口罩熔接機PLC控制系統的開發與分析

曾俊福 林胤

摘要：口罩熔接機的運行質量與醫用口罩的生產效率、生產質量密切相關?；诖耍槍谡秩劢訖CPLC控制系統的開發需求，從控制系統構成、自動控制工藝流程、系統程序編制等方面，闡述了口罩熔接機PLC控制系統的開發過程，以期為口罩熔接機的自動化管理提供技術支持。

關鍵詞：口罩熔接機;PLC控制系統;自動化

0 引言

在口罩生產中，口罩熔接機具有重要作用。傳統的人工控制、管理模式，已經不能滿足熔接機的生產需求。PLC作為一種具有典型自動化控制特征的管理工具，在控制產品質量、減輕人員工作壓力等方面具有一定優勢。因此，開發口罩熔接機的PLC控制系統具有重要意義。

1 口罩熔接機PLC控制系統的開發需求

1.1? ? 自動化控制需求

口罩熔接機借助PLC控制系統，可實現熔接機生產的自動化控制，使其由人工控制模式向自動化控制模式轉變。

1.2? ? 安全控制需求

口罩熔接機的運行安全性直接關系到口罩的生產效率、生產質量以及工作人員的人身安全等。因此，在開發PLC控制系統時，應注意考慮口罩熔接機的安全控制需求，即確?？刂葡到y具有安全防護、故障識別功能。

2 口罩熔接機PLC控制系統的開發

2.1? ? 全自動口罩折疊機主要結構及運行原理

全自動口罩折疊機是口罩生產中最常見的設備之一[1]。本文以快裕達高速口罩折疊機為例，通過研究其主要結構，探討其運行原理。從快裕達高速口罩折疊機結構來看，其主要構成包括：（1）工作臺，是熔接口罩耳帶等操作的臺面基礎。（2）主動放料裝置，是實現全自動口罩生產的關鍵裝置。該折疊機運行后，主動放料裝置可根據設備運行狀況，及時地將無紡布、熔噴布等醫用口罩生產原料傳輸至工作臺及其他相關裝置中，以實現醫用口罩的自動、高效生產。在口罩實際生產中，無紡布、熔噴布等原料及其熔接質量與醫用口罩的質量密切相關[2]。（3）鼻線安裝裝置，可實現醫用口罩鼻線的合理安裝。（4）耳帶安裝裝置，該全自動生產設備共包含兩個耳帶安裝裝置，即第一、第二耳帶安裝裝置。（5）熔接裝置，用于將耳帶等需要與口罩本體熔接的部件熔接于初步成型的罩體表面。

全自動口罩折疊機的運行原理：主動放料裝置針對多個布料進行放卷處理后，將其傳輸至鼻線安裝裝置中，由鼻線放料機構對鼻線料帶進行進一步放卷處理，此時，由鼻線切斷機按照固定長度將料帶切割為長度相等的口罩鼻線，并經推送機構將其推入多層布料間。在第一拉料輪作用下，將布料送入熔接機內，熔接機中的熔接輪直接將多層布料（無紡布、熔噴布等）經超聲波技術焊接為一個整體，兩個耳帶安裝裝置與熔接機共同動作，在熔接機的超聲波技術支持下，將兩個耳帶焊接于罩體表面。隨后，由罩體對折裝置對布料進行對折處理，成型焊接裝置則針對罩體表面形成的折痕進行超聲波焊接，由成品切斷裝置切割、分離已經成型的醫用口罩，將其轉入出料輪向外輸出。整個口罩生產過程中產生的廢料則由拉廢料結構自動輸出、處理。

