各式各樣的袋子在我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見，伴隨著袋子需求量的增大，制袋機(jī)行業(yè)也進(jìn)入了快速發(fā)展的階段，而制袋機(jī)設(shè)備生產(chǎn)廠家數(shù)量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，各家廠商對(duì)于制袋機(jī)的穩(wěn)定性和效率也提出了更高的要求。特別是在國(guó)家最強(qiáng)“限塑令”的要求下，傳統(tǒng)的不可降解塑料袋逐步被淘汰，新的降解塑料袋對(duì)于送料速度和同步速度有了更高的要求，為此我們想到了在脈沖輸出功能上引入S曲線，以滿足客戶的應(yīng)用需求。

　　1 制袋機(jī)的基本組成簡(jiǎn)介

　　全自動(dòng)制袋機(jī)包含制袋主機(jī)、收卷、貼標(biāo)三部分，可實(shí)現(xiàn)塑料膜卷到成品一體成型。

　　制袋主機(jī)工作流程如圖1所示。

圖1 制袋主機(jī)工作流程

　　整個(gè)主機(jī)系統(tǒng)由一臺(tái)PLC作為主控，控制6臺(tái)變頻器與4臺(tái)伺服動(dòng)作。如圖1，先通過變頻器控制料卷的轉(zhuǎn)動(dòng)，再由前牽引變頻及擺桿送料。前送料伺服精準(zhǔn)控制送料，同時(shí)配合封刀，完成塑料袋的塑封。再通過兩個(gè)后送料伺服，配合模刀完成塑料袋的切割。最后通過后牽引變頻送料至收卷工序。此套設(shè)備要三個(gè)特點(diǎn)：

　　(1)間隙性送料，要求伺服快，剛性強(qiáng)，耐回升沖擊。

　　(2)雙伺服同步送料，負(fù)載低，整體速度進(jìn)一步提升。

　　(3)高低速切換消除牽引累計(jì)誤差，頻率0.5Hz以內(nèi)，擺桿幅度小，走料穩(wěn)定。

圖2收卷機(jī)工作流程

　　如圖2所示，收卷部分由另外一臺(tái)PLC控制，通過模擬量輸出控制收卷伺服動(dòng)作，當(dāng)A盤滿了之后，控制翻盤步進(jìn)電機(jī)，換成B盤收卷，以達(dá)到全自動(dòng)收卷功能。此套設(shè)備特點(diǎn)：

　　(1)采用伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)收卷，響應(yīng)快，斷料位置穩(wěn)定，撕裂口平整。

　　(2)自制收卷曲線， 變速反應(yīng)快，擺桿抖動(dòng)小。

圖3貼標(biāo)機(jī)工作流程

　　如3所示，在貼標(biāo)機(jī)部分，采用負(fù)壓吸附式走標(biāo)，出標(biāo)平整，裁切誤差小，全伺服控制，貼標(biāo)成功率高達(dá)99%

　　2 S曲線的基本原理

　　2.1引入S曲線的原因

　　全生物降解塑料袋材料又稱生物分解塑料，指在自然界如土壤或沙土等條件下，或特定條件如堆肥化條件下或厭氧消化條件下或水性培養(yǎng)液中，由自然界存在的微生物作用引起降解，并最終完全降解變成二氧化碳(CO2 )甲烷(CH4)、水(H2O)及其所含元素的礦化無機(jī)鹽以及新的生物質(zhì)的塑料。全生物降解塑料袋以淀粉為主要原料，降解能力優(yōu)于其他材料，壽命長(zhǎng)于紙袋，成本低于紙袋。

　　但是在實(shí)際制袋過程中，降解料因?yàn)楫a(chǎn)品質(zhì)地比較軟，所以加工性能受限制，并不能完全做出像傳統(tǒng)塑料袋子那樣的各種袋型。所以要求在前后兩個(gè)送料伺服處，進(jìn)一步強(qiáng)化伺服的性能，要求起始加減速階段平滑，同時(shí)整個(gè)加速階段要更快，以求減少對(duì)降解料的拉伸。

　　2.2 S曲線的基本原理

　　現(xiàn)以脈沖輸出 DRVI 指令來說明S曲線各參數(shù)的基本功能(圖4)。

圖4 脈沖輸出 DRVI 指令下S曲線各參數(shù)

