西门子系列S7-200 在枕式包装机的应用

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． 另外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：
? 计算最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
推导结论： 精度2mm 〉Precision x 10 满足条件
PLC 最大输出频率为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，把第一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，所以要根据具体情况采用不同的计算公式
? 这里采用第一象限为例做简单介绍：

如果 0 如果 0 则 Delta_A=Act-T
如果 180 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。
另外，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，而且还具有叠加轴，虚轴等功能，系统的动态性能更高，定位精度更准确。