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中達電通在塑料封切機上成功的系統集成案例

中達電通股份有限公司

摘要 : 本文詳盡介紹了塑料封切機的工藝，并依據封口機系統的要求結合臺達PLC /臺達伺服/臺達人機、、產品的特色，提供客戶高附加值的解決方案。
　　
關鍵詞 : PLC / 伺服 / 變頻器 / 人機界面 / 封切機
　
　　Abstract : The article will introduce the procee of 封口機 system and describe the application of PLC ( Delta ES PLC ) to control the AC Servo Drives 、 HMI and AC motor drives by networking . Delta group provide the high productivity and high reliability system to our customer.
　　
　　Key Word : PLC / AC Servo Drives / AC Motor Drives / HMI
　　
　　1 引言
　　
　　【塑料封切機】是加工塑料包裝袋不可或缺的機械設備；定位精度、速度和穩定性直接影響到所生產膠袋的質量和生產效率。為了提高設備的可靠性和提升設備的生產效率，中達電通開發了自動控制封切機系統，以PLC、變頻器、伺服、人機界面，取代舊有復雜的“繼電—接觸器及剎車離合器等控制機構”，使客戶在原有的成本上，得到更高的價值服務。該系統是中達電通又一個典型的系統整合成功應用案例，整個系統根據臺達產品在系統整合方面的特點,采用臺達DVP-ES PLC、臺達VFD-A變頻器、臺達ASDA伺服驅動器及臺達DOP-A人機界面；在保證工藝控制要求的情況下，大大提高了系統效率(生產效率)，同時亦為客戶降低了維護成本及采購成本 ( One Stop Shop Order )，為用戶提供了高附加值的解決方案。本系統主要效能包括：
　　（1）效率提高
　　（2）生產良品率提高
　　（3）封切精度提高
　　（4）方便調適
　　（5）運行平穩
　　（6）操作簡便
　　
　　2. 工藝簡介
　　
　　2.1. 工藝說明:
　　主要工藝過程包括三大部份：送料、封切、出料(成品).
　　主要過程為封切動作,主要有以下幾種情況: 白袋封切運行、色標封切運行與回切封切運行，主要工藝詳述如下:
　　
　　（1）白袋封切運行工藝：
　　系統上電
　　·溫度控制設備會先調節封刀的溫度，使封刀的溫度達到設定的需要,手動調整切刀的位置,達到封切長度的需求。
　　·調節變頻器使送料、封切速度及出料的速度達到產量要求,一般情況由變品器速度決定封切速度,工藝中要求封切中變頻器單個運行速度一定要大于伺服送料速度。
　　·調整送料直流電機速度,使送料速度與變頻器速度配合,通過直流電機的速度達到一定的張力控制,保持原料的平直.
　　
　　自動運行模式
　　·變頻器通過機械連桿裝置使送料、出料、封切的速度達到協調控制,送料與出料同步進行。
　　·封切刀在主電機通過機械傳動裝置控制封切刀上下往復運動
　　·封切完一個膠帶，通過傳感器觸動PLC對封切工作計數一次
　　·當系統接到人機界面或控制盤上按下停止鍵,系統會立即停機,封切刀會停止運行回復到高位處,方便手動排除故障,取出問題的膠帶.
　　·在系統設定的批量生產個數將到達前，系統會提示報警，到達批量生產個數系統將自動停機并將計數值清為零；待系統停機達到繼續運行時間，系統會繼續自動運轉(不需按激活按鈕)，從新開始計數。
