由于以纸、塑料薄膜、复合材料为包装材料的生产线得到越来越广泛的应用,包材的准确传送显得尤为关键[1],特别是在多级传动电机同步运行控制中,各传动电机在升速或降速的过程中要求多级传动电机能够及时地同步运行。本文以全自动包装机生产线控制系统的设计为背景,介绍PLC在同步控制系统中的应用。
1全自动包装机工作原理
包装机是一个多控制点、多传动的复杂机械控制装置[2],其工作原理如下:
1)启动主电机时,主电机带动设备上相关机械传动装置运行,印刷电机也开始运行,同时其他电器也处于运行状态,例如:加热器、空压机、复合泵等都开始工作。
2)当包装袋经过着墨、烘干之后进入切刀部分,由主切刀切成要求的袋长,之后开始进入糊口部分,这样就要求主电机与印刷电机之前的速度达到匹配,才不至于使包装袋褶皱。
3)包装袋进入糊口部分时,要经过涂胶、上胶、加热部分之后进入底贴部分,从而与底贴色带粘合之后进入下一环节。其中底贴色带由底贴电机带动,而其也与主电机在速度上有一个严格的匹配关系,这样就达到了袋子底部粘贴的合格性。
经过底贴环节之后,由传送带送到出袋部分,再由电磁阀控制其数量之后以要求的数量送出。其工作原理见图1。

2控制系统硬件设计
卷纸包装机控制系统主要器件包括上位机、PLC、变频器[3]等。它们的选择都是以在保证功能的前提下尽可能地选择可靠性高和使用方便的产品为依据,具体情况如下:
2.1上位机
上位机选用德国某公司的TP170B[4]。
S7-300PLC在全自动包装机中的应用是一种触摸屏操作面板,其特点是:基于MicrosoftWindowsCE操作系统,可使用所有SIMATICS7CPU进行操作,满足比较复杂的功能要求。该单元装配有用于MPI和PROFIBUS-DP的接口,该接口既可用于与SIMATICS7/M7控制器相连,同时也可与基于PC系统的WinCC相连接。可采用包括中文在内的近10种不同国家的文字显示。组态可直接移植到其他类似的SIMATIC人机界面的产品中。
2.2下位PLC的选型及其模块配置
在进行这项工作之前,需要对控制对象和控制任务进行统
计和分析[5]。然后确定系统的规模、机型和配置。据统计,该包装机控制系统[6]需要配置如下的不同性质的I/O点:17个开关量输入;54个开关量输出;7个模拟量输入;1个模拟量输出。根据对上述控制任务的分析,本项目选择了SIEMENS的模块化中小型PLC系统S7-300,它能满足中等性能要求的应用,应用领域相当广泛。其模块化、无排风扇结构、和易于实现分布,易于用户掌握等特点,使得S7-300成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的方案。S7-300系列所具有的多种性能递增的CPU和丰富且带有许多方便功能的I/O扩展模块,使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块。当任务规模扩大并且愈加复杂时,可随时使用附加的模块对PLC进行扩展。SIMATICS7-300所具备的高电磁兼容性和强抗振动、抗冲击性,更使其具有最高的工业环境适应性。它具有很强的计算能力和完善的指令集,以及通过MPI接口,适用于高速的过程处理需要。本系统所用的主机模块是CPU315-2DP,可以通过MPI转接电缆或通讯模块与计算机进行通讯,再加上其全面的诊断功能和完善的自我保护技术,使其具有极高的可靠性,极其适合本系统的需求。除此之外,它自带的STEP7编程软件功能强大,使用方便,也使开发过程变得简单快捷。
根据I/O点数的确定要按照实际点数再加20～30的备用量及其特性,配置了如下的模块,其控制结构见图2。

1)1个模拟量输入模块SM331(AI8＊12Bit):可提供具有12位分辨率的总数为8路的模数转换通道。
2)1个模拟量输出模块SM332(AO4＊12Bit):可提供具有12位分辨率的总数为4路的模数转换通道。
3)1个数字量输入模块SM321(DI32＊24VDC):可提供总数为32路的开关量输入通道。
4)2个数字量输出模块SM322(D032＊24VDC/0.5A):可提供总数为64路的开关量输出通道。
5)中央处理单元CPU315-2DP。
6)扩展模块ET200。
3控制系统软件设计
3.1人机界面设计
为本系统设置了8个画面,其中1#屏是系统主要参数的显示,包括主电机的速度、出袋个数和出袋累计量,见图3,出袋个数是指当前出袋的个数,当数值到达出袋的设定值时,该数字自动复位,并重新开始计数。

出袋的设定值在参数设置的窗口中设置,会在后面介绍如何设置参数中讲到,按钮出袋清零的功能是清除当前出袋个数,从0开始计数;出袋累计是指当日的累计出袋个数。按钮的累计清零功能是清除当日的累计数量,重新开始计数。
2#屏幕是温度及其控制的窗口,见图4。

3.2系统程序设计
系统软件采用SeimensS7-300编程,用结构化和模块化的方法设计了项目测试、参数设置、数字量控制、模拟量控制、数据清零5个模块。软件功能结构见图5。

4结论
本文在分析全自动包装机的工作原理的基础上,提出了系统软硬件控制方案,阐述了其控制原理,根据控制点及各控制功能的特点设计了系统的硬件控制电路和软件程序。该控制系统在包装厂投入运行以来,整套系统一直运行正常,同步电机起动过程中跟随性能和稳定性能[7]均有明显的改善,提高了生产线的运行速度和生产效率,取得了良好的经济效益,在塑编包装机械行业具有较好的推广价值。

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