卸箱机是食品、医药行业瓶装自动化包装线中不可缺少的重要设备,其作用是自动从胶箱中取出空瓶,实现瓶箱分离的自动化生产CONTROL ENGINEERING China版权所有,其工作质量直接影响整条生产线的协调动作和工作效率。但现在大多数的卸箱机只能针对一种瓶型,对于像啤酒行业中有不同的瓶型,而且要在生产中实时换瓶型的情况来说,这种卸箱机显然不能满足要求。
多瓶型卸箱机的系统结构
多瓶型卸箱机的组成
多瓶型卸箱机主体主要由进箱链、止箱阀、定位链、定位阀、出瓶平台、吸瓶架组成,控制系统采用的是siemens s7-300 plc、siemens masterdrivers mc伺服控制器及伺服电机,人机界面采用西门子的tp170a触摸屏。plc是核心程序的载体,负责各种控制信号的转化及伺服控制器的控制,最终控制各执行机构的运转与协调。每个伺服电机自有一套伺服控制单元,这样可以实现高精度、高动态响应的运行控制方式。伺服控制单元经profibus-dp总线与plc及tp170a触摸屏相连。自动控制系统网络结构如图1所示。
图1 自动化控制系统网络图
多瓶型卸箱机的工作原理
卸箱机工作时,装满空瓶的胶箱从进箱链进入卸箱机
图2 控制系统流程图
多瓶型卸箱机的系统软件
多瓶型卸箱机的程序编写
为了实现卸箱机能实时在线更改瓶型的要求,同时也使程序清晰化,首先把卸箱机吸瓶架的抓瓶与放瓶动作划分为六个步骤,吸瓶架的运动路线如图3所示。
图3 吸瓶架运动路线图
点7到点3(点1到点2为系统刚上电后的第一次抓瓶时吸瓶架的水平前进 过程)为吸瓶架的水平前进过程;点3 到点5为吸瓶架的垂直下降抓瓶过程;点5到点4为吸瓶架的抓瓶后垂直上升过程;点4到点6为吸瓶架的水平后退过程;吸瓶架到达点6后控制工程网版权所有,在点6处吸瓶架放瓶;点6到点7为吸瓶架放瓶后垂直上升过程。
在卸箱机的自动抓瓶过程中,利用伺服控制器的位置控制方式,给出吸瓶架每次应到达的位置点,伺服控制器就会自动控制伺服电机以一定速度到达该位置后,然后使伺服电机停止转动。要实现卸箱机的实时在线更改瓶型功能,关键是要能实时在线更改点5的位置参数。因此我们利用伺服控制器的位置控制模式,使吸瓶架的精确定位,达到实进在线更改瓶型的目的。操作人员根据生产用瓶子的高度在人机界面上设定瓶高后,经profibus-dp总线传输给plc, plc运算后,重新计算出点5的位置信息,然后经profibus-dp总线传输给伺服控制器,伺服控制器控制伺服电机转动一定的转数后停止控制工程网版权所有,从而精确控制吸瓶架的抓瓶位置。
在多瓶型卸箱机系统中,plc编程使用step7 v5.3,step7是用于simatic可编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包,它是simatic工业软件的组成部分,可以使用于带有各种功能的simatic s7-300/400系列plc。软件主要编程语言使用stl(语句表)、lad(梯形图)和fbd(功能框图)。
多瓶型卸箱机plc软件由ob(组织块)、fc(功能块)、db(数据块)和 sfc(系统功能块)四部分组成。ob(组织块)是操作系统和用户程序之间的接口。它们由操作系统调用并控制循环和中断驱动程序的执行以及plc启动,处理对错误的响应。sfc(系统功能)是cpu为用户提供了一些已经编好程序的块控制工程网版权所有,可在程序中进行调用。db(数据块)用于存放程序工作时的变量数据,每个fc、ob可以从共享db中读取数据,或将数据写入共享db中。fc(功能块)是完成各种工艺功能的块,一个fc包含一个程序部分控制工程网版权所有,如图4所示。
图4 卸箱机程序功能块
多瓶型卸箱机的人机界面
为了便于操作人员操作及参数设定,卸箱机的人机界面采用西门子的tp170a触摸屏。应用protool软件设计了八个画面来实现各种操作,每幅画面都有一个报警指示条,方便在任何操作下查看报警。其中实现在线实时更改瓶型功能主要是靠参数设定画面,如图5所示:
图5 卸箱机参数设定画面
参数设定画面共设计了五种瓶型的参数,已可以满足现场生产需要。要实现在线实时更改瓶型,只要点击相应的瓶型即可。各种瓶型的参数在调试期间已确定好,保存在了cpu的存储卡中,也可以在线更改瓶型参数。当前配方处显示当前已选择的瓶型。点动速度是指手动情况下电机的转速;运行速度是指自动情况下电机的转速;后退位置、前进位置、上升高度、定位平台高、出瓶平台高是在卸箱机安装时已确定好的,系统调试时输入实际值即可,在以后的运行中基本上不用更改。瓶高就是瓶子的实际高度,它是实现在线更改瓶型的主要参数。为防止操作人