唐莎

摘要 本文介紹通過PLC控制的顆狀物生產(chǎn)線，利用PLC、變頻、伺服、步進(jìn)、氣動、傳感器等技術(shù)，使生產(chǎn)線在瓶裝速度，精度，自動化程度，自動控制能力等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)上都達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。

關(guān)鍵字 自動瓶裝 PLC 1PG定位伺服定位

隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，自動瓶裝技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等眾多生產(chǎn)領(lǐng)域中，并且成為現(xiàn)代工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志之一。

1． 系統(tǒng)組成

該生產(chǎn)線由送瓶裝置，圓形轉(zhuǎn)盤加工臺，物料傳送帶裝置，立體倉庫四部分組成，每一道工序都由對應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的電氣控制和各類傳感器構(gòu)成。

1．1．送瓶裝置

送瓶裝置由藥瓶檢測傳感器和供瓶氣缸兩部分組成。當(dāng)藥瓶檢測傳感器檢測到有藥瓶時，供瓶氣缸將藥瓶推出至轉(zhuǎn)盤加工臺初始位，推出到位后氣缸自動縮回，完成送瓶動作。

1．2．圓形轉(zhuǎn)盤加工臺

圓形轉(zhuǎn)盤加工臺由落料裝置、加蓋裝置、加印裝置三部分組成。圓形轉(zhuǎn)盤加工臺由伺服電機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，?？咳齻€位置，分別為藥粒裝置處、加蓋裝置處、加印裝置處。其中藥粒裝置處的?？坑陕淞蟼鞲衅鳈z測，當(dāng)落料傳感器檢測到藥瓶己到達(dá)指定位時，轉(zhuǎn)盤停止旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行藥粒灌裝，當(dāng)藥瓶灌滿后轉(zhuǎn)盤繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。加蓋裝置處和加印裝置處的?？坎捎盟欧到y(tǒng)的位置控制模式。其主要原理是利用PLC產(chǎn)生的脈沖數(shù)控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動帶動轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)脈沖數(shù)發(fā)送完畢，伺服電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤到達(dá)指定位置進(jìn)行加蓋和加印。

1．3．物料傳送帶

物料傳送帶的皮帶傳輸裝置和成品檢測傳感器組成。物料的傳送速度采用變頻器控制，結(jié)合實際生產(chǎn)需要當(dāng)業(yè)務(wù)繁忙時，選用變頻最高速運行，提供15段速度選擇，多段速的控制由PLC實現(xiàn)。

1．4．立體倉庫

立體倉庫由搬運機(jī)械手和儲料倉庫組成。儲料倉庫為一層貨架模型，共提供10個貨架。入庫動作由搬運機(jī)械手實現(xiàn)，倉庫的定位采用FX2n-1PG定位輸出模塊進(jìn)行控制。

2． 設(shè)計要點

在藥顆自動瓶裝系統(tǒng)中，定位部分關(guān)系到藥瓶是否能夠準(zhǔn)確加蓋、加印和入庫，是設(shè)計的重點，在本系統(tǒng)中采用了1PG和伺服定位兩種控制模式。

2．1．1PG定位

FX2n-1PG定位輸出模塊，簡稱PGU，可輸出一相脈沖數(shù)、頻率可變的定位脈沖。通過連接步進(jìn)驅(qū)動器能實現(xiàn)獨立1軸的簡單定位控制,使用From/To指令于PLC進(jìn)行咨訊通信。1PG模塊中專門設(shè)置了用于與PLC進(jìn)行信息交換的緩沖區(qū)（簡稱BFM），BFM中包括模塊控制信號、模塊參數(shù)控制條件、工作狀態(tài)信息等內(nèi)容，其中最主要的參數(shù)是設(shè)置定位脈沖數(shù)參數(shù)17和18。

2．2．伺服定位

伺服系統(tǒng)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)（或給定值）的任意變動的自動控制系統(tǒng)。其組成原理圖如下圖1所示

