热收缩膜包装机的电气控制

  图1热收缩膜包装机的包装工艺流程图 
④推瓶是由推瓶杆伺服电机M6完成控制；⑤送切膜是由伺服电机M7及切膜系统完成控制；⑥裹膜是由裹膜伺服电机M8及主驱动伺服电机M4完成控制；⑦热收缩是由热缩系统完成控制；⑧包装产品传送是由传送电机M9完成控制。
  2.热缩膜包装机的系统控制特点
2. 1控制系统的组成
热缩膜包装机的控制系统是由PLC和检测执行元件、人机界面、伺服电机通过PROFIBUS-DP现场总线组成，7台伺服电机同时接在伺服系统总线上，如图2所示。PLC通过检测元件对机器运行情况检测，控制执行元件的执行，通过PROFIBUS-DP总线对伺服电机运行情况检测和对伺服电机的控制。
2. 2伺服系统的主从控制
多台伺服电机的主从运行是同步运行的行之有效的形式之一，本控制系统把推瓶电机M6作为主机，其它伺服电机作为从机跟随M6

同步运行。送纸板电机M5、导膜杆电机M8同推瓶电机M6匀速运动同步运行。分瓶电机M2、M3，送切膜电机M5，按照自身的运动曲线同推瓶电机M6同步运行。
如图2所示，双总线是热缩膜包装机控制系统的特点，伺服电机的主从同步运行数据通过伺服驱动器的系统总线传输，伺服之间的数据传送不同过PROFIBUS-DP总线，同步控制不需要PLC控制，伺服同步控制系统在同一个软件平台运行，提高了控制速度和控制精度，简化了PLC软件编程。PLC同伺服电机、人机界面的数据传送通过PROFIBUS-DP总线，传送伺服电机的开关指令、报警数据，主驱动电机的运行位置数据等，在人机界面上可以方便的修改控制系统的参数。
2.3机器运行位置的检测和包装周期
在伺服控制中，伺服电机装有旋转编码器，根据旋转编码器的反馈信号，伺服控制器对伺服电机进行闭环控制，旋转编码器比较经济的选择是增量型编码器，它与电机转速成正比的频率产生脉冲，伺服控制器对脉冲计数，以便进行控制。通过PROFIBUS-DP总线，伺服控制器将所计数传送到PLC（存放在MT中）中，MT的数值就反映出机器的运行位置。
在包装过程中，推瓶杆推出一组瓶子完成一个包装，在推瓶杆经过处安装一个检测开关B1，利用B1对MT复位，MT的数值周期性变化，MT中的数据就反映出包装周期内的位置数据。在每一个包装周期内，取纸板、放纸板、送切膜、分瓶等，同MT有一一对应的数据关系，根据一一对应的数据对机器的每一个动作进行控制。
3. 取纸板（托盘）的控制
取纸板的原理是通过高速气流产生微真空（真空发生器），进行吸纸板。如果产品通过，B2检测到信号，根据MT中的数据，判断吸盘到达放纸板处，开电磁阀Y1产生真空吸纸板，根据MT中的数据，判断到达释放纸板的位置，关电磁阀Y1，开电磁阀Y2破坏真空，释放纸板，其控制时序图如图3所示。

图3 取纸板控制时序图
4. 分瓶电机的控制
4.1分瓶原理
在热收缩膜包装机中，包装段的瓶传送通过主驱动电机传送，分瓶是将排列紧密的瓶子分成3x3或其它组合的瓶子组。其分瓶原理如图4所示，两个分瓶电机的传送链上，分别装有等距离的两组挡瓶爪，两个电机快慢交替运行，将排列整齐的瓶子成3x3瓶组，通过主驱动电机传送到下一个工位。

  图4  分瓶原理示意图
4.2分瓶电机的控制
从分瓶的原理可以看出，分瓶电机M2、M3有规律交替快慢运行。热缩膜包装机的伺服系统采用SEW伺服控制器和伺服电机，SEW伺服控制器的特点是可编程运行，按照编程曲线运行，通过伺服系统总线传输同步运行信号，图5为分瓶电机M2、M3的运行曲线，推瓶电机的脉冲数作为时间轴，进行主从同步运行，在一个推瓶周期内，完成一次分瓶过程。
分瓶电机M2、M3的是按照自身的运动线与推瓶电机同步运行，是推瓶电机的从机，随推瓶电机运行而运行。由于包装工艺的要求，分瓶电机M2、M3不能于推瓶电机M6同时启动，只有在推瓶电机M6启动后，在特定的位置（通过 TM的数据判断）启动，停机时，运行完一个分瓶周期才能停止。只有这样，停机后才能停在同步初始位上，保证下次启动的同步性，分出的3X3瓶组通过推瓶杆传输到下一个工位。

   图5 分瓶电机M2、M3运行曲线图
5. 送切膜电机的控制
5.1送切膜电机的运动曲线

图6 送切膜电机的运行曲线
根据包装工艺的要求，送切膜电机的运行曲线如图6所示，OA
段为托盘下压膜的长度，OA’为3x3瓶子移动OA长推瓶杆电机运行的脉冲数，AB段为裹膜和托盘后半部压膜的长度，AB段运行过程中，送膜速度比较快，保证导膜杆顺利的把膜裹在包装产品上。BC段为膜切断后，将膜送到膜出口的长度，确保下次膜顺利导出。送切膜电机作为推瓶电机的从机同步运行，推瓶电机的脉冲数是送切膜电机运行曲线的时间轴，OC’为一个送膜周期数，O点由PLC根据MT中的值确定，A’是高速送膜的起点，B’是高速送膜的终点，C’是送一个膜长的终点。推瓶电机和送膜电机以主从关系运行，在一个送膜周期内，推瓶电机停，送膜电机跟随推瓶电机停，推瓶电机开，送膜电机跟随推瓶电机开。
5.2送切膜电机的控制
送切膜电机的控制包括送膜、切刀定位、切刀离合、切刀制动、

图7 送切膜控制时序图
卷膜制动等动作，这些动作的执行，是由设定数据同MT中的数据比较进行控制。控制时序图如图7所示。B3为产品通过检测信号，M3为送切膜控制标志继电器， M4为控制通过PROFIBUS-DP总线传送给送切膜电机开机数据，送切膜电机接到开机信号后，以推瓶电机脉冲数作为时间轴，按照自身的运行曲线，送一个包装膜。Q1、Q2、Q3分别对切刀定位汽缸、切刀离和器、切刀制动器的控制，在切刀离和之前，汽缸抬起，切刀旋转切膜，汽缸释放、切刀制动，完成切膜。Q4膜卷制动，其作用是消除膜卷惯性，使膜传送平稳。
5. 结束语
热缩膜包装机的电气控制根据机械结构的不同而不同，其控制方式差异比较大，本文论述的仅为其中的一种，简略的论述了该包装机电气控制的设计和调试中的认识。为了保护生产厂商的利益，文中的数据作了技术处理，控制的方式和原理论述是正确的。实践证明，该控制方案是成功的，克服了同类包装机包装产量不能连续可调的缺点，减少了许多检测元件，提高了控制的可靠性。