关键字: 封装机;同步控制;送料过程
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
封装机械的最大特点是动作复杂、频繁，且有较多的执行元件。在这种场合使用继电器控制逻辑必然需要大量的中间继电器，而这些中间继电器在用PLC控制的情况下，就可以对其内部的辅助继电器进行编程后来取代。因此，国外在注塑机、各种封装机上大量地采用PLC来取代传统的继电器控制屏，使得故障率大大降低，性能有很大提高。我国封装机械目前控制部件大多还沿用继电器方式。如果能用PLC来取代的话，则可以简化机械结构，机械设计和电气设计都可以得到简化。更重要的是可以使原来无法实现的某些功能得以实现，使封装机械在某种程度上实现智能化。对于基于PLC的封装机的控制系统，送料过程中的同步控制是一个非常重要的环节。本文设计了送料过程的同步控制，设计出了相应的电路。
2 供电线路
2.1 主电机的启动控制
主电机启动前，主操纵离合器应处于拉开状态，确保主电机轻载启动。若所有的检测和控制条件均有效，则按下启动按钮可使主电机轻载低速启动，并在一定时间延迟后自动控制变频器的高速运转。若机器出现故障，则应立即切断电源，并且进行机械制动，确保机器的安全。
2.2 变频器的运转控制
变频器的运转控制主要有运转启动、速度自动设定、故障报警停机故障提示和解除故障状态。
2.3 送卷纸电机的控制
在主电机启动后，送纸电机应自动运转，保证下纸道中有充足的卷纸供推纸板使用，并且要求在JS3传感器（检测推纸板是推还是退）的控制下有高低速自动切换功能。当主机停下来时，送卷纸电机不应马上停止，必须经过一段延时后再停，否则将会出现下纸道短时缺纸或纸道堵塞的现象，影响主电机的再次启动。
3 送料过程中的同步控制
在高速全自动封装机运作的过程中，产品的供送和包装材料的供送均是连续进行的，而且它们分别受到许多因素的影响，如：生产中速度的变化、包装材料的张力和拉伸率不均匀等，因此这两个系统相互之间有一个需要随时调整速度的同步控制问题。
3.1同步控制系统
封装机械设备的同步控制系统框图如图1，机械动力一方面提供给产品供送系统，同时还提供给差速器，将差速器的输出提供给包装材料的供送（无同步控制的设备是直接将机械动力传输给包装材料的供送系统）。将产品供送和包装材料供送的信号反馈给同步控制电路，比较两者是否同步。如果在同步范围内，伺服电机停止不动作，差速器将输入的速度输出给包装材料供送系统。否则当包装材料供送慢于产品的供送，伺服电机正转，差速器在正常输出的速度基础上叠加一个正补偿，提高包装材料的供送速度，直到两者同步;包装材料供送快于产品的供送，伺服电机反转，使包装材料的供送慢下来，使得两者速度相同。
图1 同步控制系统框图
3.2信号的获取
当包装材料需要定长裁断时，如单个卫生卷纸的包装，包装材料以卷筒的形式放于原料架上，且每隔一定长度都印有一个色标。在卫生卷纸供送的同时，包装材料还要有一个切断的过程，这就增加了同步供送的复杂性。如图2：包装材料每供送到一定长度时，光电传感器读到色标信号，将该信号作为同步信号送给比较器，同时将此信号输送给切纸机构，由于切纸机构与包装材料在水平方向上是同步的（关于切纸机构与包装材料的同步控制在此不作论述），因此并不影响送料速度。
图2 同步控制方法
产品供送系统的信号用接近开关取出。在产品供送系统的驱动轴上安装一个如图3所示的半圆形金属片1，在侧面装上接近开关J的探头，如图所示的瞬间，接近开关没有感应到金属片1，假设输出状态为1，当产品供送轴3旋转时，半圆金属片遮住接近开关，接近开关输出状态J为0，因此产品供送轴每旋转一圈，接近开关的1和0输出状态大约各占一半的时间。假设光电传感器S检测到有色标信号时输出状态为1，没有色标信号时输出为0，只要判断每次光电传感器检测到色标时接近开关的输出状态，就能得出产品供送系统是滞后还是超前于包装材料供送系统。在图3所示时刻，正好光电传感器S输出为1时，接近开关J的输出也为1，可以认为产品供送滞后，当J为0，即半圆金属片遮当住接近开关时，S为1，则产品供送超前。可以根据这样的判断来控制伺服电机对产品供送系统的速度进行补偿。如果两个系统刚好同步，在图3的同步范围内，要求伺服电机既不正转也不反转，处于停止状态。具体作法是让控制电路在超前和滞后的转换时，由跳变信号触发，给出一段延时时间，在此时间内获得色标信号S表示同步，控制伺服电机不动作。这段延时时间的长短是可供随时调节的，因此达到同步精度可调的目的。在这段延时结束后，如果获得S信号，则表示产品供送超前，发出调控动作。
