西門子S7-200 PLC在枕式包裝機的應用

? 近年來，我國食品包裝技術得到了快速發展。在引進國外包裝機械的基礎上，國內機械制造廠商通過消化吸收，發展創新，使我國的包裝機械制造水平有了很大的提高。

? 按包裝機的機械結構來劃分，食品包裝機械可以分為立式包裝機與枕式包裝機。顧名思義，立式包裝機是從上到下的包裝過程，包裝的食品類型一般為顆粒，粉末，液體，例如日常生活中的食鹽、牛奶等；枕式包裝機是平面包裝的，包裝的食品類型一般為塊狀的，例如方便面，冰糕，蛋糕等。請參見下圖：

立式包裝機 枕式包裝機

本文主要基于枕式包裝機進行說明。

系統原理圖（經濟型枕式包裝機）

機械結構（枕式包裝機）

主要由撥叉、膜輥、色標傳感器、切刀以及橫封和縱封構成：

1． 撥叉安裝在傳輸帶上主要起傳輸、分離包裝物的作用
2． 膜輥起送膜的作用
3． 色標傳感器檢測薄膜上的色標信號
4． 切刀把包裝后的包裝物切割成包裝袋，由于切刀上有加熱裝置，切刀兼有橫封的作用
5． 另外該機械還包括縱封部分，把側面的薄膜粘合起來

系統要求：

? 膜輥直徑：66.88mm
? 切刀直徑：120.00mm
? 切刀電機傳動比：9：1
? 膜電機傳動比：9：1
? 切刀旋轉軸外接編碼器360 線
? 包裝規格：袋長（50-500）mm
? 包裝速度：150 袋/分鐘
? 切割精度：小于等于2.00mm
? 切刀電機功率：700W
? 進膜電機功率：700W

設計依據：

? 利用PLC 高速脈沖輸出通道發送的脈沖信號，實現對伺服驅動器的位置及速度控制
? 利用PLC 的高速計數通道實現外接編碼器的位置反饋
? 以切刀軸作為主軸，進膜軸作為從動軸進行控制
? 利用色標傳感器進行位置檢測，PLC 經過位置判斷，做簡單的位置閉環控制
? 推導設計

計算方法：

? 計算最大脈沖輸出能否滿足要求
Rev =4096 units/rev
C =D xπ
=66.88 x 3.14159265
=210mm
Vmax =Lmax x PVmax
=500 x 70
=35000 mm/min
Pmax =Vmax / C x Z x Rev / 60
=35000 / 210 x 9 x 4096 /60
=102400
Precision ＝C / Z / Rev
=0,0057 mm/unit
推導結論： 精度2mm 〉Precision x 10 滿足條件
PLC 最大輸出頻率為100KHZ, 近似滿足條件

軟件設計依據（一）補償方法：

? 由于計算過程比較麻煩，這里不作詳細說明。總之不同包裝速度決定了不同的脈沖輸出頻率，把每次色標檢測到的實際位置與理論位置進行對比，按實際位置與理論位置之差進行補償，補償按著位置差的千分之二進行。

? 實際的位置值是根據外接的編碼器來實現的，在每次檢測到色標的時候，記錄實際值。每包裝一包切刀旋轉一周，編碼器記錄為0－360 度，一個周期后自動清零。

軟件設計依據（二）象限判斷：

? 由于此包裝機屬于經濟型配置，伺服沒有位置閉環控制，沒有尋參功能。有鑒于此，軟件中添加了示教功能：即在進行彩膜包裝時，如果更換新的包裝規格，要進行示教，把第一個色標檢測的位置值記錄下來，作為后面包裝過程中色標檢測的判斷依據（理論位置）。

? 在包裝過程中每次色標檢測的位置與理論位置的差值進行判斷，如果差值大于180度，送膜電機進行追蹤補償，否則，送膜電機減速，進行延遲補償。

? 由于示教時色標位置值（理論位置）是隨機的，可以在0－360 度的任意象限。因為要進行差值計算，涉及了正向追蹤還是延遲補償的問題，所以要根據具體情況采用不同的計算公式

? 這里采用第一象限為例做簡單介紹：

如果 0如果 0則 Delta_A=Act-T
如果 180變量名稱 表示符號 單位
示教位置 T 度
實際位置 Act 度
差值 Delta_A 度

本包裝機為枕式包裝機經濟型配置方案，不但可以進行定長包裝，還可以進行色標包裝，切割精度足夠滿足目前大多數食品加工廠家的要求，得到了廣泛的使用。在激烈的市場競爭中，節約成本是很多制造商的選擇。

另外，在高端的包裝機方面，目前大多采用伺服控制器閉環控制。例如西門子SIMOTION 系統：通過運動控制器，不但可以直接利用系統的電子齒輪，電子凸輪等工藝模塊進行控制，而且還具有疊加軸，虛軸等功能，系統的動態性能更高，定位精度更準確