CN109669417A - 基于软plc的电子凸轮真空叶片灌肠机控制系统及方法 - Google Patents

基于软plc的电子凸轮真空叶片灌肠机控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

基于软PLC的电子凸轮真空叶片灌肠机控制系统，包括有与工控机通过以太网口相连的触摸屏；有与工控机通过以太网口相连的EtherCAT总线耦合器；有与EtherCAT总线耦合器直接相连的IO模块；有与EtherCAT总线耦合器通过以太网口相连的伺服驱动器；其控制方法包括以下步骤：1)当选择扭结模式生产，设置灌装规格、灌装速率和扭结圈数；2)当选择扭结模式生产，创建相对应的电子凸轮表的主轴关键点数据和从轴关键点数据；3)当选择扭结模式生产，电子凸轮表的主轴关键点数据和从轴关键点数据写入电子凸轮表中；4)当选择扭结模式生产，电子凸轮表执行定量扭结灌装工艺生产；提高了灌装精度，减少了原有灌装精度下的浪费，提高了系统的性价比和加工效率。

Description

基于软PLC的电子凸轮真空叶片灌肠机控制系统及方法
技术领域
本发明属于真空叶片灌肠机控制技术领域，具体涉及基于软PLC的电子凸轮真空叶片灌肠机控制系统。
背景技术
真空叶片灌肠机是集定量灌装、高速扭结于一身的真空灌装机。目前，国内同类设备多使用可编程控制器(硬PLC)通过输出高速脉冲信号控制伺服驱动器，使两台伺服电机运转，实现定量灌装和高速扭结。通过高速脉冲信号的频率来控制伺服电机的转速大小，通过脉冲的个数确定转动的角度。目前，高速脉冲输出方式属于开环位置控制，主要应用于对速度及位置控制精度要求均不高的简单位置模式控制中，从而影响了真空灌肠机的灌装精度和灌装扭结效率。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供基于软PLC的电子凸轮真空叶片灌肠机控制系统及方法，提高了现有的真空叶片灌肠机的灌装精度和灌灌装扭结效率。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：基于软PLC的电子凸轮真空叶片灌肠机控制系统，包括有与工控机通过以太网口相连的触摸屏；有与工控机通过以太网口相连的EtherCAT总线耦合器；有与EtherCAT总线耦合器直接相连的IO模块；有与EtherCAT总线耦合器3通过以太网口相连的伺服驱动器。
所述的伺服驱动器通过以太网口与EtherCAT总线耦合器相连。
所述的控制器通过以太网口与EtherCAT总线耦合器相连。
所述的控制器7采用TwinCAT NC控制器。
所述的人机界面包括有灌装模式模块、灌装规格模块、扭结圈数模块、进给倍率模块、触发方式模块、第一次补偿值模块及回吸量模块。
所述的灌装模式模块，在人机交互界面中设置清洗模式运行、直灌模式生产、定量模式生产或者扭结模式生产；
所述的灌装规格模块，在人机交互界面中设置定量模式生产或者扭结模式生产的灌装规格；
所述的扭结圈数模块，在人机交互界面中设置扭结模式生产的扭结圈数；
所述的进给倍率模块，在人机交互界面中设置直灌模式生产、定量模式生产、扭结模式生产或者清洗模式运行的运行速率；
所述的触发方式模块，在人机交互界面中设置直灌模式生产、定量模式生产、扭结模式生产或者清洗模式运行的触发方式，分为持续性触发方式或者一次性触发方式；
所述的第一次补偿值模块，在人机交互界面中设置定量模式生产或者扭结模式生产时第一次生产灌装所需要补偿的灌装量；
所述的回吸量模块，在人机交互界面中设置直灌模式生产、定量模式生产或者扭结模式生产时停止生产后所需要回吸的灌装量，用于防止灌料滴落而造成的灌装料的浪费。
基于软PLC的电子凸轮真空叶片灌肠机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将工控机通过以太网口与触摸屏、EtherCAT总线耦合器相连；EtherCAT总线耦合器与IO模块4相连；EtherCAT总线耦合器通过以太网口与伺服驱动器相连；EtherCAT总线耦合器通过伺服驱动器与TwinCAT NC控制器相连；
2)在人机交互界面中设置清洗模式运行、直灌模式生产、定量模式生产或者扭结模式生产；在人机交互界面中设置定量模式生产或者扭结模式生产的灌装规格；在人机交互界面中设置扭结模式生产的扭结圈数；在人机交互界面中设置直灌模式生产、定量模式生产、扭结模式生产或者清洗模式运行的运行速率；在人机交互界面中设置直灌模式生产、定量模式生产、扭结模式生产或者清洗模式运行的触发方式，分为持续性触发方式或者一次性触发方式；
在人机交互界面中设置定量模式生产或者扭结模式生产时第一次生产灌装所需要补偿的灌装量；在人机交互界面中设置直灌模式生产、定量模式生产或者扭结模式生产时停止生产后所需要回吸的灌装量；
