摘 要: 在卷紙封裝機中，存在送料過程中的同步控制問題。我們提出了一套送料過程中的同步控制方案。我們在卷紙供送系統的驅動軸上安裝一個半圓形金屬片，在側面裝上接近開關探頭，通過判斷每次光電傳感器檢測到色標時接近開關的輸出狀態，就能知道包裝紙供送系統是滯后還是超前于卷紙供送系統，從而使伺服電機正、反轉或不動，實現了送料過程中的同步控制。 關鍵字: 封裝機;同步控制;送料過程 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 　　封裝機械的最大特點是動作復雜、頻繁，且有較多的執行元件。在這種場合使用繼電器控制邏輯必然需要大量的中間繼電器，而這些中間繼電器在用PLC控制的情況下，就可以對其內部的輔助繼電器進行編程后來取代。因此，國外在注塑機、各種封裝機上大量地采用PLC來取代傳統的繼電器控制屏，使得故障率大大降低，性能有很大提高。我國封裝機械目前控制部件大多還沿用繼電器方式。如果能用PLC來取代的話，則可以簡化機械結構，機械設計和電氣設計都可以得到簡化。更重要的是可以使原來無法實現的某些功能得以實現，使封裝機械在某種程度上實現智能化。對于基于PLC的封裝機的控制系統，送料過程中的同步控制是一個非常重要的環節。本文設計了送料過程的同步控制，設計出了相應的電路。 2 供電線路 　　2.1 主電機的啟動控制 　　主電機啟動前，主操縱離合器應處于拉開狀態，確保主電機輕載啟動。若所有的檢測和控制條件均有效，則按下啟動按鈕可使主電機輕載低速啟動，并在一定時間延遲后自動控制變頻器的高速運轉。若機器出現故障，則應立即切斷電源，并且進行機械制動，確保機器的安全。 　　2.2 變頻器的運轉控制 　　變頻器的運轉控制主要有運轉啟動、速度自動設定、故障報警停機故障提示和解除故障狀態。 　　2.3 送卷紙電機的控制 　　在主電機啟動后，送紙電機應自動運轉，保證下紙道中有充足的卷紙供推紙板使用，并且要求在JS3傳感器（檢測推紙板是推還是退）的控制下有高低速自動切換功能。當主機停下來時，送卷紙電機不應馬上停止，必須經過一段延時后再停，否則將會出現下紙道短時缺紙或紙道堵塞的現象，影響主電機的再次啟動。 3 送料過程中的同步控制 　　在高速全自動封裝機運作的過程中，產品的供送和包裝材料的供送均是連續進行的，而且它們分別受到許多因素的影響，如：生產中速度的變化、包裝材料的張力和拉伸率不均勻等，因此這兩個系統相互之間有一個需要隨時調整速度的同步控制問題。 　　3.1同步控制系統 　　封裝機械設備的同步控制系統框圖如圖1，機械動力一方面提供給產品供送系統，同時還提供給差速器，將差速器的輸出提供給包裝材料的供送（無同步控制的設備是直接將機械動力傳輸給包裝材料的供送系統）。將產品供送和包裝材料供送的信號反饋給同步控制電路，比較兩者是否同步。如果在同步范圍內，伺服電機停止不動作，差速器將輸入的速度輸出給包裝材料供送系統。否則當包裝材料供送慢于產品的供送，伺服電機正轉，差速器在正常輸出的速度基礎上疊加一個正補償，提高包裝材料的供送速度，直到兩者同步;包裝材料供送快于產品的供送，伺服電機反轉，使包裝材料的供送慢下來，使得兩者速度相同。 [align=center] 圖1 同步控制系統框圖[/align] 　　3.2信號的獲取 　　當包裝材料需要定長裁斷時，如單個衛生卷紙的包裝，包裝材料以卷筒的形式放于原料架上，且每隔一定長度都印有一個色標。在衛生卷紙供送的同時，包裝材料還要有一個切斷的過程，這就增加了同步供送的復雜性。如圖2：包裝材料每供送到一定長度時，光電傳感器讀到色標信號，將該信號作為同步信號送給比較器，同時將此信號輸送給切紙機構，由于切紙機構與包裝材料在水平方向上是同步的（關于切紙機構與包裝材料的同步控制在此不作論述），因此并不影響送料速度。 [align=center] 圖2 同步控制方法[/align] 　　產品供送系統的信號用接近開關取出。在產品供送系統的驅動軸上安裝一個如圖3所示的半圓形金屬片1，在側面裝上接近開關J的探頭，如圖所示的瞬間，接近開關沒有感應到金屬片1，假設輸出狀態為1，當產品供送軸3旋轉時，半圓金屬片遮住接近開關，接近開關輸出狀態J為0，因此產品供送軸每旋轉一圈，接近開關的1和0輸出狀態大約各占一半的時間。假設光電傳感器S檢測到有色標信號時輸出狀態為1，沒有色標信號時輸出為0，只要判斷每次光電傳感器檢測到色標時接近開關的輸出狀態，就能得出產品供送系統是滯后還是超前于包裝材料供送系統。在圖3所示時刻，正好光電傳感器S輸出為1時，接近開關J的輸出也為1，可以認為產品供送滯后，當J為0，即半圓金屬片遮當住接近開關時，S為1，則產品供送超前。