萍乡西门子PLC总代理商

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前言

•近年来，我国食品包装技术得到了快速发展。在引进国外包装机械的基础上，国内机械制造厂商通过消化吸收，发展创新，使我国的包装机械制造水平有了很大的提高。

•按包装机的机械结构来划分，食品包装机械可以分为立式包装机与枕式包装机。顾名思义，立式包装机是从上到下的包装过程，包装的食品类型一般为颗粒，粉末，液体，例如日常生活中的食盐、牛奶等；枕式包装机是平面包装的，包装的食品类型一般为块状的，例如方便面，冰糕，蛋糕等。请参见下图：

立式包装机 枕式包装机

本文主要基于枕式包装机进行说明。

系统原理图（经济型枕式包装机）

机械结构（枕式包装机）

主要由拨叉、膜辊、色标传感器、切刀以及横封和纵封构成：

1． 拨叉安装在传输带上主要起传输、分离包装物的作用

2． 膜辊起送膜的作用

3． 色标传感器检测薄膜上的色标信号

4． 切刀把包装后的包装物切割成包装袋，由于切刀上有加热装置，切刀兼有横封的作用

5． 该机械还包括纵封部分，把侧面的薄膜粘合起来

系统要求：

•膜辊直径：66.88mm

•切刀直径：120.00mm

•切刀电机传动比：9：1

•膜电机传动比：9：1

•切刀旋转轴外接编码器360 线

•包装规格：袋长（50-500）mm

•包装速度：150 袋/分钟

•切割精度：小于等于2.00mm

•切刀电机功率：700W

•进膜电机功率：700W

设计依据：

•利用PLC 高速脉冲输出通道发送的脉冲信号，实现对伺服驱动器的位置及速度控制

•利用PLC 的高速计数通道实现外接编码器的位置反馈

•以切刀轴作为主轴，进膜轴作为从动轴进行控制

•利用色标传感器进行位置检测，PLC 经过位置判断，做简单的位置闭环控制

•推导设计

计算方法：

•计算大脉冲输出能否满足要求
Rev =4096 units/rev
C =D xπ
=66.88 x 3.14159265
=210mm
Vmax =Lmax x PVmax
=500 x 70
=35000 mm/min
Pmax =Vmax / C x Z x Rev / 60
=35000 / 210 x 9 x 4096 /60
=102400
Precision ＝C / Z / Rev
=0,0057 mm/unit
推导精度2mm 〉Precision x 10 满足条件
PLC 大输出频率为100KHZ, 近似满足条件

软件设计依据（一）补偿方法：

•由于计算过程比较麻烦，这里不作详细说明。总之不同包装速度决定了不同的脉冲输出频率，把每次色标检测到的实际位置与理论位置进行对比，按实际位置与理论位置之差进行补偿，补偿按着位置差的千分之二进行。

•实际的位置值是根据外接的编码器来实现的，在每次检测到色标的时候，记录实际值。每包装一包切刀旋转一周，编码器记录为0－360度，一个周期后自动清零。

软件设计依据（二）象限判断：

•由于此包装机属于经济型配置，伺服没有位置闭环控制，没有寻参功能。有鉴于此，软件中添加了示教功能：即在进行彩膜包装时，如果更换新的包装规格，要进行示教，把个色标检测的位置值记录下来，作为后面包装过程中色标检测的判断依据（理论位置）。

•在包装过程中每次色标检测的位置与理论位置的差值进行判断，如果差值大于180度，送膜电机进行追踪补偿，否则，送膜电机减速，进行延迟补偿。

•由于示教时色标位置值（理论位置）是随机的，可以在0－360度的任意象限。因为要进行差值计算，涉及了正向追踪还是延迟补偿的问题，要根据具体情况采用不同的计算公式

•这里采用象限为例做简单介绍：

如果 0<t<90 度 如果 0<act<180 度 则Delta_A=Act-T
如果 180<act<360
 变量名称 表示符号 单位
示教位置 T 度
实际位置 Act 度
差值 Delta_A 度

本包装机为枕式包装机经济型配置方案，不但可以进行定长包装，还可以进行色标包装，切割精度足够满足目前大多数食品加工厂家的要求，得到了广泛的使用。在激烈的市场竞争中，节约成本是很多制造商的选择。

在高端的包装机方面，目前大多采用伺服控制器闭环控制。例如西门子SIMOTION系统：通过运动控制器，不但可以直接利用系统的电子齿轮，电子凸轮等工艺模块进行控制，还具有叠加轴，虚轴等功能，系统的动态性能更高，定位精度更准确。

工艺流程

　　控制方案
　　杭州市某污水处理厂工程控制系统由中央控制室的上位计算机管理控制系统、厂区三个现场控制站组成。系统网络结构见下图：

　　中央控制室和厂区三个现场控制站之间以一个冗余的100Mbps光纤工业以太网环网组成一个有线数据通信网络系统。现场控制站在现场进行工艺检测参数、设备运行工况信号的采集、检测和控制，并通过该站的人机界面对设备运行操作，向中央控制室进行实时传送。中央控制室可监视各现场站的全部运行信息，在中央控制室可通过上位计算机控制现场设备的启动和停止。
　　现场控制站在与设备自带的PLC通讯时，采用Profibus_FMS的方式，其通讯介质为屏蔽双绞线，其通讯速率大可达1.5Mbit/s。
　　10KV及各变电所的相关信号，通过智能继电保护装置及智能空气断路器、用PROFIBUS－DP的通讯方式与现场控制站交换数据，每个间隔保护及测量装置均作为现场控制站的从站。
　　现场控制站采用西门子S7 400 PLC，CPU采用4163DPCPU，具有运算速度快，资源丰富等优点。
　　计算机监控软件采用西门子WINCC，它具有画面显示、趋势曲线、报警处理、报表处理、数据管理、网上浏览等功能。
　　整个自控系统体现了西门子全厂一体化的先进自控理念，并且网络结构完全符合现场总线的。

