GE RX3i系統設計與虛擬對象應用第3講 GE RX3i在封口機虛擬對象中的設計

浙江工商職業技術學院 李方園

1 引言

封口機基本都由主傳動及輸送系統、供膜或供料系統、封口加熱系統、日期打碼系統等部分組成。圖1a是典型的封口機外觀圖。它包括壓力調節按鈕、導向帶、主動導向輪、冷卻塊、加熱塊、封口帶、被動輪和導向槽組成（如圖1b所示）。

圖1a 封口機外觀

根據圖1b所示，封口機的工藝流程包括以下幾個步驟：

圖1b 封口機機械結構

（1）接通電源，封口機各機構開始工作，電熱元件通電后加熱，使上下加熱塊急劇升溫，并通過溫度PID控制系統調整到所需溫度，壓印輪轉動，根據需要冷卻系統開始冷卻（可選），輸送帶開始啟動，并由調速裝置調整到低速狀態。

（2）當裝有物品的包裝被前級設備運送至封口機輸送帶上，袋的封口部分通過導向槽H被自動送入運轉中的兩根封口帶F之間，并帶入加熱區E，加熱塊的熱量通過封口帶傳輸到袋的封口部分，使薄膜受熱熔軟，再通過冷卻區D，使薄膜表面溫度適當下降，然后經過滾花輪（或印字輪）滾壓，使封口部分上下塑料薄膜粘合并壓制出網狀花紋（或印制標志），再由導向橡膠帶B與輸送帶將封好的包裝袋送出機外，封口機完成封口作業。

（3）當封口機在低速運行取得滿意的效果后，逐步提高封口速度至最高工作速度，同時根據工藝要求適當提高封口加熱溫度（根據不同材料，其設定溫度不同）。

請根據工藝流程和控制要求設計該裝置的PLC虛擬對象。

2 基于GE RX3i的虛擬對象開發

一個實際的物理對象，可以產生各種信號，模擬信號：如液位、溫度、壓力、流量；數字信號：如開關、定位、材料屬性等。這些信號通過傳感器進行采集，通過變送器經數據采集模塊進入控制層。

一個虛擬對象，沒有傳感器，那么如何模擬產生類似于實際物理對象的信號呢？ 虛擬對象通過計算機技術實現，因此，它的信號來源只有兩種： 通過人機界面產生的手動信號和程序運行過程中產生的自動信號。手動操作直接產生信號，并使對應變量發生改變，因此，我們主要探討自動信號的產生方式。在虛擬對象中，自動信號的產生方式有三種：（1）基于屏幕位置的空間信號f（x，y），（x，y）表示圖形坐標，如限位、移動位置；（2）基于時間和其它變量的信號f（t，x，…），如壓力、流量，這些原本在物理對象中實時檢測的信號，在虛擬對象中，表現為若干相關變量的函數。比如，流量的變化與閥門大小有關，當手動操作閥門開度時，可通過時間變量和開度變量計算流量值；（3）基于時間的隨機信號，如物體的本質屬性，材質、顏色、產品缺陷等。這些屬性在物理對象中通過檢測手段獲得，不具備變量的對應關系，因此，在虛擬對象中用隨機函數f（t，r）實現，t 表示時間變量，r 表示具有概率屬性的隨機情況。

GE View 提供了基于以太網協議的對象——計算機通信模式。對象既可以在計算機中仿真實現，也可以下載到GE 的Quick-Panel 屏，QuickPanel 屏自帶以太網RJ45 接口，運行Windows CE 操作系統，可以實現瘦客戶機的功能。當對象運行于QuickPanel 觸控屏，并且與開發計算機位于同一個局域網，PME 中開發的對象項目可通過局域網IP 協議，進行對象的實時運行監控。當QuickPanel 觸控屏與計算機不在同一個局域網，必須通過網關相連，則兩者可采用DMZ（demilitarized zone，隔離區） 或VPN（Virtual Private Network， 虛擬專用網絡）技術實現。

3 封口機的虛擬對象開發

機械手分揀裝置的虛擬對象界面如圖2所示。圖2中，POWER表示上電運行，MOVE表示電機運行，HEAT表示加熱，COOL表示冷卻。

圖2 機械手分揀裝置的虛擬對象

在虛擬對象中，一個很重要的概念就是可視性好，人機界面友好，比如對于電機的運行要做到動畫顯示，速度增加或減少，其葉片旋轉也相應發生變化。如圖3所示為封口機輸送的速度旋轉動畫（Rotate）。

電機葉片旋轉動作的腳本如下所示：

圖3 電機葉片旋轉動畫

對于封口機來說，溫度的控制和現實非常重要。在虛擬對象中，無論是加熱或者冷卻，加熱量或者冷卻量與時間的成績將最終決定加熱或者冷卻的效果，這里采用了定時累計的方法，簡單方便，具體腳本如下所示：

4 利用封口機虛擬對象進行程序開發

利用封口機虛擬對象可以進行相應的程序開發，比如對于溫度控制來說，既可以采用傳統的PID控制，也可以采用簡單的ONOFF控制。圖4所示為封口機溫度ON-OFF控制的部分程序。

圖4 封口機溫度控制編程

5 結語

在虛擬對象中，數據層傳遞的是信號狀態數據，接收的是控制數據， 在程序中通過建立對象變量與控制系統變量的對應關系實現數據通信。通信方式非常簡單，就是將控制層的輸出數據賦給數據層的輸入數據，將數據層的輸出數據賦給控制層的輸入數據。數據賦值可用腳本Script 編程方式實現，如本案例所闡述的一樣。

[1] 李方園. 自動化綜合實踐 [M]. 北京: 中國電力出版社, 2009.