　　
　　手動運行模式
　　·手動運行工藝與自動運行工藝要求一樣，唯一差別在于如果系統設定在手動運行模式,則當批量個數到達后,系統會自動停機,需要再次按下激活按鈕后,系統才會再次運行。
　　
　　(2)色標封切：
　　·色標封切的工作原理與白袋運行原理相似，也是封切刀在低位時伺服電機驅動出料輥夾著塑料薄膜帶以系統設定的塑料袋長度轉動一次。
　　·色標封切與白袋運行的差異在于色標封切時，會產生累積誤差,累積誤過大時會影響到塑料袋封切的品質,所以色標封切到達一定的累積誤后,就要進行停機及誤差俌正。
　　·色標封切 - 封切刀到達低位點時,系統會自動對批量計數一次，同時每追到一次色標信號時計數一次(當沒追到色標信號時，追色不計數，)批量的計數次數與色標的計數次數的差值等于設定的追色誤差次數時，系統停機且報警。
　　·追色最理想的情況是使用色標信號來控制封切及停機,這樣可以做到封切沒有累計誤差；由于封切機對精度要求0.5mm，一方面強調速度，故可以根據客戶需求自行選擇.
　　　　
　　(3) 回切功能:
　　·系統回切功能的目的是為了防止”在封切時由于溫度太高導致塑料袋溶化與輥輪相粘,造成下次送料在切刀處堆積”的缺失。
　　·當系統設定為回切功能開始送料時,伺服先會反轉回切設定的長度距離后停止,然后再正轉 ”回切長度和設定袋長距離之和”后停止。
　　·回切運行時，需在人機上設定的口袋長度,采用回切會降低系統精度,所以使用過程中我們將回切速度開放給客戶,以利客戶調整速度改善精度.
　　
　　2.2. 工藝規格要求
　　·10-900mm膠袋，生產約140-60個/分鐘。
　　·長度誤差在0.5mm內。
　　·膠袋封口處溫度線，需結實耐拉。
　　·既可定長封切，又可追色封切并具有回切功能。
　　·追色封切時，連續在設定誤差次數內檢測不到色標信號，要自動停機報警。
　　·要有預警功能（即生產快到設定批量時，要提示警報）。
　　·封切刀電機調速，送料電機調速，出料電機、伺服電機調速功能。
　　·自動/手動模式運行,具有手動調試功能。
　　
　　
　　3系統簡介
　　根據封切機系統的特點和功能要求，將整個系統主要分為控制系統、伺服驅動系統、監控系統、變頻器調速系統四大部份。
　　
　　PLC控制系統
　　控制系統采用臺達DVP ES系列的PLC作為主控核心，臺達DVP-14ESPLC 具有8個輸入點及6個輸出點，該PLC主機自帶兩個串行通訊口，一個為RS485通訊口另一個為RS232通訊口。
　　選用ES PLC的原因：
　　·在原有的成本基礎上，提供高廠商產品的附加價值。
　　·ES PLC 俱有的雙通訊口,可以運用通訊的方式，簡化系統程序以及配線,完成系統整合與控制。
　　·PLC對伺服的控制是以通訊的方式完成，而不是由傳統的PLC發送脈沖的形式來控制伺服；以通訊的方式對伺服位置、轉速、、等參數進行設定與控制,具有精確度高,成本低的特點。
　　·與臺達伺服、人機界面．．等產品，可透過通訊及內部協議，更強化了工作效率。
　　·臺達伺服特有的定位功能,是我們實現封切機單軸控制的關鍵。臺達伺服編碼器10,000線以及伺服內部自帶定位模塊的功能，使我們在同等精度的情況下,PLC的運行速度能遠遠高于其它品牌PLC；同時因為伺服俱有輸入\輸出的靈活定義性能，省去了PLC對的定位需求，也使開發過程變得簡單、容易。
　　
　　整個控制系統是以PLC的輸入輸出實現邏輯控制,通過通訊來實現對伺服的控制、人機命令的執行及狀態的顯示。
　

