摘 要：在食品包裝機(jī)械中，冰淇淋灌裝機(jī)自動化技術(shù)要求較高。冰淇淋灌裝機(jī)要求每個灌裝工位能夠快速響應(yīng)，快速動作：在1.5秒內(nèi)十幾個動作準(zhǔn)確完成。本文基于DELTA公司的伺服技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)以及PLC技術(shù)在冰淇淋灌裝機(jī)中的詳細(xì)應(yīng)用做系統(tǒng)介紹。
關(guān)鍵字：人機(jī)界面（HMI） 可編程控制器（PLC） A系列伺服（ASD）
1引言
在冰淇淋灌裝機(jī)上利用臺達(dá)" title="臺達(dá)">臺達(dá)機(jī)電產(chǎn)品之間的便利通訊功能，實(shí)現(xiàn)了主傳動電機(jī)與拉花電機(jī)在觸摸屏上直接啟/停與調(diào)速，實(shí)現(xiàn)了伺服與主電機(jī)之間的速度跟隨。使得操作人員的操作直觀方便。利用臺達(dá)伺服的PR模式（內(nèi)部多段位置模式），將客戶機(jī)械拉花變成電氣控制，拉花的距離和速度可由最終用戶在觸摸屏上調(diào)整。使得客戶的拉花花型調(diào)整變的便利靈活。大大提高了生產(chǎn)效率" title="生產(chǎn)效率">生產(chǎn)效率。
冰淇淋灌裝機(jī)通常主要由4個部分組成：
（1）主傳動部分。主傳動采用間歇式減速箱輸出帶動鏈輪傳動，帶動輸送板進(jìn)行逐工位物料輸送，主傳動電機(jī)2.2KW,采用DELTA變頻器調(diào)速控制，減速箱的減速比為30：1，主電機(jī)轉(zhuǎn)30圈減速箱輸出1圈，輸送板移動一個工位，之后減速箱會有一個約1.5秒的空行程，留給各個工位進(jìn)行各種工藝動作。主傳動采用的變頻器用485方式采用標(biāo)準(zhǔn)" title="采用標(biāo)準(zhǔn)">采用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)議和PLC通訊，改變了原先用開關(guān)量控制的方式，這種控制能夠在觸摸屏上直接進(jìn)行啟停控制和調(diào)速，多種狀態(tài)監(jiān)視等。省卻了通過模擬量或者外接電位器" title="電位器">電位器控的煩瑣，外部接線只要兩根屏蔽線就好了，內(nèi)部編程因?yàn)槿坎捎门_達(dá)電氣產(chǎn)品，只用一讀/一寫兩條指令就行了。簡單穩(wěn)定。
（2）灌裝部分。灌裝部分由十幾個直線排列的灌裝工位組成，執(zhí)行不同的由相應(yīng)的氣閥控制，PLC接受主傳動編碼器傳送過來的角度信號（360線，對應(yīng)一個輸送周期），臺達(dá)ES系列PLC是整個機(jī)器的控制中心，根據(jù)設(shè)定的角度值控制閥的開閉。
（3）冰淇淋有平杯和蛋筒之分，拉花指的是蛋筒部分，平杯無須拉花。冰淇淋拉花部分主要功能是將灌裝好的冰淇淋澆上樣式好看的奶油，拉花控制主要控制兩個部分，一個是不停旋轉(zhuǎn)的拉花電機(jī)帶動拉花頭旋轉(zhuǎn)澆奶油，另一個是帶動拉花頭做升降運(yùn)動的部分，國內(nèi)大部分廠家都是采用機(jī)械凸輪結(jié)構(gòu)，當(dāng)花型需要改動的時候，只有更換不同形狀的機(jī)械凸輪，這樣就會大大影響機(jī)器的生產(chǎn)效率。拉花是冰淇淋制作中很重要的一個部分。拉花頭的造型，拉花旋轉(zhuǎn)電機(jī)的速度，拉花升降位置的精確度和速度，這三大要素直接影響了花型的美觀程度。其實(shí)升降部分主要控制的參數(shù)有兩個：每段速度和每段拉花距離。即單位距離和單位速度可調(diào)，所以拉花旋轉(zhuǎn)電機(jī)亦是采用臺達(dá)變頻器進(jìn)行控制和采用臺達(dá)A系列伺服來完成這項(xiàng)工作，在觸摸屏做了8段相對應(yīng)的速度和距離設(shè)置畫面，利用A系列伺服的PR模式，通過PLC給伺服的三個開關(guān)量組合啟動每段距離，速度通過通訊方式給定。用戶在調(diào)節(jié)好每種花型的參數(shù)后，可通過屏的配方功能進(jìn)行保存，下次使用只需調(diào)用出來就好了。
