基于PLC控制的煙條盒外兩長側邊美容電控系統設計

摘要：設計了一套煙條盒外兩長側邊美容電控系統，依托于TwinCAT 3軟件，采用氣缸加伺服電機控制加熱板移動，從而對煙條盒外兩長側邊進行美容。

關鍵詞：PLC；TwinCAT 3；煙條美容

中圖分類號：TP29；TS43" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）03-0057-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.03.015

1" " 背景介紹

ZB416型硬盒硬條包裝機組是由上海煙草機械有限責任公司制造的硬盒硬條卷煙包裝機組，其最高產量為600包/min（或60條/min）。ZB416型硬盒硬條包裝機組在設計理念上更加迎合市場需求，除了包裝速度提升外，在產品質量、效率、靈活性、降低生產成本、維修保養等方面都很有特色。隨著目前各大煙廠對煙支規格、煙包規格的不斷推陳出新，我公司生產的產品型號和個性化裝置也逐步增多。目前ZB416型硬盒硬條包裝機組標配功能中，煙條盒外加熱美容只有上下兩長寬面和兩個短側邊的熱封美容。為滿足煙廠需求，設計了一套煙條盒外兩長側邊美容裝置。

2" " 電氣控制系統介紹

電控系統組成示意圖如圖1所示。

本電控系統是由控制單元、檢測傳感器以及執行機構三個部分組成。

1）控制機構：選擇依靠原有ZB416自帶的倍福PLC、IO模塊、固態繼電器、電磁閥以及伺服驅動器組成控制機構。

2）檢測機構：選用熱電偶傳感器來檢測加熱器溫度，選用接近開關作為電機的尋零傳感器，選用光電開關檢測煙條存在。

3）執行機構：選用伺服電機驅動1號加熱板進行煙條一側長側邊美容，選用氣缸驅動2號加熱板進行煙條另一側長側邊美容。

煙條盒外兩長側邊美容裝置安裝位置如圖2所示。

3" " 電控系統軟件控制流程

首先初始狀態：32Y4216A不通電，氣缸不動作，2號加熱板縮回遠離煙條。伺服電機32M992位置不動，1號及2號加熱器均不加熱。

HMI顯示屏上有打開1號及2號加熱器功能選擇軟開關，操作人員將開關選擇到ON狀態時，固態繼電器開始供電，1號及2號加熱器升溫。若熱電偶312B101或32B102檢測加熱器溫度未達到HMI屏幕上設定溫度值，則會報警停車。

當按下復位按鈕，驅動器上使能，伺服電機32M992收到尋零請求，伺服電機32M992運動，當尋零傳感器32S6001在規定時間內沒有感應到伺服電機32M992動作時，則會出現尋零超時報警。當尋零傳感器32S6001在規定時間內感應到電機動作時，伺服電機32M992將會運行到等待位置。

當機器啟動時，32Y4216A通電，氣缸伸出，2號加熱板靠近煙條并與煙條提升器導板保持平行狀態（該位置由機械裝配人員進行位置調整）。伺服電機32M992帶動1號加熱板運動到工作位置，此時1號加熱板與煙條提升器導板保持平行。當32B6002煙條檢測傳感器檢測到煙條時，等機器運行到煙條提升停止相位，伺服電機32M992帶動1號加熱板運行到加熱位置，對煙條盒外兩長側邊進行加熱美容，該加熱位置可根據實際情況通過修改HMI顯示屏上的加熱位置參數進行調節。經過HMI顯示屏上設置的加熱板停留時間后，伺服電機32M992帶動1號加熱板退回到工作位置。

當機器停止運行時，32Y4216A不通電，氣缸不動作，2號加熱板縮回遠離煙條。伺服電機32M992帶動1號加熱板運行到等待位置。

伺服電機32M992運動是間歇且有確定位置的運動，采用TwinCAT 3軟件[1]中MC_MoveAbsolute功能塊進行運動控制。這是一個用于絕對位置運動控制的功能塊，它允許軸以特定的速度、加速度和減速度移動到一個預設的絕對位置。因此，需要計算出伺服電機實際旋轉角度，并轉換成脈沖量提供給伺服驅動器，控制伺服電機運動到設定位置。

具體電氣控制流程圖如圖3所示。

4" " 伺服電機運動角度計算

煙條盒外兩長側邊美容裝置機構簡圖如圖4所示。伺服電機在轉動的時候，會通過連桿帶動連接在滑塊上的1號加熱板在水平方向上運動。

伺服電機運動的位置示意圖如圖5～7所示，其中圖5為等待位置，圖6為工作位置，圖7為加熱位置。圖5～7中a、b是連桿長度，為定值。伺服電機尋零之后會運動到等待位置，這是個固定位置，即圖5中c長度可以測量。當機器啟動時，伺服電機會帶動連桿運動到工作位置，確保此時加熱板與煙條提升器兩側導軌保持平行，該位置是確定位置，即圖6中d長度可測量。當機器運動到煙條加熱相位時，伺服電機會帶動連桿運動到加熱位置，該位置由HMI顯示屏設定參數決定，即圖7中e長度是根據實際熱封情況可調節的。

伺服電機的旋轉角度與脈沖之間的關系是脈沖控制模式。

根據余弦定理，可算得角度：

α=arccos

β=arccos

γ=arccos

由此可得伺服電機由等待位置旋轉到工作位置的旋轉角度為（α-β），由工作位置旋轉到加熱位置的旋轉角度為（β-γ）。

有公式如下：

P=

式中：P為脈沖數，即PLC發送給伺服驅動器的脈沖總數；A為旋轉角度，即伺服電機輸出端旋轉角度；R為編碼器分辨率，即伺服電機轉一圈所需的脈沖數；G為減速比。

編碼器分辨率和減速比已知，伺服電機旋轉角度也通過計算得出，由此可得伺服電機由等待位置旋轉到工作位置以及由工作位置旋轉到加熱位置時，PLC需要發送給伺服驅動器的脈沖總數。將所得的脈沖總數賦值到MC_MoveAbsolute功能塊的Position參數，即可控制伺服電機旋轉到相應位置。

根據控制流程圖以及實際計算得出的伺服電機控制脈沖總數，利用TwinCAT 3軟件，使用ST語言進行煙條盒外兩長側邊美容裝置邏輯程序的編程，并嵌入ZB416機組程序。

5" " 結束語

該設計方案補足了ZB416型硬盒硬條包裝機組煙盒條外透明紙六面美容功能，能夠給煙廠客戶提供選擇空間，迎合了市場需求。

[參考文獻]

[1] 韓彬.基于TwinCAT 3控制系統的YB518型小盒透明紙包裝機運行速度的控制分析[J].電子產品世界，2023，30（12）：56-59.

收稿日期：2024-10-15

作者簡介：謝濤（1996—），男，江蘇揚中人，助理工程師，從事電氣設計工作。