PLC及步進電機在高速氣動液體包裝機中的應用

1、PLC及步進電機在高速氣動液體包裝機中的應用摘要DXDL320QC為立式氣動全自動液體包裝機。適用于牛奶、豆奶、果汁飲料、醬油、醋等液體物料的包裝。本機應用三菱PLC作為控制系統(tǒng)的核心裝置,因其具有抗干擾能力強, 性能穩(wěn)定, 精度高等特點,使制袋成形、封合、灌裝、切斷等動作都能快速穩(wěn)定的完成；利用步進電機驅動拉膜機構，高速穩(wěn)定。關鍵詞：PLC； 步進電機；拉膜控制一. PLC及步進電機簡介（一）.PLC可編程序控制器，英文稱Programmable Controller?？删幊绦蚩刂破魇且环N數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算

2、、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。在各基本單元中，按X000-X007、X010-X017、Y000-Y007、Y010-Y017等八進制數(shù)的方式分配輸入繼電器、輸出繼電器的地址號，擴展單元、擴展模塊的地址號接在基本單元（主機）的后面，以八進制方式依次分別對X、Y連續(xù)編號。PLC內(nèi)部有多個輔助繼電器，分為停電保持用和非停電保持用。此外PLC內(nèi)部還有多個數(shù)據(jù)寄存器和特殊功能繼電器，這些內(nèi)部單元為編程提供了便利，同時大大增強了控制系統(tǒng)的功能。（二）.步進電機步進電動機是一種同步電動機，電機的轉子為永磁體，當電流流過定子繞組時

3、，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉子旋轉一角度，使得轉子的磁場方向與定子的磁場方向一致。當定子的矢量磁場旋轉一個角度，轉子也隨著該磁場轉一個角度。每輸入一個電脈沖，電動機轉動一個角度前進一步。給步進電動機供電的電源是脈沖電源，而不是直流電源或正弦交流電源。步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，使得在速度、位置等控制領域步進電機的應用變得非常方便。二.指令說明PLSR是帶加減速的脈沖輸出指令S1:最高頻率 10100000(HZ)S2:總輸出脈沖數(shù) 16位指令時:1103276

4、7 32位指令時:110999999 S3:加減速時間: 505000(ms) 圖1D:脈沖輸出號: Y0或Y1 當X0置于ON時,指令執(zhí)行。D以S1的頻率發(fā)出S2個脈沖。脈沖輸出過程中前S3 ms頻率由0逐漸上升到S1，后S3 ms頻率由S1逐漸下降到0。脈沖輸出完成后，結束標志繼電器M8029動作。X0復位，D中斷輸出。三.拉膜控制的設計 圖2 （一）.速度控制圖2序號所代表的零件 ： 1: 同步帶輪A 2: 同步帶輪B 3: 膠輪組A 4：膠輪組B 5: 尼龍齒輪A 6: 尼龍齒輪B步距角: =1.8/細分數(shù)(度)PLC以設定值D131的頻率發(fā)出脈沖給步進電機驅動器，電機的固有步距角是1

5、.8度，設定細分數(shù)為4，則電機的步距角為1.8/4=0.45度，同步帶輪B的模數(shù)與同步帶輪A的模數(shù)相同，但齒數(shù)之比為3:2,受同一條同步帶驅動，所以角速度之比為2：3。同步帶輪B與膠輪組A、尼龍齒輪A同軸，故角速度相同。尼龍齒輪A與尼龍齒輪B 模數(shù)相同齒數(shù)相同，嚙合傳動，故角速度相同，膠輪組B與尼龍齒輪B同軸角速度相同。綜上 ，膠輪組A、B角速度相同且與同步輪B角速度相同。膠輪組A、B與同步帶輪A的角速度之比為2：3。 已知膠輪的直徑d=85mm設拉膜的速度為D137 mm/s,即膠輪的線速度為D137mm/s, 膠輪在一秒內(nèi)轉過的角度為=D137*360/(d), 同步帶輪A轉過的角度為=3

6、/2*=3/2* D137*360/(d), 即步進電機轉過的角度為, 因為驅動器接受PLC一個脈沖，步進電機轉過的角度為=1.8/4=0.45度，所以在一秒內(nèi)步進電機驅動器接受的脈沖數(shù)為 n= /=3/2* D137*360/(d)*4/1.8 ，因為是PLC一秒中發(fā)出的脈沖數(shù)，即為脈沖頻率。帶入以上已知條件,f=D137*4496/1000。 顯然數(shù)據(jù)寄存器D137設置不同的速度參數(shù)，PLC發(fā)出不同頻率的脈沖，步進電機轉動的速度不同，拉膜的速度也就不同。（二）.長度控制當觸摸屏上的“色標選擇開關”打開時，包裝膜移動過程中光眼每次掃描到膜上的色標時，光眼將色標信號發(fā)送給PLC 的輸入口X0,

7、PLC接收到信號后經(jīng)邏輯運算通過輸出口Y0向步進電機驅動器發(fā)出停止指令，步進電機停止，此周期拉膜結束。驅動器等待下一個拉膜啟動指令。拉膜的長度取決于包裝膜上的色標距。流量×罐裝時間=定量灌裝時間=橫封氣缸打開時間+拉膜時間+橫封氣缸封合時間如果膠輪表面的粗糙度不均，摩擦系數(shù)波動較大，走膜時膠輪與包裝膜之間的摩擦力將大小不等，當動摩擦力小于包裝膜的阻力時，就會出現(xiàn)膠輪在轉而膜不動的打滑現(xiàn)象，PLC輸出口此間發(fā)出的幾個脈沖沒有通過步進電機起到拉膜的作用，相當于這幾個脈沖做了無用功。勢必造成拉相同長度的包裝膜PLC每次發(fā)出的脈沖數(shù)不定，在脈沖頻率一定的條件下，每個拉膜周期所用的時間將長短不

8、一。拉膜時間將影響每個周期的灌裝時間，以至最終影響定量的精度。在拉膜速度一定的條件下，增加膠輪與包裝膜之間的摩擦力有兩種方法 增加彈簧的彈性系數(shù): 簡單的方法就是加粗彈簧 增加膠輪的摩擦系數(shù): 增加含膠量，降低硬度改變膠輪的材質，將膠輪的表面均勻打磨。結束語 在選用步進電機時要注意每分鐘轉速不超過1000轉，也不適用于連續(xù)運轉。步進電機最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時噪音和振動都比較大。電機在較高速或大慣量負載時，一般不在工作速度起動，而采用逐漸升頻提速，不但使電機不失步，還可以減少噪音同時可以提高停止的定位精度。 步進電機驅動器接收的脈沖信號都是5V15mA，所以PLC的輸出口Y0與驅動器的脈沖輸入口CP-之間要串接1.8K的限流電阻，否則驅動器將被燒壞。PLC的輸出口Y0與驅動器的脈沖輸入口CP-之間要用屏蔽線連接，以免外界信號的干擾增大定位誤差。參考文獻1