　　不使用S曲線時(shí)：

　　根據(jù)設(shè)定的基底頻率、目標(biāo)頻率、脈沖數(shù)以及加減速時(shí)間，輸出加速度不變的一組脈沖。

　　基底速度(頻率)：設(shè)定的第一組脈沖的頻率;

　　輸出脈沖頻率：若脈沖數(shù)足夠，最高階輸出的頻率即目標(biāo)頻率;

　　加速時(shí)間、減速時(shí)間：加減速時(shí)間設(shè)定一致，加減速時(shí)間影響實(shí)際加速所使用時(shí)間的大小。

　　最高速度：與基底速度一起影響加速度的大小。脈沖頻率變化如圖5所示。加速度變化如圖6所示。

圖5脈沖頻率變化

圖6 加速度變化

　　使用S曲線時(shí)：

　　在5段S型速度曲線中，根據(jù)加速度的狀態(tài)分為加加速、減加速、勻速、加減速、減減速5個(gè)階段，一定不存在勻加速和勻減速階段，在加加速、加減速等變加速度階段中，實(shí)際的頻率由PLC內(nèi)部計(jì)算得出(見圖7 )。

圖7 S型速度曲線

　　S曲線加速分為啟停階段和加減速階段，下面以加速階段為例子。

　　S型曲線的一般方程為Y=1/(1+e-x)，在[-5,5]的圖形如圖8所示。

圖8 S型曲線在[-5,5]的圖形

　　如果要將此曲線應(yīng)用到PLC的加減速過程中，需要將方程在XY坐標(biāo)系進(jìn)行平移，同時(shí)對(duì)曲線進(jìn)行拉升變化，Y=A+B/(1+e-ax+b)。

　　其中的A分量在y方向進(jìn)行平移，B分量在y方向進(jìn)行拉伸，ax+b分量在x方向進(jìn)行平移和拉伸。

　　最終引入到PLC的加減速過程中的曲線方程可以演變?yōu)椋?/p>

　　Fcurrent=Fmin+(Fmax-Fmin)/(1+e-flexble*(i-num)/num);

　　Fcurrent為當(dāng)前頻率;

　　Fmin為起始頻率，即加速過程中的初始頻率;

　　Fmax為最高頻率，即加速完成后正常發(fā)送脈沖的頻率;

　　flexble為曲線強(qiáng)度，曲線強(qiáng)度越大，S型曲線越陡;

　　i為計(jì)算每一階的速度的循環(huán)變量;

　　num為加速的階數(shù)。

　　通過圖9可以明顯看出不同參數(shù)得出的S型曲線的區(qū)別：

　　顏色：num ，F(xiàn)max ，F(xiàn)min ，flexble;

　　黃色：1000 ，56000 ，16000 ，4;

　　橙色：1000 ，64000 ，500 ，8;

　　藍(lán)色：1000 ，64000 ，500 ，15;

　　灰色：1000 ，40000 ，500 ，5。

圖9 不同參數(shù)得出的S型曲線的區(qū)別

　　上述為加速過程，減速同樣的道理，只需將方程式修改為：

　　Fcurrent=Fmax-(Fmax-Fmin)/(1+e-flexble*(i-num)/num)。

　　3 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試效果

　　不采用S曲線的條件下，制造可降解塑料袋，只能達(dá)到每分鐘120只袋子，且袋長(zhǎng)偏差較大，達(dá)不到客戶要求的2mm以內(nèi)。通過添加S曲線，將制袋效率大大提升，可達(dá)每分鐘160只袋子，且袋長(zhǎng)穩(wěn)定偏差小，完全符合客戶的要求。

　　4 PLC參數(shù)設(shè)置及例程

　　S曲線新增相關(guān)參數(shù)見表1所示。

表1 S曲線新增相關(guān)參數(shù)

圖10 PLC例程

　　配置基底頻率、最高頻率、加減速時(shí)間等(圖11)。

圖11 參數(shù)設(shè)置

　　設(shè)定y0輸出點(diǎn)加減速階段的強(qiáng)度，M8162置位開啟新S曲線，使能y0輸出脈沖。

圖12設(shè)定y0輸出點(diǎn)加減速階段的強(qiáng)度

　　5 結(jié)語

　　通過對(duì)原有的制袋機(jī)通過增加S曲線的功能，可以在零投資(僅需要軟件更新)的基礎(chǔ)上，提高生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品的質(zhì)量，是一種十分良好的應(yīng)用方案。