制袋机控制制袋机电气部分设计介绍了利用台达可编程控制器(PLC)与交流伺服控制器针对FD1500型制袋封切机控制系统项目开发技术。

项目人机界面选用台达触摸屏(HMI)提供友好的人机交流接口与合理的控制流程，以实现高效率、高精度的袋料剪切。

本文分别就制袋机的工作原理，电气设计，HMI、PLC选型及程序设计等几方面进行阐述，该电气系统的成功开发可以为使用台达HMI、PLC与交流伺服电机相结合的机电一体化控制系统项目开发起到借鉴示教作用。

1、引言项目原型基于小型制袋封切机开发外销出口型新机。

原制袋宽度为600-1000mm。

由于该机型送料胶辊惯量较小，送料电机采用130步进电机经过减速可实现传动，使用单片机进行位置控制。

新机型制袋宽度提高到1500mm，送料胶辊惯量大幅增加，考虑到既能满足精度和速度的要求又有较大的瞬间转矩，送料系统改用伺服电机。

由于用PLC开发周期较短而且抗干扰性、灵活性好，所以采用PLC+HMI作为控制系统。

同时可实现中英文操作画面，满足设备出口的要求。

2、封切机机工艺2.1 工艺结构封切机机由机身、上下切刀、变频传动机构、上下送料胶辊、伺服传动机构、放料架、放料直流电机、可调色标检测架、可移动操作箱、电控箱等单元构成，参见图1图片。

图1 封切机机侧视外观图2.2 封切机工艺过程(1)空白定位运行方式:忽略色标信号，送料长度为设置袋长，送料完成后剪切并计袋数，循环动作直至袋数达到设定值，停机并延时至设置时间，以等待收料设备或操作人员收集袋料后，再次启动并循环工作。

(2)色标定位运行方式:送料长度为设置袋长，在此期间的色标信号忽略，继续送出偏差长度的袋料，检测色标信号，定位于色标信号，定位完成后剪切并计袋数，循环动作直至袋数达到设定值，停机并延时至设置时间，等待收料设备或操作人员收集袋料后，再次启动并循环工作。

若误检次数达到默认值，则停机并报警。

工作流程如图2所示。

图2 控制流程简图3、FD1500型封切机机电系统设计3.1 传动系统设计(1)切刀传动系统。

切刀传动系统为交流变频器拖动三相异步电机，由面板电位器调速，PLC控制切刀启动与停止。

传动轴上安装2只霍尔开关，分别检测切刀低位和送料/切刀高位。

开关1:切刀低位信号，该信号为送料停止信号。

若送料时检测到切刀低位信号则表示系统超速，需报警并停机。

开关2:收到切刀低位信号后的首次ON信号为送料信号，是送料电机的启动信号;第二次ON 信号为切刀高位信号，是高位停机时的停机信号。

(2)送料传动系统。

送料传动部分为交流伺服系统，采用同步带1:2减速传动。

动力选用台达中惯量2KW伺服电机。

具体型号:驱动器ASD-A2023M，电机ASMT20M250。

(3)控制精度计算。

通过以下计算得出单个脉冲对应的送料长度，即为控制精度。

最小定位的长度 =π:圆周率D:最大胶辊直径=200mmP:每转脉冲数=10000Pulsei:减速比=1/2最小定位长度 = = 0.0314mm系统要求0.2mm定位精度，现计算得出控制精度为0.0314mm，因机械定位误差不大于0.1mm，所以:定位精度+机械误差=0.1314mm<0.2mm，定位精度满足制袋机系统要求。