　　PLC 系統架構圖
　　

　　
　　監控系統 -- 人機界面
　　臺達人機界面采用先進Windows RTOS的技術，系統俱備多任務及實時性的功能，所以比傳統單工系統人機界面俱有速度快、響應快及穩定性高等優勢。
　　本系統使用臺達DOP-A系列5.7”單色人機界面，對系統進行操作、監控制和參數的設置，主要的工作包括：
　　·運行模式選擇(手動、自動)
　　·控制功能(運行,停止,寸動前進,寸動后退,清零,追色,補碼,回切功能選擇)
　　·參數的設置(封切速度、批量、停機時間、總數、切帶長度、封切速度、誤差次數)
　　·監控及報警訊息
　　.人機界面操作方便，故障、報警信息簡要明朗，通過人機界面可以大大方便操作員對塑料封切機的控制,提高生產效率。　　
　　伺服驅動系統
　　臺達ASDA系列伺服由低慣量100W到中慣量3KW產品齊全，其功能除了傳統伺服驅動位置控制、速度控制及扭力控制外，更開發了伺服驅動的新技術—強健性控制；所以ASDA系列伺服俱有響應速度快、低轉速具有高剛性而且非常穩定運轉等優異的特性。
　　伺服系統是封切機的執行機構，它的好壞直接影響到切袋的精度和系統的穩定性。本系統充分展現了臺達伺服系統的優勢 – 【通訊能力及內含NC控制器的功能】，PLC通過通訊的方式與ASDA伺服進行控制，達到高精度、高速度的要求。
　　
　　變頻器調速系統
　　變頻器調速系統主要是對系統的送料速度、封切速度、出料速度進行調節控制，使送料、封切、出料達到很好的協調工作。本系統由成本和操作人員的習慣考量,仍采用了旋鈕式的變頻器調速裝置,此方案俱侑有方便、直觀的特點。
　　
　　其它輔助系統
　　系統其它輔助系統還包括溫度控制系統和氣動打孔裝置。溫度控制系統采用了簡易溫度控制調節系統，通過調節溫度盤的旋鈕,可以調節到用戶需要的恒定溫度,該系統具有方便調節、價格低廉、恒溫性好、、等特點。氣動打孔裝置主要是對塑料包裝袋(有的食品包裝袋需要打孔)進行打孔，通過安裝在輪軸上的位置傳感器，當輪軸轉到設定的位置后，信號會觸發氣閥打開，完成打孔的動作。
　　
　　4．操作與調試
　　機械設計時，需要滿足:
　　·(主)變頻器頻率工作在60Hz時，切刀與封刀來回往復運動達140次/分鐘。
　　·在滿足伺服電機的實際連續運行轉速要小于或等于其額定轉速及其它特性的要求下，伺服機構的傳動比及出料輥的外徑的合理設計是滿足工藝要求（1）的關鍵。
　　
　　伺服傳動機構采用同步帶傳動，伺服編碼器脈沖數為2500P/R，故其本身誤差遠遠小于0.5mm，引起定位誤差較大的真正原因是由于伺服電機起停不夠平滑，或者由于送料端的送料速度小于出料輥的出料速度，造成出料輥與塑料薄膜之間的相對滑動；故需要根據伺服電機的起停速度調整合適的加減速時間，調整送料變頻器頻率使其送料速度要大于出料輥的出料速度，調整結果要以出料輥與塑料薄膜之間不發生相對滑動為準。
　　
　　溫控器的設定溫度一般設定在200℃左右，根據主電機的轉速高低適當微調溫控器的設定溫度 (以膠袋封口處結實耐拉為合格的標準)。需注意當主電機轉速較快時，封刀上下往復運動快，封口時間短，若封刀溫度偏低，會導致膠袋封口處不牢；當主電機轉速較低時，封口時間長，若封刀溫度偏高，會導致膠袋封口處燙穿。
　　
　　PLC程序根據伺服機構的機械傳動比、伺服驅動器的電子齒輪比、伺服電機編碼器的線數以及出料輥的周長，可計算出伺服驅動器接收一定數量的脈沖時，伺服電機就驅動出料輥轉動帶出一定長度的膠袋`。如此即可實現定長控制。
　　
　　色標封切時，PLC若在設定批量內檢測不到時色標累計達到設定的保護值，PLC需停止各電機運轉，并提示報警。
　　當回切功能運行開時,需確認設定回切長度是否工作正常及切袋是否準確完善。
　　外接旋鈕調位器可對主電機、送料電機、出料電機進行調速；人機界面上伺服速度的設定值可對伺服調速。
　　
　　系統包括:自動運行模式、手動運行模式及手動調試模式；自動/手動運行模式為生產操作模式，手動調試模式在調機或維修時使用。
　　
　　5．本系統使用以下產品
　　（1）臺達ES系列 PLC ( DVP-14ES)
　　（2）臺達A Type變頻器 ( VFD007A23A /VFD004A23A )
　　（4）臺達ASDA系列伺服
　　（5）臺達DOP-A人機界面
　　（6）SICK公司KT5-2 色標感應器
　　（7）溫度控制盤
　　（8）氣動打孔裝置
　　
　　6．總結
　　提供客戶【穩定可靠的系統集成方案】是中達電通經營的宗旨，此次【塑料封切機】項目，中達電通結合了臺達PLC、臺達變頻器、臺達伺服和臺達人機界面..等自身產品，為客戶開發了一套穩定可靠的系統，不但滿足了客戶工藝的要求，更提高了客戶設備的可靠性和提升了客戶設備的工作效率，再次證明中達電通為提供客戶【穩定可靠的系統集成方案】的精神努力不懈。
　　
　　參考文獻 :
　　中達電通臺達 PLC 手冊
　　中達電通臺達伺服手冊
　　中達電通臺達 PLC 手冊
　　中達電通臺達變頻器手冊

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