近年來，以可編程控制器為主體，結(jié)合模擬量、高速計(jì)數(shù)器、溫度傳感器等智能模塊以及觸摸屏組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)在全自動(dòng)包裝機(jī)中得到了廣泛應(yīng)用。本文將通過全自動(dòng)包裝機(jī)的典型應(yīng)用的軟硬件設(shè)計(jì)分析，介紹其在包裝檢測、計(jì)數(shù)控制中的應(yīng)用優(yōu)勢及開發(fā)過程。  

本文要點(diǎn)： 

●  典型全自動(dòng)包裝機(jī)檢測環(huán)節(jié)的工作原理 

●  根據(jù)全自動(dòng)包裝機(jī)控制要求繪制梯形圖 

●  STEP 7 Micro/WIN 32 編程軟件的使用方法 

●  使用S7-200 系列全自動(dòng)包裝機(jī)的定時(shí)器指令的使用方法 

●  熟練設(shè)計(jì)和調(diào)試程序的方法 

1.典型全自動(dòng)包裝機(jī)檢測環(huán)節(jié)的工作原理 

由于以紙、塑料薄膜、復(fù)合材料為包裝材料的生產(chǎn)線得到越來越廣泛的應(yīng)用，包材的準(zhǔn)確傳送顯得尤為關(guān)鍵，特別是在多級傳動(dòng)電機(jī)同步運(yùn)行控制中，各傳動(dòng)電機(jī)在升速或降速的過程中要求多級傳動(dòng)電機(jī)能夠及時(shí)地同步運(yùn)行。本文以全自動(dòng)包裝機(jī)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為背景，介紹PLC在同步控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。可以采用PLC對包裝機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)控制。要使自動(dòng)模切壓痕機(jī)等包裝類機(jī)械實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，需要將經(jīng)典的繼電―接觸器控制系統(tǒng)中的大部分聯(lián)鎖控制轉(zhuǎn)移到PLC中實(shí)現(xiàn)，繼電―接觸器控制系統(tǒng)將大大地簡化，成為只含有一些必要的電氣聯(lián)鎖的系統(tǒng)，成為PLC系統(tǒng)指令的有條件的執(zhí)行者。  

包裝機(jī)是一個(gè)多控制點(diǎn)、多傳動(dòng)的復(fù)雜機(jī)械控制裝置，整個(gè)包裝機(jī)的工作過程如下。 
（1）  啟動(dòng)主電機(jī)時(shí)，主電機(jī)帶動(dòng)設(shè)備上相關(guān)機(jī)械傳動(dòng)裝置運(yùn)行，印刷電機(jī)也開始運(yùn)行，同時(shí)其他電器也處于運(yùn)行狀態(tài)，例如：加熱器、空壓機(jī)、復(fù)合泵等都開始工作。 
（2）  當(dāng)包裝袋經(jīng)過著墨、烘干之后進(jìn)入切刀部分，由主切刀切成要求的袋長，然后開始進(jìn)入糊口部分，這就要求主電機(jī)與印刷電機(jī)之前的速度達(dá)到匹配，不至于使包裝袋褶皺。 
（3）  包裝袋進(jìn)入糊口部分時(shí)，要經(jīng)過涂膠、上膠、加熱，之后進(jìn)入底貼部分，與底貼色帶粘合之后進(jìn)入下一環(huán)節(jié)。其中底貼色帶由底貼電機(jī)帶動(dòng)，而其與主電機(jī)在速度上有一個(gè)嚴(yán)格的匹配關(guān)系，這樣才能使袋子底部粘貼合格。經(jīng)過底貼環(huán)節(jié)之后，由傳送帶送到出袋部分，再由電磁閥控制其數(shù)量之后以要求的數(shù)量送出。其工作過程如圖所示。 
由于包裝機(jī)械是一個(gè)非常復(fù)雜的控制系統(tǒng)，所以本章只介紹檢測與計(jì)數(shù)系統(tǒng)的工作原理。 質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)從包裝外透明紙包裝機(jī)上采集檢測器的信號，通過個(gè)計(jì)數(shù)器對該信號進(jìn)行累加，當(dāng)累加值 Nl 達(dá)到預(yù)置值 8000（即設(shè)備累積生產(chǎn)了 8000 個(gè)產(chǎn)品）時(shí)輸出一脈沖信號（用于驅(qū)動(dòng)報(bào)警燈），用以提醒機(jī)臺人員進(jìn)行質(zhì)量檢查。 

脈沖信號輸出后，系統(tǒng)通過第二個(gè)計(jì)數(shù)器對檢測器的信號進(jìn)行累加，同時(shí)監(jiān)測包裝外透明紙包裝機(jī)上手動(dòng)剔出按鈕的觸點(diǎn)狀態(tài)（常開），如第二計(jì)數(shù)器的累加值N2達(dá)到800（即脈沖信號發(fā)出后再生產(chǎn)了 800 個(gè)產(chǎn)品）前系統(tǒng)監(jiān)測到手動(dòng)剔出按鈕的觸點(diǎn)閉合（即執(zhí)行手動(dòng)剔出動(dòng)作），則累加值 Nl 清零。同時(shí)停止脈沖信號輸出。如第二計(jì)數(shù)器的累加值 N2 達(dá)到 800（即脈沖信號發(fā)出后再生產(chǎn)了 800 個(gè)產(chǎn)品）后系統(tǒng)仍未監(jiān)測到手動(dòng)剔出按鈕（3S279）的觸點(diǎn)閉合（即未執(zhí)行手動(dòng)剔出動(dòng)作），則系統(tǒng)包裝外透明紙包裝機(jī)上的停機(jī)按鈕（3S272）發(fā)出停機(jī)指令，同時(shí)第二計(jì)數(shù)器清零。 再次啟動(dòng)設(shè)備后，第二計(jì)數(shù)器重新開始計(jì)數(shù)，如在累加值N2到達(dá) 800 前仍未檢測到手動(dòng)剔出按鈕的觸點(diǎn)閉，則再次停機(jī)，直至執(zhí)行手動(dòng)剔出動(dòng)作為止。結(jié)構(gòu)如圖所示。

2. 全自動(dòng)包裝機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 

全自動(dòng)包裝機(jī)控制系統(tǒng)主要器件包括上位機(jī)、PLC、變頻器等。它們的選擇都是以在保證功能的前提下盡可能地選擇可靠性高和使用方便的產(chǎn)品為依據(jù)。在進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)之前，需要對控制對象和控制任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，然后確定系統(tǒng)的規(guī)模、機(jī)型和配置。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該包裝機(jī)控制系統(tǒng)需要配置如下的不同性質(zhì)的 I/O 點(diǎn)，如數(shù)字量、模擬量、高速計(jì)數(shù)器等，而且一般都需要有速度控制、定位控制、溫度控制，以及稱重控制等一些較為精確的控制功能。

根據(jù)對上述控制任務(wù)的分析，選擇了西門子公司的中小型PLC系統(tǒng)S7-200，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用，其模塊化、無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，以及易于實(shí)現(xiàn)分布、易于用戶掌握等特點(diǎn)，使其成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的方案。S7-200 系列所具有的多種性能遞增的 CPU 和豐富且?guī)в性S多方便功能的 I/O 擴(kuò)展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的模塊。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大并且愈加復(fù)雜時(shí)，可隨加模塊對PLC進(jìn)行擴(kuò)展。SIMATIC  S7-200所具備的高電磁兼容性和強(qiáng)抗振動(dòng)、抗沖擊性，更使其具有高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。它具有很強(qiáng)的計(jì)算能力和完善的指令集，通過MPI 接口，適用于高速的過程處理。