn)行證明，該控制方式的原理和電路合理、可行，能夠滿足實(shí)際需要，同步控制精度可以在不停機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)在線調(diào)節(jié)，控制效果大大優(yōu)于常規(guī)的凸輪控制方式。 參考文獻(xiàn): 　　[1] 吳亞雄.毛巾印花機(jī)PLC控制系統(tǒng)及設(shè)計(jì).單位:重慶�？祵�(shí)業(yè)有限公司設(shè)備能源部，中國工控網(wǎng)/專業(yè)論文，2003 　　[2] 謝始達(dá).西門子矢量控制型交流變頻器在報(bào)紙生產(chǎn)輸送線中的應(yīng)用.廣東自動化與信息工程，2003年第1期:38-40 　　[3] 謝意， 陳前， 劉永智. 利用復(fù)合型算法確定薄膜光學(xué)常數(shù)和厚度[J]. 紅外與激光工程， 2007， Vol.36 No.4， 522-524 　　[4] 田克君，陳虎. 基于CAN總線的多伺服電機(jī)同步控制[J]. 微計(jì)算機(jī)信息， 2006， 9-1: 40-42