1  引言

天津罗升企业有限公司的丰炜plc包括vh、vb0、vb1、vb2等多个系列，具有品质高、功能强大、性价比高等优点，广泛的应用在各个领域。vb1系列系vb-plc家族中专为高速输入及定位控制应用而设计的控制器。通过其在包装机械上的应用大幅的提高了包装机械的自动化水平，促进了包装机械的发展。

2  行业概况

包装机械是指能完成全部或部分产品和商品包装过程的机械。包装过程包括充填、裹包、封口等主要工序，以及与其相关的前后工序，如清洗、堆码和拆卸等。此外，包装还包括计量或在包装件上盖印等工序。使用机械包装产品可提高生产率，减轻劳动强度，适应大规模生产的需要，并满足清洁卫生的要求。

据统计，全球的包装机械需求正以每年5.3%的速度增长，2005年的需求额已达290亿美元。如此大的包装机械市场为世界范围内的包装机械生产商们提供了广阔的发展空间。有资料显示，2005年我国包装机械产量已达到67万台(套)，到2010年将增至93万台(套)。目前，我国包装机械已成为机械工业中的十大行业之一。

从产品结构看，我国包装机械品种约有1300多种，配套数量少，缺少高精度和大型产品，不能满足市场需求：产品质量差距表现在产品性能稳定性和可靠性差，外观造型不美观，表面处理粗糙，许多元器件质量差，寿命短，可靠性低，影响了整体产品的质量；从企业状况看，国内包装机械行业缺少龙头企业，生产规模大、产品档次高的企业不多；从产品开发看，我国还基本停留在仿制阶段，自行开发能力弱，科研经费仅占销售额的1%，而国外高达8%～10%。总的来说，我国包装机械和国际先进的产品相比，在产品的开发、性能、质量、可靠性、服务等方面的竞争中都处于劣势。

3  项目开发

3.1 项目背景

本项目协助客户开发设计的自动颗粒包装机是量大面广的通用机械产品，该机采用各种塑料复合薄膜或单膜对块状、颗粒状、粉状物料等进行包装，能自动完成制袋、充填、封口、切断等全部包装过程，经过包装的商品可以防潮、防霉、防污染、防氧化，延长储存期。广泛应用于轻工、食品、药物、化工等各行各业，目前在我国内销及出口产品包装中运用非常广泛。该包装机主要是针对以往由单片机及步进组成的老系统存在的响应慢，精度低，生产率低，故障率高，噪音大，不稳定等等一系列的缺点进行改进，进而为提高市场竞争力而研制的机型。

3.2 系统分析

(1) 制袋尺寸：40-120mm。

(2) 包装速度：70-140袋/分。主轴：横封，决定包装速度。从轴：纵封，决定制带长度及封口位置。

(3) 定长方式：设定包装速度及制袋尺寸，主轴旋转后，通过检测主轴编码器脉冲频率，控制伺服电机转速，从而达到两轴同步的目的。定长精度：±0.5mm。

(4) 跟踪方式：在定长方式基础上增加包装材料光标脉冲信号，通过检测编码器原点脉冲与光标脉冲的相位误差(人机动态显示)，调整伺服电机转速使其位置同步。其中光标脉冲与编码器原点脉冲的相对位置可以随意设定，即封口与光标的相对位置可以随意设定。

跟踪响应时间：3—10个编码器原点脉冲内达到同步。同步跟踪精度：±0.5mm。

(5) 手动功能：点动，走纸，测长。

(6) 报警：无纸停机报警，内纵封、外纵封、内横封、外横封温度报警，伺服报警，无光标信号报警。

4  系统实现

4.1 配置设计

人机：hitech pws6600s-s一台。plc：丰炜vb1-32mt-d一台+ vb-485卡。变频器：东洋vf62ces-or722(220v，加配通讯)一台(主轴)。伺服：東元tsta15b一台(从轴)。自动化颗粒包装系统硬件架构如图1所示。人机界面监控画面如图2所示。

 图1  系统硬件架构如

图2  人机界面监控画面

4.2 丰炜plc应用

丰炜vb1系列plc是专为高速输入及定位控制应用而设计的控制器。在高速输入功能方面，除了具备原有的vb-plc家族的外部中断输入、速度侦测及c235～c255软体高速计数器外，更增加了两个硬体高速计数器(hhsc)。这两个硬体高速计数器不但计数频率高达ab相200khz，而且具备硬体比较中断功能，可完成精密之定位控制。在速位控制方面，vb1-plc提供了4点高速脉冲输出，可同时执行4个独立轴定位控制。其中，y0及y1输出点可输出20khz脉冲，y2及y3输出点可输出高达200khz的脉冲。在多轴定位控制之应用场合可发挥最高之经济效益。

该系统用丰炜vb1系列plc通过485通讯控制变频器(主轴)旋转，通过编码器的反馈测算主轴速度，进而算出从轴速度，通过改变脉冲输出频率达到控制伺服旋转速度的目的，保证主轴和从轴的同步。在光标跟随时，检测光标信号和编码器原点的相对位置，进而计算出位置误差，在特定的位置通过改变特定时间段的频率来调整位置。

4.3 系统开发难点

(1) 该系统的伺服最大脉冲输出要180khz左右。一般plc的输出频率是不够的，这里用丰炜的vb1系列正是体现出它的处理速度快，输入输出频率高等特点。

(2) 在该系统中，系统的停机位置，调速位置都需要特定的位置，这一点用丰炜plc的高速比较中断可以很好的实现。

(3) 该系统需要检测主轴的速度，用丰炜plc的测速指令spd可以很方便的实现。

(4) 为确保精度，所有运算均采用浮点数运算。

(5) 该系统在最后包装袋切断时采用机械传动，这样在跟随调整时如果调整量过大就可能从中间将包装袋切断，造成漏料。所以，需要设定最大调整量即调整周期(可修改)。为保证快速响应，在偏差大的时候进行最大量调整，同时为保证精度防止抖动及干扰在偏差小时将偏差量做除法细分逐渐调整。

(6) 由于该系统在跟随调整时，光标相对位置可调整，这样就可能出现在调整过程中检测到光标信号的情况，这样计算出来的相对位置就是不准确的，必须去掉。同时，如果去掉一个检测点就可能造成调整周期加长的情况，满足不了快速响应。所以，在出现这种情况的时候对前次调整后的余量进行计算，来判断这次是否需要调整以及调整的大小。

(7) 由于该系统是通过两轴速度的一种同步达到生产要求，所以两轴速度的精确及稳定性对系统精度的影响很大。由于伺服是pid调节输出，输出速度曲线有些波动，通过对伺服参数的调整可以尽量减少曲线的波动，完全达到客户的精度要求。

5  结束语

该新型包装机械借由plc加伺服的系统替代现在普遍存在的单片机加步进的系统，使得包装速度由传统的50-60袋/分提高到了70-140袋/分，并将包装精度由传统的±2mm提高到了±0.5mm。经现场实际应用，精度高、响应快，可实现稳定正常工作。通过丰炜vb1系列plc在包装机上的应用，充分说明了vb1系列plc处理速度快，输入输出频率高，性价比高等优点. 业内人士认为，未来包装业将配合产业自动化趋势，在技术发展上正朝着机械功能多元化；结构设计标准化、模组化；控制智能化；结构高精度化等几个方向发展。罗升公司希望为提高我国包装机械的自动化程度作出最大的贡献。