臺達SC系列PLC在食品脫氧劑投入機控制系統中應用

SC系列PLC是臺達新推出的一款S系列PLC，主要是增加了總頻寬為130K的高速脈沖輸出和高速計數的功能適合控制伺服系統。本文介紹基于SC系列PLC的食品機械機電自動化化系統，系統應用臺達觸摸屏DOP-A57GSTD+SC系列可編程控制器 DVP-12SC11T+伺服控制器ASD-A021LA+編碼器ES3-06CN6941＋步進電機，設備不大，但是使用的臺達機電產品較全，整個系統由于控制精度高，所以調試較困難。
關鍵字：食品機械投入機 觸摸屏 PLC 伺服 編碼器

1 引言

此系統屬于食品機械的投入機的控制系統，系統包括觸摸屏、可編程控制器、伺服、編碼器、步進電機等，投入機主要功能是把呈帶狀脫氧劑或者是干燥劑，進行切斷，然后按要求投入到包裝線。在整個設備中，控制的主要要求是要切斷準確，切斷的位置偏差要在±5mm以內，而且要求速度可以很快，高速每分鐘要達到170個；因為送料驅動使用的是步進電機，這樣就會要求送料要有反饋，所以從動輪上安裝了編碼器做為反饋信號的來源，由于控制部件的組合以及于機械機構的聯動配合問題，在調試時做了好多次軟件和硬件的改進最后達到了使用要求。

2 食品脫氧劑投入機工藝

因為屬于機械設備的系統，另外，要求精度也高一些，所以工藝過程相對復雜一些，主要要求如下：通過設定不同的料袋長度尺寸和間距，可以加工4種規格的產品；要求實際偏差不得超過±5mm；要求在連續運行時的加工速度要能達到每分鐘170個；要求刀速和步進的速度都能有四個檔的調整；報警上下限設定；偏差微調功能，并且顯示微調值；要求有兩個外部聯動功能，啟動不同的聯動信號可以達到包裝線聯動的功能；要求具有生產計數的功能，可實現計數有效無效的切換。工藝過程如圖1所示。

圖1 工藝過程

3 系統設計

3.1電控系統設計

(1)PLC系統需求分析。6個數字量輸入；3個數字量輸出；1個伺服控制；1個步進控制；1個由AB相的編碼器發出的高速脈沖計數。

（2）控制系統配置設計。觸摸屏：臺達DOPA57GSTD；PLC：臺達DVP12SC11T ；伺服控制器：臺達ASD-A021LA；臺達編碼器ES3-06CN6941；步進驅動器和電機；料檢測接近開關；刀位檢測接近開關；外部連動接近開關。

觸摸屏主要是用來顯示和控制、報警、報警上下限設定、采集數據顯示微調、報警數據顯示、記錄產量等；PLC主要是采集數據并計算，控制伺服電機和步進電機的動作，報警的判斷和輸出；伺服電機的作用是用來使切刀可以快速的切斷干燥劑，并且準確的歸位；步進電機的作用是快速的進料，并且進料要十分的準確；編碼的作用是把從動輪的轉動的實際角度采集出來，送給PLC。

3.2控制軟件功能設計

（1）系統的功能要求。可以設定干燥劑的長度和間距，以便可以切不同規格的干燥劑；刀速和步進的速度是可設定的要能夠分成幾個檔位，適應不同的要求；可以設定上下限報警，來控制誤差的范圍；顯示報警畫面、報警信息；報警上下限設定；具有偏差微調功能，并且顯示微調值；要求有兩個外部聯動功能，啟動不同的聯動信號可以達到聯動的功能；要求具有生產計數的功能，可實現計數有效無效的切換；要求具有復位功能，實現故障狀態的復位；除聯動外還能實現連續運行和點動的功能；

（2）技術難點分析。在以上的功能中最重要的功能實現就是步進電機的控制，這也是最難的部分，因為干燥劑長度的準確完全依賴于步進電機所走的行程，如果單純靠固定脈沖數來控制步進電機，那么運行一段時間后一定會出現累計誤差，會使所切的干燥劑長度相同但是會切到料上，所以必須使用編碼器采集回來的脈沖數作為反饋來給步進發脈沖。
（4）HMI（觸摸屏人機界面）畫面設計。主頁；控制畫面；參數設置畫面；步進速度設置畫面；切刀速度設置畫面；報警畫面。

（5） PLC模塊設計。刀和步進速度設定；運行方式控制；復位狀態控制；計數功能；伺服和步進控制；報警控制。

4 機電系統調試

4.1 機電位移脈沖當量

通過反復的試驗得到一個試驗值：就是料每移動1mm編碼器的脈沖數是多少個，在這臺設備上得到的數據是，每移動1mm編碼器的脈沖數是5個，而且相對準確。

4.2 伺服頻率當量

通過反復試驗得到兩個數值：就是為達到每分鐘加工速度為170個，那么對步進和伺服發出的脈沖頻率是多少，經過試驗得到的數據是步進額為4KHz，而伺服應該是80 KHz；其實，本來可以通過計算可以得到這個數據，但是，由于機械方面的配合和程序有掃描周期的問題，所以不能完全套用計算所得到的數值。

4.3 料位檢測

調整料檢測的高度也是一個比較關鍵的環節，如果不能調整好高度會對切斷的準確性起到決定性作用。

4.4 前機時間

投入的準確性是靠調整前機時間來保證的，在食品盒到達投入口正下方之前要進行切斷動作，而食品盒到達投入口正下方時干燥劑要正好投入到食品盒當中，送料停止到切刀切斷之間的時間就是前機時間。

5 結束語

此設備的使用臺達的機電產品比較多，整合性能比較好，為客戶降低了大量的成本，是單一電控技術平臺為客戶降低成本的很好的實例。針對國內食品機械的自動化程度較低的現狀，還有很多自動化應用工程空間。食品脫氧劑投入機使用了臺達的SC系列PLC來控制臺達伺服系統，達到了使用要求