 前言

   当今，在称量自动化和过程控制领域，电子称量系统被广泛地应用到监视和控制各种生产过程中。这些应用可以从简单的皮带张力的监视或容器填充度的测量，一直延伸到复杂的特定配方混合料的生产控制。SIEMENS电子称量系统(SIWAREX)特别适合于这些高精度的测量任务，或被应用于其它测量手段不适宜使用的场合，例如导致传感器易损的活性材料的检测和受卫生条件限制的纯净物质(如食品、药物、化工产品)的生产。

1SIWAREX系统在粉刷石膏生产中的应用

   称量和按比例定量控制是先进工业过程控制的关键技术，在众多的工业过程控制中称量技术扮演了重要的角色。通过直接集成在SIMATIC自动化系统的电子称量系统，SIEMENS在集中式和分布式控制系统中提供了统一的称量解决方案。
 

SIWAREX U模块实物图

   SIWAREX称量模块既可以作为中央模块应用于SIEMENS可编程控制器SIMATICS5或S7，也可以作为分布式输入、输出模块应用于SIMATIC S5、S7、M7或C7：通过使用标准硬件组态SIMATICcomponents和标准编程软件STEP7，可以极大地减少工程和培训的费用。通过使用SIWATOOL参数化软件，用计算机RS232C接口直接与称量模块相连，使用户可以在没有任何STEP7编程基础的情况下，通过输入窗口方便地修改所有的可调节参数。

1.1 SIWAREX U和SIWATOOL的功能

    SIWAREX系列中通用的模块S1wAREXU，在粉刷石膏生产线中的主要功能是：执行处理生产线所有生产过程中的称量任务，信号数字过滤，超限检测，短路和防过载保护，断线检测等。SIWAREXU有单通道和双通道2种类型模块，测量精度为0．05％，具有65 535分度分辨率。

    SIWATOOL是可以在bbbbbbs和STEP7下运行的，对SIWAREXU进行错误诊断和参数设置的应用软件，它允许处理多块离线称量模块和1块在线模块。用计算机RS232C接口直接与称量模块相连，我们可以方便地进行粉刷石膏生产过程的物理量标定、上下限设定、数字过滤器选择、零点设置和参数显示等操作。

1．2应用于粉刷石膏砂浆配料系统控制的实例

   在南京一夫建材实业有限公司新建的墙体粉刷石膏砂浆生产线工程的配料系统，根据设计选用西门子SIWAREX称量系统。粉刷石膏砂浆是一种抹灰饰面材料，它是由天然石膏通过特殊工艺处理，成为半水型石膏α-CaSO•1／2HzO。

    粉刷石膏砂浆以α-CaSO4•1／2H2O为基料，掺入与之相适应的填料、高性能外加剂及一定级配的建筑用砂，上述原料分别按产品要求，在SIWAREX称量系统控制下配制而成。生产线的配料系统主要由大、小2台秤组成，大秤称量石膏粉、沙子2种主料，小秤分别称量3种辅料添加剂。所有生产用原料通过5台变频控制的螺旋绞刀帮助下，按照工艺配方要求先后加入到2台秤中。称量完成后，2台秤中的5种原料全部投入到混合机中进行搅拌后，即成成品。接着开始下一次配料工作循环。

   该系统的PLC选用西门子的S7—300，电源模块为PS3075A，CPU模块为6ES7314，数字量输入模块为6ES7321、数字量输出模块为6ES7322、称量模块为SIWAREXU；传感器选用应变片式，变频器为Schneider的ATV一28HU72N4；人机界面HMI选用DIGITAL的Pro-faceGP系列触摸屏。

   控制系统分手动和自动2种操作方式。在手动方式操作下，主要完成粉刷石膏砂浆生产线的单机调试、故障维修、称量模块的标定等功能。在自动方式下，上位机HMI实现粉刷石膏砂浆配方的设定、原料称量瞬时值和累计报表动态显示、生产线故障报警等功能。下位机PLC执行粉刷石膏砂浆生产工艺配方值的工程转换和jingque实现每道工序的生产要求；变频器高、中、低速切换，去皮和零位追踪，超差处理，故障诊断等功能。由于在程序中加入了对生产状况的预测控制和累计误差补偿等算法，使得粉刷石膏砂浆的生产控制精度和稳定性大大提高。SIWAREX系统在粉刷石膏砂浆生产中的工艺控制过程如图1所示。

       图1 SIWAREX称量系统控制过程示意

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   粉刷石膏砂浆配料系统选用西门子S7—300系列PLC与电子称量系统SIWAREX以及DIGITAL触摸屏，生产中操作方便、精度高、安全可靠、生产效率高。由于具有良好的人机交互界面，使得操作工几乎不用培训即可胜任生产岗位，大大减少了企业的人员培训时间和费用。运行半年来，取得了令人满意的效果。