基于PLC的熱封機(jī)的數(shù)控設(shè)計(jì)

引言

熱封制袋普遍應(yīng)用在產(chǎn)品包裝、食品藥品包裝等領(lǐng)域。因其快速不污染被包物且節(jié)省成本而得到快速發(fā)展。本文針對(duì)熱封中出現(xiàn)的不足，采用松下Fp0-32 位可編程邏輯控制器的數(shù)控技術(shù)對(duì)熱封機(jī)生產(chǎn)工序進(jìn)行精確設(shè)計(jì)，在不同外界環(huán)境下，制定出合理的熱封溫度、壓力和時(shí)間的上下限。最終開(kāi)發(fā)出更高效、更合理的熱封方法。

1.數(shù)控?zé)岱鈾C(jī)平臺(tái)的技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 熱封技術(shù)簡(jiǎn)介

所謂熱封，就是利用外界的各種條件（如電加熱、高頻電壓及超聲波等）使塑料薄膜封口部位受熱變?yōu)檎沉鳡顟B(tài)，并借助一定壓力，使兩層薄膜熔合為一體，冷卻后保持一定強(qiáng)度和密封性能，保證商品在包裝、運(yùn)輸、貯存和消費(fèi)過(guò)程中能承受一定的外力，保證商品不開(kāi)裂、泄漏、達(dá)到保護(hù)商品的目的。

1.1.1 影響熱封的因素

（1）熱封溫度：其作用是使粘合膜層加熱到一個(gè)比較理想的粘流狀態(tài)。高聚物的粘流溫度及分解溫度是熱封的下限和上限，這兩個(gè)溫度的差值大小是衡量材料熱封難易的重要因素。

（2）熱封壓力：其作用是使已處于粘流狀態(tài)的薄膜在封口界面間產(chǎn)生有效的高分子鏈段相互滲透、擴(kuò)散現(xiàn)象，也使高分子間距離接近到可以產(chǎn)生分子間作用力的結(jié)果。熱封壓力過(guò)低，可能造成熱封不牢；壓力過(guò)高，可能使粘流態(tài)的部分有效鏈段被擠出，造成熱封部位半切斷狀態(tài)，導(dǎo)致拉絲。

（3）熱封時(shí)間：是指薄膜停留在封刀下的時(shí)間，熱封時(shí)間決定了熱封溫度、壓力以及設(shè)備的生產(chǎn)效率。

1.2PLC 技術(shù)簡(jiǎn)介

可編程控制器，簡(jiǎn)稱PLC（Programmable logic Controller）,是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。

1.2.1PLC 特點(diǎn)

PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。

1.2.2PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域

目前，PLC 在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類：開(kāi)關(guān)量的邏輯控制、模擬量控制、運(yùn)動(dòng)控制 、過(guò)程控制、數(shù)據(jù)處理、通信及聯(lián)網(wǎng)等。[1]

2.數(shù)控?zé)岱鈾C(jī)平臺(tái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該儀器外部主要有水密封性極好，耐壓強(qiáng)度高的殼體組成，電控部分由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)和一臺(tái)帶有剎車(chē)功能的電動(dòng)機(jī)，一個(gè)溫度傳感器、穩(wěn)壓電源和具有數(shù)據(jù)采集/存儲(chǔ)功能的單片機(jī)，其主程序控制流程圖如下圖1所示,PLC的I/O分配圖如圖2所示。

圖1 主程序控制流程圖

圖 2PLC 的I/O 分配圖

PLC 編程過(guò)程中所有可利用的元器件中無(wú)非包括這樣三類設(shè)備：輸入器件、輸出器件以及一些內(nèi)部器件，每一類器件每一位上的狀態(tài)只有兩種： 1 或 0。本系統(tǒng)中采用接近開(kāi)關(guān)控制熱封機(jī)夾袋到位和松開(kāi)到位，當(dāng)接近開(kāi)關(guān)xx=1 時(shí)，程序中對(duì)應(yīng)的邏輯開(kāi)關(guān)接通，代表熱封機(jī)夾袋到位，反之或松開(kāi)到位。通過(guò)定時(shí)器控制熱封時(shí)間或熱切時(shí)間，當(dāng)定時(shí)器TX=1時(shí)，代表X 定時(shí)器計(jì)時(shí)啟動(dòng)，熱封或熱切開(kāi)始，計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)TX=0。

3 數(shù)控?zé)岱鈾C(jī)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)

3.1 內(nèi)部輔助繼電器標(biāo)識(shí)法

本系統(tǒng)采用狀態(tài)編程的思想進(jìn)行順序控制的程序設(shè)計(jì)，借助于可編程控制器內(nèi)部的輔助繼電器作為“過(guò)渡性”元件來(lái)實(shí)現(xiàn)的狀態(tài)標(biāo)識(shí)，設(shè)計(jì)整個(gè)熱封機(jī)的數(shù)控工序，這就是我們采用的內(nèi)部輔助繼電器標(biāo)識(shí)法，同時(shí)我們采用松下GVWIN2.1 觸摸屏開(kāi)發(fā)軟件，將內(nèi)部輔助繼電器的狀態(tài)在屏幕進(jìn)行顯示，并可以進(jìn)行合理修改，代替過(guò)去常常采用的二極管或三極管的硬件標(biāo)識(shí)方法，使系統(tǒng)更加直觀方便，提高了系統(tǒng)的健壯性。

