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内的定位链上，由止箱阀控制进箱个数。定位链停止时，吸瓶架动作，抓取空瓶到出瓶平台上，由出瓶平台将空瓶送出卸箱机。同时定位阀下降，定位链和出箱链动作，将空箱送出卸箱机。整个系统控制流程如图2所示。

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，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，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，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，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。为防止操作人员误更改参数，更改参数时必须输入系统口令，只有工程师才有权限修改参数。

结语
　　
    本机在出厂前调试运行，能达到技术指标，整体及自控系统运行平稳，安全可靠。mc伺服控制器强大的报警功能方便了维护人员查找故障，快速解决问题。在湖北黃石等现场运行良好，因为控制精度高、操作简单，控制系统故障率低，深受操作人员好评。