(4)最高脉冲输出频率计算。

用户要求最高送料速度为180m/min，由此可计算得出系统所要求的脉冲输出频率，以此为PLC选型的重要依据。

3.2 PLC与HMI选型(1)输入信号统计。

在色标传感器检标时，由于袋料上所印刷的色标不同，故亮通(Light On)、暗通(Dark On)均有可能。

无论亮通或是暗通，在检测到色标信号时都需要PLC作出中断响应，所以需要把色标传感器的Light On与Dark On都接入PLC。

色标信号:2点;低位信号:1点;高位/送料信号:1点，共4点DI信号。

(2)输出信号统计。

脉冲输出(Pulse+Sign):2点(Y0，Y1);切刀动作:1点;冲孔动作:1点;蜂鸣器:1点;共5点DO信号。

(3)其它功能。

可输出大于系统所要求频率(95541pps)的脉冲;2点外部中断回应。

基于以上考虑，PLC选择DVP-20EH00T。

具体功能参数为:200Kpps脉冲输出，8点外部中断回应。

同时与HMI通信可使用RS485连接，抗干扰能力优于一般的RS232通信方式。

HMI选用台达DOP-A57GSTD高性价比触摸屏，通过图3可见触摸屏操作更为直观方便。

大部分操作在HMI上进行，从而可减少外部按钮开关、指示灯的使用，只保留急停按钮等必要设备。

图3 新旧机型HMI操作面板对比机电一体化封切机电系统原理如图4所示。

图4 系统原理简图3.3 PLC程序设计要点主体程序使用逻辑顺序控制，除此之外的编程重点如下:(1)使用浮点运算。

为减小计算误差，如袋长脉冲数、偏差脉冲数等重要数据的计算，均使用浮点运算。

经过验证，计算误差小于0.001mm。

(2)袋长脉冲送料使用DPLSR可调加减速脉冲输出指令，反复修改并验证启动频率与加减速时间设置的合理性。

完成袋长脉冲之后，使能色标检测，以忽略袋料中间部分的色标误检。

检测到色标时，响应外部中断，执行中断程序置位M1334以停止CH0脉冲输出。

可设置亮通(Light On)中断或是暗通(Dark On)中断。

精简中断程序的内容，尽量减少中断对扫描周期的影响。

4、结束语FD1500型制袋封切机的性能虽已达到最初的设计目标(在袋长为1000mm时，制袋速度:60个/分)，但PLC脉冲输出频率尚有较大余量可用。

使用标准100mm直径胶辊时，可改变伺服电机电子齿轮比，在保证控制精度的前提下，更进一步加大PLC脉冲输出频率的余量。

以上有利因素均为FD1500型制袋机提高加工速度奠定了良好的基础。

二次开发时，加大减速比至1:3，将突破伺服负载/电机转子惯量比过大这一限速瓶颈，最终提高生产效率。

关于变频器的一些知识引子:其实呢,我的工作重点侧重于PLC编程这块的,对于传动这块不大了解,由于前段时间公司的一个项目,电气设计人员选择的变频器容量与电机容量一样,甚至略小,使得在运转到某频率时,总是歇菜,搞得调试人员戏称:小牛拉大车,哪有不歇菜呢,哈哈,这不回来后也查查资料,学习下,在这里引用了那些大虾的见解,请见谅～1、变频器容量的选择变频器容量的选择是一个重要且复杂的问题，要考虑变频器容量与电动机容量的匹配，轻易偏小会影响电动机有效力矩的输出，影响系统的正常运行，甚至损坏装置，而容量偏大则电流的谐波分量会增大，也增加了设备投资。