可以根據這樣的判斷來控制伺服電機對產品供送系統的速度進行補償。如果兩個系統剛好同步，在圖3的同步范圍內，要求伺服電機既不正轉也不反轉，處于停止狀態。具體作法是讓控制電路在超前和滯后的轉換時，由跳變信號觸發，給出一段延時時間，在此時間內獲得色標信號S表示同步，控制伺服電機不動作。這段延時時間的長短是可供隨時調節的，因此達到同步精度可調的目的。在這段延時結束后，如果獲得S信號，則表示產品供送超前，發出調控動作。 [align=center] 圖3 產品供送信號的獲取 圖4 控制電路原理[/align] 　　上述原理可由圖4實現。當S為0時，卻未檢測到色標，兩個與門F和Z都被鎖住，J的狀態對輸出結果無影響，正反補償均無輸出。只有當檢測到色標信號，S=1，電路中2， 4腳為高電位時，J的狀態才對輸出有影響。如果J=1， 1腳為高電位，F輸出為1，進行反轉補償。如果包裝材料供送超前，J剛好從1變為0， 1腳為低電位，鎖住F，而3腳由反相器的作用為1，如果得到S=1，使4腳電位也為1， Z輸出狀態取決于腳5。但由于J的跳變，延時電路得到一個負觸發脈沖，輸出低電位，使5腳為0，將Z鎖住也無輸出。這時正反補償都不動作，即補償電機停止，表示兩個系統處于同步狀態。當延時結束后，延時電路輸出高電位，使5腳電位為1，如果包裝材料供送滯后，檢測到色標S=1，使3， 4， 5腳都是高電位，Z輸出為1，形成正轉補償。 　　3.3同步控制電路原理的實現 　　同步控制電路原理如圖6所示。接近開關的輸入接J端，光電傳感器的輸入接S端。比較電路選用一塊74LS10集成電路中的二個三輸入與非門構成，反相器選用一塊74LS00集成電路。用一塊555時基電路，調節電位器R1可調整電路的延時時間T1。 　　圖5 控制電路T1時間越短，同步精度就越高。T1的調整效果可通過發光二極管LED1來指示。只要555的2腳得到負脈沖，3腳就輸出高電位。為了能鎖住與非門74LS10的5腳，用一個反相器反相。與非門的比較結果輸出給由556組成的兩個延時電路，這兩個延時電路的輸出分別控制伺服電機的正反轉。R8和C9決定反轉補償時間，R7和C7決定正轉補償時間，R8與R7值相等而且聯動，C9和C7容量也相等，所以伺服電機的正反向補償時間是一樣的。BG1和BG2分別驅動繼電器K1和K2，實現對伺服電機的正反轉控制。二極管D2和D3起保護作用，即在正轉或反轉補償期間又出現反轉和正轉指令時，伺服電機不會出錯。在伺服電機的主電路中也有互鎖保護環節。實際上主電路中也可用固體繼電器代替普通有觸點繼電器。正反轉的工作狀態可通過發光二極管LED2和LED3指示。產品供送和包裝材料的供送同步精度調節要根據包裝質量的要求，生產速度，正反方向的補償情況等因素綜合考慮。調節R1可變精度的大小，如果同步精度要求高，生產速度快，要適當調小R1阻值。另外，調節R7和R8，改變伺服電機每次補償的時間。如果伺服電機正反向動作交替頻繁，說明補償量超過需要，可適當減少補償時間。如果伺服電機單方面動作頻繁，說明該方向的補償不夠，可適當增加補償時間。理想情況下的補償伺服電機的動作補償不太頻繁，而且正反向的動作交替都有。因此，要將R1、R7和R8配合起來調節。 [align=center] 圖5 控制電路原理[/align] 4 小結 　　在卷紙封裝機中，卷紙和包裝紙要求能同時到達工位1，這就產生了送料過程中的同步控制問題。在同步控制中，我們在卷紙供送系統的驅動軸上安裝一個半圓形金屬片，在側面裝上接近開關探頭，通過判斷每次光電傳感器檢測到色標時接近開關的輸出狀態，就能知道包裝紙供送系統是滯后、超前還是同步于卷紙供送系統，從而使伺服電機正、反轉或不動，實現了送料過程中的同步控制。 本文作者創新點 　　本文對基于PLC的封裝機的控制系統，進行了分析和研究，提出了一套送料過程中的同步控制方案。通過實際運行證明，該控制方式的原理和電路合理、可行，能夠滿足實際需要，同步控制精度可以在不停機的情況下實現在線調節，控制效果大大優于常規的凸輪控制方式。 參考文獻: 　　[1] 吳亞雄.毛巾印花機PLC控制系統及設計.單位:重慶海康實業有限公司設備能源部，中國工控網/專業論文，2003 　　[2] 謝始達.西門子矢量控制型交流變頻器在報紙生產輸送線中的應用.廣東自動化與信息工程，2003年第1期:38-40 　　[3] 謝意， 陳前， 劉永智. 利用復合型算法確定薄膜光學常數和厚度[J]. 紅外與激光工程， 2007， Vol.36 No.4， 522-524 　　[4] 田克君，陳虎. 基于CAN總線的多伺服電機同步控制[J]. 微計算機信息， 2006， 9-1: 40-42