图3 产品供送信号的获取
图4 控制电路原理
上述原理可由图4实现。当S为0时，却未检测到色标，两个与门F和Z都被锁住，J的状态对输出结果无影响，正反补偿均无输出。只有当检测到色标信号，S=1，电路中2， 4脚为高电位时，J的状态才对输出有影响。如果J=1， 1脚为高电位，F输出为1，进行反转补偿。如果包装材料供送超前，J刚好从1变为0， 1脚为低电位，锁住F，而3脚由反相器的作用为1，如果得到S=1，使4脚电位也为1， Z输出状态取决于脚5。但由于J的跳变，延时电路得到一个负触发脉冲，输出低电位，使5脚为0，将Z锁住也无输出。这时正反补偿都不动作，即补偿电机停止，表示两个系统处于同步状态。当延时结束后，延时电路输出高电位，使5脚电位为1，如果包装材料供送滞后，检测到色标S=1，使3， 4， 5脚都是高电位，Z输出为1，形成正转补偿。
3.3同步控制电路原理的实现
同步控制电路原理如图6所示。接近开关的输入接J端，光电传感器的输入接S端。比较电路选用一块74LS10集成电路中的二个三输入与非门构成，反相器选用一块74LS00集成电路。用一块555时基电路，调节电位器R1可调整电路的延时时间T1。
图5 控制电路T1时间越短，同步精度就越高。T1的调整效果可通过发光二极管LED1来指示。只要555的2脚得到负脉冲，3脚就输出高电位。为了能锁住与非门74LS10的5脚，用一个反相器反相。与非门的比较结果输出给由556组成的两个延时电路，这两个延时电路的输出分别控制伺服电机的正反转。R8和C9决定反转补偿时间，R7和C7决定正转补偿时间，R8与R7值相等而且联动，C9和C7容量也相等，所以伺服电机的正反向补偿时间是一样的。BG1和BG2分别驱动继电器K1和K2，实现对伺服电机的正反转控制。二极管D2和D3起保护作用，即在正转或反转补偿期间又出现反转和正转指令时，伺服电机不会出错。在伺服电机的主电路中也有互锁保护环节。实际上主电路中也可用固体继电器代替普通有触点继电器。正反转的工作状态可通过发光二极管LED2和LED3指示。产品供送和包装材料的供送同步精度调节要根据包装质量的要求，生产速度，正反方向的补偿情况等因素综合考虑。调节R1可变精度的大小，如果同步精度要求高，生产速度快，要适当调小R1阻值。另外，调节R7和R8，改变伺服电机每次补偿的时间。如果伺服电机正反向动作交替频繁，说明补偿量超过需要，可适当减少补偿时间。如果伺服电机单方面动作频繁，说明该方向的补偿不够，可适当增加补偿时间。理想情况下的补偿伺服电机的动作补偿不太频繁，而且正反向的动作交替都有。因此，要将R1、R7和R8配合起来调节。
图5 控制电路原理
4 小结
在卷纸封装机中，卷纸和包装纸要求能同时到达工位1，这就产生了送料过程中的同步控制问题。在同步控制中，我们在卷纸供送系统的驱动轴上安装一个半圆形金属片，在侧面装上接近开关探头，通过判断每次光电传感器检测到色标时接近开关的输出状态，就能知道包装纸供送系统是滞后、超前还是同步于卷纸供送系统，从而使伺服电机正、反转或不动，实现了送料过程中的同步控制。
本文作者创新点
本文对基于PLC的封装机的控制系统，进行了分析和研究，提出了一套送料过程中的同步控制方案。通过实际运行证明，该控制方式的原理和电路合理、可行，能够满足实际需要，同步控制精度可以在不停机的情况下实现在线调节，控制效果大大优于常规的凸轮控制方式。
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