（4）溫控部分。冰淇淋灌裝有三個地方需要進(jìn)行溫度控制：淋巧克力，噴巧克力，熱封。均采用大功率加熱管，K分度熱電偶溫度檢測" title="溫度檢測">溫度檢測。溫度上限為300度。如果采用PLC上控制溫度，必須要加上溫度檢測或者控制模塊。這些模塊通常價格不低，需要在主機(jī)編程。從經(jīng)濟(jì)角度和互換性角度考慮，采用了臺達(dá)溫控器。
2系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1控制工藝分析
（1）保證主機(jī)和伺服的電氣零位和機(jī)械零位一致。
（2）灌裝的起始與關(guān)閉通過編碼器的角度信號控制，可在觸摸屏上設(shè)定。
（3）伺服跟隨主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)轉(zhuǎn)位置和速度由觸摸屏上人工調(diào)整。
（4）主機(jī)速度能在觸摸屏上調(diào)節(jié)。
（5）生產(chǎn)計(jì)數(shù)控制功能。
2．2硬件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
硬件體系結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。主體自動化設(shè)備" title="自動化設(shè)備">自動化設(shè)備選型參見表1。
圖1硬件體系結(jié)構(gòu)示意
表1 主體自動化設(shè)備選型
2.3軟件流程設(shè)計(jì)
軟件流程設(shè)計(jì)參見圖2。
圖2軟件流程
3系統(tǒng)調(diào)試
3.1系統(tǒng)零點(diǎn)調(diào)試
本項(xiàng)目在初始調(diào)試的時候，沒有做主機(jī)找零，結(jié)果調(diào)試的時候發(fā)現(xiàn)，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的時間稍長，編碼器的角度就和機(jī)械的位置對應(yīng)產(chǎn)生累積偏差。為此，在程序中加上找零的一段，開機(jī)先找零，通過編碼器的信號（中斷采集）清零，因?yàn)榱泓c(diǎn)和機(jī)械位置是始終對應(yīng)的，所以不論數(shù)值偏了多少，每一圈零點(diǎn)都能將其糾正過來。伺服也同樣存在位置偏移的問題，所以將伺服的零點(diǎn)設(shè)置在機(jī)械位置的最高點(diǎn)。開機(jī)即找到此零點(diǎn)。伺服與主機(jī)零點(diǎn)對應(yīng)的機(jī)械位置是變化的，因此伺服在找完零點(diǎn)后立即反向找與主機(jī)零點(diǎn)位置的對應(yīng)的起始位置，這個位置是由客戶在屏上設(shè)定，這期間主機(jī)禁止運(yùn)轉(zhuǎn)。
3.2主機(jī)限速
主機(jī)和變頻器之間采用通訊連接，因伺服跟隨主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，速度有倍數(shù)關(guān)系，因此主機(jī)在滿足客戶生產(chǎn)速度的前提下做了限速處理。
4結(jié)束語
項(xiàng)目已經(jīng)通過調(diào)試，機(jī)器的功能完全達(dá)到要求。項(xiàng)目充分展示了臺達(dá)電氣產(chǎn)品在包裝行業(yè)機(jī)電一體化應(yīng)用的技術(shù)能力。