2.2? ? PLC控制系統構成

口罩的防護效能是人們的關注重點之一[3]?？谡秩劢幼鳛橛绊戓t用口罩質量的主要因素，其重要性不言而喻。在熔接機的運行管理中引入PLC控制系統，能有效保障熔接機的正常運行。根據熔接機的運行原理及特征，PLC控制系統的構成包括：（1）電機，PLC控制系統的主電機采用安川伺服電機，可以保障整個熔接機PLC控制系統的正常運行。電機的控制方法選擇位置控制法。在PLC控制系統運行狀態下，PLC可自動向該電機的驅動器發送控制信號（信號反映旋轉方向信息及脈沖信息）。（2）CPU，考慮到熔接機運行控制工作的要求，選定CPU266作為PLC控制系統的核心。（3）擴展模塊，為保障PLC控制系統的性能，在系統擴展模塊部分，選擇EM235模塊作為系統的主要構成。

2.3? ? 基于PLC的口罩熔接自動控制工藝流程

運用PLC自動控制技術實現口罩熔接機自動控制的工藝流程為：隨著傳送帶的轉動，帶動主機各執行部件迅速動作，當口罩耳帶被耳帶熔接氣缸完全壓住（固定）后，熔接機通過超聲波技術針對耳帶及罩體進行熔接，促使二者充分粘合，同時，氣缸的下壓固定動作被中斷，促使耳帶熔接氣缸適當上抬。此時，自動控制系統控制熔接機中的左右回轉氣缸帶動耳帶旋轉，為下次耳帶熔接操作打好基礎。在該控制模式下，口罩壓固氣缸的動作主要受傳送帶影響。當傳送帶處于運動狀態時，氣缸迅速伸出，下壓固定罩體后，迅速收縮，在水平氣缸作用下，準確將罩體推至下一個托盤，并針對另一個罩體進行下壓固定，即進入另一個口罩耳帶熔接生產周期。

2.4? ? PLC程序編制

根據熔接機的運行原理，可按照自動控制原則進行PLC程序編制。主要操作對應代碼如下：耳帶熔接到位對應代碼為I0.3;第一、第二耳帶回轉到位對應代碼分別為I0.5、I0.6;罩體下壓固定到位對應代碼為I1.5;罩體傳輸至夾具前到位對應代碼為I1.3;耳帶退料向下對應代碼為Q2.2;耳帶熔接切斷到位對應代碼為I2.0。

2.5? ? 功能調試

作為PLC系統的主傳動部件，伺服電機的功能直接影響自動控制系統的正常運行。伺服電機單元構成的影響因素及運行要求如表1所示。在調試伺服電機期間，如通過運行測試發現，電機未達到理想運行狀態，可借助手動調整方法，改善其性能。具體調試流程為：合理確定電機的慣量比參數，據此確定適宜的速度環增益值、位置環增益值以及速度環的時間積分參數。調試期間，根據電機超調狀況、靈敏度等，合理變更時間參數、增益值等，直至電機各項性能均達到最佳狀態為止。

2.6? ? 應用效果分析

運行口罩熔接機PLC控制系統后，其應用效果如下：（1）口罩生產方面，在PLC系統控制下，該熔接機的口罩生產速度達到110個/min，為該熔接機的耳帶自動焊接、高效生產提供良好的支持。（2）安全運行方面，運行口罩熔接機PLC控制系統后，該設備連續運行90天內，口罩生產速度較為穩定，無設備故障發生，表明PLC控制系統的引入可實現口罩生產的自動化控制、安全控制目標。

3 結語

綜上所述，加強口罩熔接機PLC控制系統的開發與應用具有重要意義。為提升口罩生產效率及質量，可根據熔接機的運行特征及控制管理要求，合理設計開發PLC控制系統，借助PLC控制系統的良好控制作用，保障熔接機的安全、穩定運行。

[參考文獻]

[1] 中達電通股份有限公司.臺達全自動口罩折疊機方案快速支援疫情防護[J].國內外機電一體化技術，2020，23（2）：37-38.

[2] 陶永亮，陳曦，向科軍.聚丙烯材料在醫用口罩中的應用[J].橡塑技術與裝備，2020，46（8）：33-36.

[3] 郎濤.醫用口罩防護效能研究及使用現狀分析[J].中國衛生標準管理，2015，6（5）：263-264.

收稿日期：2020-07-06

作者簡介：曾俊福（1978—），男，廣東揭西人，工程師，主要從事項目研發工作。