1。

1变频器容量选择的步骤:变频器容量选择可分三步:(1)了解负载性质和变化规律，计算出负载电流的大小或作出负载电流图I,f(t)。

(2)预选变频器容量及其他(3)校验预选变频器。

必要时进行过载能力和起动能力的校验。

若都通过，则预选的变频器容量便选定了;否则从(2)开始重新进行，直到通过为止。

在满足生产机械要求的前提下，变频器容量越小越经济。

1。

2基于不用电动机负载电流下变频器容量的选择一般地说，变频器的容量有三种表示方法:?额定电流;?适配电动机的额定功率。

?额定视在功率。

不管是哪一种表示方法，归根到底还是对变频器额定电流的选择，应结合实际情况根据电动机有可能向变频器吸收的电流来决定。

通常变频器的过载能力有两种:?1。

2倍的额定电流，可持续1分钟;?1。

5倍的额定电流，可持续1分钟;而且变频器的答应电流与过程时间呈反时限的关系。

如1。

2(1。

5)倍的额定电流可持续1min;而1。

8(2。

0)倍的额定电流，可持续0。

5min。

这就意味着:?不论任何时候向电动机提供在1min(或0。

5min)以上的电流都必须在某些范围内。

?过载能力这个指标，对电动机来说，只有在起动(加速)过程中才有意义，在运行过程中，实际上等同于不答应过载。

下面讨论如何根据电动机负载电流的情况来选择变频器的容量。

1。

2。

1一台变频器只供一台电动使用，即一拖一。

在计算出负载电流后，还应考虑三个方面的因素:?用变频器供电时，电动机电流的脉动相对工频供电时要大些;?电动机的起动要求。

即是由低频低压起动，还是额定电压、额定频率直接起动。

?变频器使用说明书中的相关数据是用该公司的标准电机测试出来的。

要注重按常规设计生产的电机在性能上可能有一定差异，故计算变频器的容量时要留适当余量。

(1)恒定负载连续运行时变频器容量的计算。

由低频低压起动或由软起动器起动，而变频器只用来完成变频调速时，要求变频器的额定电流稍大于电动机的额定电流即可:IFN?1。

1IMN，其中，IFN—变频器额定电流，IMN——电动机额定电流。

额定电压、额定频率直接起动时，对三相电动机而言，由电动机的额定数据可知，起动电流是额定电流的5—7倍。

因而得用下式来计算变频器的频定电流。

IFN?Imst/KFg式中Imst—电动机在额定电压，额定频率时的起动电流。

KFg—变频器的过载倍数(2)周期性变化负载连续运行时变频器容量的计算。

很多情况下电动机的负载具有周期性变化的特点。

显然，在此情况下，按最小负载选择变频器的容量，将出现过载，而按最大负载选择，将是不经济的。

由此推知，变频器的容量可在最大负载与最小负载之间适当选择，以便变频器得到充分利用而又不到过载。

首先作出电动机负载电流图n,Φt)及I,f(t)，然后求出平均负载电流Iav再预选变频器的容量，关于Iav的计算采用如下公式:Iav,(I1t1+I2t2+…+Ijtj+…)?(t1+t2+…+tj+…) 考虑到过渡过程中，电动机从变频器吸收的电流要比稳定运行时大，而上述Iav没有反映过渡过程中的情况。

因此，变频器的容量按IFN?(1。

1—1。

2)Iav修正后预选(式中，Ij为第j段运行状态下的平均电流，tj为第j段运行状态下对应的时间，同时若过渡过程在整个工作过程中占较大比重，则系数(1。

1—1。

2)选偏大的值。

(3)非周期性变化负载连续运行时变频器容量的计算。

这种情形一般难以作出负载电流图，可按电动机在输出最大转矩时的电流计算变频器的额定电流，可用该式IFN?IM(max)/KFg(式中IM(max))为电动机在输出最大转矩时的电流，确定。

1。

2。

2一台变频器同时供多台电动机使用，即一拖多除了要考虑一拖一的几种情形外，还可以根据以下三种情况区别对待。

(1)各台电动机均由低频低压起动，在正常运行后不要求其中某台因故障停机的电动机重新直接起动，这时变频器容量按IFN?IM(max)+ΣIMN，(式中ΣIMN，为其余各台电动机的额定电流之和。

IMst(max)为最大电动机的起动电流, (2)一部分电动机直接起动，另一部分电动机由低频低压起动。

除了使电动机运行的总电流不超过变频器的额定输出电流之外，还要考虑所有直接起动电动机的起动电流，即IFN?(ΣIMst’+ΣIMN’)/KFg，(式中，ΣMisty为所有直接起动电动机在额定电压，额定频率下的起动电流总和，ΣIMN为全部电动机额定电流的总和)。