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1 項目簡介

目前我國對國內包裝設備制造業提出了提高高科技和裝備水平的要求，重點在效率高、速度快、加工精度高、自動化程度高的先進設備的研制技術，制袋機設備應用關系到食品、化工、醫藥、工業等眾多國計民生的重大產業，在滿足我們食用物資供應的背后，是龐大的制袋機市場。本文根據制袋機的工藝要求和控制性能指標要求，開發了通過PROFINET總線通信協議的制袋機控制系統，以提高制袋機的自動化水平、工作的穩定性和可靠性，并解決了目前制袋機的制袋定位不準、加工效率不高、加工過程中亂刀和切不斷等問題。

2 控制系統配置

制袋機主要由上料機構、折疊機構、變頻傳動機構、封口機構、伺服牽引傳動機構、色標檢測機構、切斷機構等單元構成，如圖1所示。其中核心控制單元伺服牽引傳動機構由SINAMICS V90 PN伺服驅動器作為控制器，該機構在生產過程中控制袋長的精度，并且配合切斷機構實現制袋的牽引以及切斷功能。

圖1 制袋機的外觀圖

SINAMICS V90 PN伺服驅動器作為伺服牽引傳動機構執行單元的控制器，與上位機S7-1500CPU通過PROFINET總線通信構成IRT等時同步通信，通過報文的控制字和狀態字，接收上位機S7-1500CPU通過PROFINET總線通信發送來的起動、回零、停止指令，同時SINAMICS V90 PN也通過PROFINET總線通信把當前的伺服牽引軸的位置反饋給上位機S7-1500CPU，上位機根據設定的袋長以及色標傳感器的信號完成制袋的切斷。控制框圖，如圖2所示。

圖2 牽引與切斷裝置

3 控制系統完成的功能

該制袋機根據制袋材料的不同有兩種制袋運行模式，固定長度切斷制袋運行模式和色標檢測切斷制袋運行模式。工作流程如圖3所示。

3.1 回零功能

開機后上位機直接把當前位置標記為零點，以當前位置為參考點直接根據上位機設定的袋子的長度值運行，當切斷機構完成了袋長的切斷后，上位機會接收到來自切斷機構發出的一個數字量DI同步信號，讓上位機重新把當前位置標記為零點，這樣繼續執行下一次回零操作，然后重復進行切割。

3.2 固定長度運行模式

對于一些純色或者透明的包裝袋，一般采用固定長度運行模式,該運行模式正如上述工藝流程圖3（a）所示，它會忽略色標信號，當上位機把當前位置標記為零點后，根據設定的袋子的長度值通過PROFINET總線將位置指令發送給SINAMICSV90PN伺服驅動器執行制袋的牽引動作，當到達指定長度后，切斷機構完成袋子的切斷動作并計袋數，然后循環上述動作直至袋數達到設定值后停機。

（a）固定長度切斷運行模式                                      （b）色標檢測切斷運行模式

圖3 制袋機制袋工藝流程

3.3 色標檢測運行模式

對于一些帶色標的包裝袋，會采用色標檢測運行模式，這樣可以使得切割后袋子的長度精度更高。該模式正如上述工藝流程圖3(b)所示，開始時上位機會把當前位置標記為零點，然后按照一個指定的袋子長度進行運行，當色標傳感器檢測到袋子上的色標信號后，會把該色標信號同步給上位機執行硬件中斷使上位機發送停車指令，SINAMICSV90PN伺服驅動器接收到停車指令后，快速響應完成定位停止動作，切斷機構完成袋子的切斷動作并計袋數，然后循環上述動作直至袋數達到設定值后停機。

3.4 伺服優化功能

由于該制袋設備要求具有效率高，紙袋長度誤差小的特點，所以需要SINAMICSV90PN伺服驅動器具有快速響應，定位精度高的性能。在該應用中采用了SINAMICSV90PN伺服驅動器先進的自動優化功能，在調試的過程中，打開一鍵優化的功能，根據機械結構設置對應的動態系數，并激活一鍵優化里面的速度前饋和扭矩前饋功能，如圖4所示，電機會快速來回旋轉識別出慣量比，對速度環進行優化，給出符合應用要求的動態參數。

圖4 一鍵優化功能激活的選項

4 應用情況

本文所述的整個系統采用了西門子全套解決方案，節省了調試時間，具有后期維修成本低等特點。該自動控制系統能夠實現復合制袋機生產過程的上紙、控溫、折邊、輸送、剪切、計數等各環節的自動化。尤其是采用了SINAMICSV90PN伺服驅動器和西門子1FL6高分辨率的單圈絕對值編碼器（分辨率21位）的電機后，解決了以前該設備定位不準、過沖、紙袋長度誤差大的現象，現在主機速度（袋速）在1~30m/min范圍內能夠確保制袋在加速、減速過程中穩定可靠。