圖1 伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

伺服系統(tǒng)常見的工作模式有三種，分別為速度控制模式，轉(zhuǎn)矩控制模式，位置控制模式。位置控制模式是利用PLC產(chǎn)生脈沖來控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動，其中脈沖的個數(shù)決定伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動的角度（或是工作臺移動的距離），脈沖的頻率決定電機(jī)轉(zhuǎn)速。位置控制模式中，設(shè)計的關(guān)鍵在于電子齒輪比的設(shè)置，電子齒輪比是匹配電機(jī)脈沖數(shù)與機(jī)械最小移動量的，電子齒輪比與伺服電機(jī)編碼器反饋量、脈沖量、螺距相關(guān)。假如電子齒輪比設(shè)為26，上位控制器發(fā)出5000個脈沖，經(jīng)過伺服驅(qū)動器后實際發(fā)給伺服電機(jī)的脈沖數(shù)應(yīng)該為5000*26=130000個脈沖。

3． 控制流程

控制系統(tǒng)的核心采用三菱公司的FX-2n系列控制器，用梯形圖方式對系統(tǒng)進(jìn)行編程。由于工序較多，PLC編程較復(fù)雜，采用順序控制指令實現(xiàn)?？刂茣r序大體為：生產(chǎn)線初始化，包括轉(zhuǎn)盤對原點，搬運機(jī)械手回原點及藥粒準(zhǔn)備工作。初始化后，藥瓶放入落藥口，供瓶氣缸將藥瓶推出至轉(zhuǎn)盤加工臺初始位，轉(zhuǎn)盤在伺服電機(jī)的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)。當(dāng)落料傳感器檢測到藥瓶已到指定位時，轉(zhuǎn)盤停止旋轉(zhuǎn)，下料氣缸動作，藥粒落入藥瓶，5S后轉(zhuǎn)盤繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。將裝有藥粒的藥瓶送往加蓋裝置（定位控制）,當(dāng)PLC指定脈沖發(fā)送完畢，轉(zhuǎn)盤停止旋轉(zhuǎn)至加蓋口，供蓋氣缸將瓶蓋推出，配合加蓋升降氣缸，伸縮氣缸和真空吸盤，完成下降-吸蓋上升伸出-下降-放蓋上升縮回動作，加蓋氣缸縮回后轉(zhuǎn)盤繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，將已蓋好的藥瓶送往加印口，加印位置（定位控制），當(dāng)PLC指定脈沖發(fā)送完畢、轉(zhuǎn)盤停止旋轉(zhuǎn)至加印口，加印氣缸動作，印章下降并壓在瓶蓋上完成加印動作。轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，將成品藥瓶送往傳送帶，成品由物料傳送帶輸送到位時，成品檢測傳感器動作，傳送帶立即停止，機(jī)械手抓取成品后，根據(jù)1PG相應(yīng)控制脈沖提供給步進(jìn)驅(qū)動器，驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)帶動機(jī)械手由原點定位到相應(yīng)的倉位，并將其入庫。

4． 瓶裝精度及穩(wěn)定性測試

為了驗證生產(chǎn)線的瓶裝精度及運行穩(wěn)定性，采用了三向公司制造的SX-CSET-JD05進(jìn)行了2h連續(xù)生產(chǎn)，灌裝的藥瓶規(guī)格為60g，瓶裝直徑35mm，瓶裝高度80mm，灌裝顆粒藥料為0.1g，生產(chǎn)線運行時間2h。生產(chǎn)瓶裝數(shù)240，裝瓶最大重量為61g，灌裝最大誤差為0.51%，產(chǎn)品合格率98%，由結(jié)果可以看出，該生產(chǎn)線具有較高的灌裝精度及運行可靠性。

5.參考文獻(xiàn)

[1] 梁洪峰、王寶光，趙琳，張元寬. 干粉滅火器自動灌裝線[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程.200718（9）：26-30

[2]傳動和驅(qū)動技術(shù)手冊，三向公司，2012