在PLC 運(yùn)行過(guò)程中，程序監(jiān)視觸點(diǎn)的通斷，只取決于其內(nèi)部輔助繼電器線圈的狀態(tài)，并不直接識(shí)別外部設(shè)備，每個(gè)輔助繼電器不僅可以存儲(chǔ)一個(gè)輸入設(shè)備的狀態(tài)，同時(shí)還標(biāo)識(shí)了一個(gè)輸出設(shè)備的狀態(tài)，并將其狀態(tài)顯示在GVWIN2.1 觸摸屏上，以精確跟蹤程序的運(yùn)行，并將各繼電器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于指定的存儲(chǔ)器中，為將來(lái)的維護(hù)提供最有利的數(shù)據(jù)。熱封機(jī)的數(shù)控設(shè)計(jì)內(nèi)部輔助繼電器標(biāo)識(shí)法的部分狀態(tài)表如表1 所示。[3]

表 1 內(nèi)部輔助繼電器標(biāo)識(shí)法的狀態(tài)表

3.2 數(shù)據(jù)采集技術(shù)

在熱封機(jī)的數(shù)控設(shè)計(jì)中，我們采用最常用的熱壓封合法。對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程中較容易出現(xiàn)的問(wèn)題，最多的原因是熱封前對(duì)熱封參數(shù)設(shè)置的不合理。針對(duì)熱封工藝的三大因素：熱封溫度、壓力、時(shí)間，其中主要的是溫度，而熱封溫度又取決于熱封的時(shí)間，對(duì)電阻絲加熱時(shí)間的參數(shù)就相當(dāng)重要，同時(shí)考慮到外界環(huán)境的不同，選取合理的電阻絲加熱時(shí)間，并合理得根據(jù)電阻絲余熱進(jìn)行合理的調(diào)整，我們開(kāi)發(fā)了以微處理器為中心的數(shù)據(jù)采集程序。

3.2.1 硬件設(shè)計(jì)

我們采用溫度傳感器、穩(wěn)壓電源和具有數(shù)據(jù)采集/存儲(chǔ)功能的89C51 單片機(jī)，系統(tǒng)由擴(kuò)展一片程序存儲(chǔ)器2764，74LS373 作鎖存，一片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264，A/D 轉(zhuǎn)換，擴(kuò)展I/O 口等組成。數(shù)據(jù)采集硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3 所示。

圖3 數(shù)據(jù)采集硬件結(jié)構(gòu)圖

3.2.2 軟件設(shè)計(jì)

我們開(kāi)發(fā)的以微處理器為中心的數(shù)據(jù)采集程序，在不同的環(huán)境下，嚴(yán)格控制熱封刀加熱時(shí)間，以達(dá)到合理的熱封效果。同時(shí)針對(duì)電阻絲連續(xù)工作的余熱，以及將來(lái)數(shù)控系統(tǒng)的維修，監(jiān)控等因素，我們采用松下GVWIN2.1 觸摸屏開(kāi)發(fā)軟件，將數(shù)熱封溫度、壓力、時(shí)間、內(nèi)部輔助繼電器狀態(tài)在屏幕進(jìn)行顯示，并做適當(dāng)修改。使系統(tǒng)更加直觀方便。下面附上從溫度傳感器讀出溫度值的子程序。[4]









4．結(jié)語(yǔ)

本文提出了基于內(nèi)部輔助繼電器狀態(tài)標(biāo)識(shí)法的熱封機(jī)數(shù)控設(shè)計(jì)，并開(kāi)發(fā)出一套以微處理器為中心，在不同環(huán)境下，制定出合理的熱封溫度、壓力和時(shí)間的上下限的數(shù)據(jù)采集程序，并將其狀態(tài)顯示在GVWIN2.1觸摸屏上，做適當(dāng)修改，具有可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)、熱封牢固等優(yōu)點(diǎn)。目前該系統(tǒng)已投入實(shí)驗(yàn)并且運(yùn)行情況良好，在使用過(guò)程中大大提高了熱封的工作效率和強(qiáng)度，大大避免了熱封中漏封、虛封、封漏、粘封刀、拉絲、封口破裂、熱封強(qiáng)度差等情況。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn):

1.提出了基于內(nèi)部輔助繼電器狀態(tài)標(biāo)識(shí)法的熱封機(jī)數(shù)控設(shè)計(jì)

2.開(kāi)發(fā)出一套以微處理器為中心，在不同環(huán)境下，制定出合理的熱封溫度、壓力和時(shí)間的上下限的數(shù)據(jù)采集程序

3.基于PLC技術(shù)控制熱封機(jī)，有效的避免了熱封過(guò)程中的漏封、虛封、封漏、粘封刀、拉絲、封口破裂、熱封強(qiáng)度差等情況。