3)当选择扭结模式生产，TwinCAT控制器中的控制算法根据人机交互界面中输入的生产的灌装规格、灌装速率和扭结圈数创建相对应的电子凸轮主轴关键点数据和从轴关键点数据；
4)TwinCAT控制器中的控制算法将创建好的电子凸轮主轴关键点数据和从轴关键点数据写入电子凸轮表中；
5)TwinCAT控制器中的控制算法根据创建好的电子凸轮表，通过伺服驱动器控制伺服电机按照电子凸轮表规划的动作，进行定量灌装和高速扭结。
步骤3)中创建电子凸轮主轴关键点数据和从轴关键点数据的步骤为：
A、当选择扭结模式生产，TwinCAT NC控制器中的控制算法读取触摸屏中设置的灌装规格、灌装速率和扭结圈数的参数；
B、当选择扭结模式生产，TwinCAT NC控制器中的控制算法根据从触摸屏中读取到的灌装规格、灌装速率和扭结圈数的参数，计算出相对应的电子凸轮主轴关键点数据和从轴关键点数据。
步骤A中的灌装规格、灌装速率和扭结圈数等参数都是在触摸屏中实际设置的灌装生产参数。
步骤B中的主轴关键点数据和从轴关键点数据都是位置关系。
步骤2)中的电子凸轮关键点包括主轴关键点和从轴关键点。
步骤3)中的电子凸轮表被创建成循环模式的电子凸轮表，用于实现周期性运行。
本发明的有益之处在于：
与现有技术相比，本发明的基于软PLC的电子凸轮技术的真空叶片灌肠机的控制系统方法，把软PLC中的电子凸轮技术与不同规格的生产灌装有机结合起来，增强了生产时的灵活性，通过不同规格的灌装要求，生成不同的电子凸轮表主轴关键点和从轴关键点，使控制更加精确和快速，提高了系统的性价比和加工效率。
附图说明
图1是本发明的控制系统硬件框架框图。
图2是本发明实施例的灌装生产模式选择框图。
图3是本发明实施例的控制系统逻辑框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
基于软PLC的电子凸轮真空叶片灌肠机控制系统，其特征在于，包括有与工控机1通过以太网口相连的触摸屏2；工控机1通过以太网口与EtherCAT总线耦合器3相连；EtherCAT总线耦合器3与IO模块4相连；EtherCAT总线耦合器3通过以太网口与伺服驱动器5相连。
所述的工控机1中安装有控制器7，控制器7采用TwinCAT NC控制器。
所述的EtherCAT总线耦合器3通过伺服驱动器5与TwinCAT NC控制器7的以太网口相连。
所述的触摸屏2包括有人机界面；所述的人机界面包括灌装模式模块、灌装规格模块、扭结圈数模块、进给倍率模块、触发方式模块、第一次补偿值模块及回吸量模块；
所述的灌装模式模块，在人机交互界面中设置清洗模式运行、直灌模式生产、定量模式生产或者扭结模式生产；
所述的灌装规格模块，在人机交互界面中设置定量模式生产或者扭结模式生产的灌装规格；
所述的扭结圈数模块，在人机交互界面中设置扭结模式生产的扭结圈数；
所述的进给倍率模块，在人机交互界面中设置直灌模式生产、定量模式生产、扭结模式生产或者清洗模式运行的运行速率；
所述的触发方式模块，在人机交互界面中设置直灌模式生产、定量模式生产、扭结模式生产或者清洗模式运行的触发方式，分为持续性触发方式或者一次性触发方式；
所述的第一次补偿值模块，在人机交互界面中设置定量模式生产或者扭结模式生产时第一次生产灌装所需要补偿的灌装量；
所述的回吸量模块，在人机交互界面中设置直灌模式生产、定量模式生产或者扭结模式生产时停止生产后所需要回吸的灌装量，用于防止灌料滴落而造成的灌装料的浪费。
在图1所示实施例中，基于软PLC的电子凸轮技术的真空叶片灌肠机控制系统由触摸屏、工控机、EtherCAT耦合器和IO模块以及伺服驱动器构成。通过人机交互界面可以设定灌装模式、灌装规格、灌装速度、扭结圈数等参数。控制系统在工控机中存储和运行，可采用嵌入式工控机或者一体式工控机，工控机通过EtherCAT现场总线与IO模块和伺服驱动器之间进行通讯，相对于高速脉冲信号控制伺服驱动器，具有更高的反应速度和更精确的控制方式。
在图2所示实施例中，在人机交互界面中可设置：
1)灌装模式，包括直灌模式、定量模式、扭结模式和清洗模式。
直灌模式根据控制命令进行灌装，扭结电机不进行扭结动作，可用于有下游机时的生产加工。
定量模式根据控制命令进行定量灌装，一个生产周期完成后根据界面参数设置判断是停止灌装生产还是等待设置间隔时间后再次进行定量灌装。
扭结模式根据控制命令进行定量扭结灌装，直到控制命令清除停止周期性生产，生产过程中送料电机与扭结电机根据电子凸轮表进行耦合运行。
清洗模式根据控制命令运行，真空泵停止运行，仅送料电机持续运行，多用于生产完成后机器的冲洗。
在图3所示实施例中，在人机交互界面中可设置：
1)灌装规格，在人机交互界面中可设置定量模式下或者扭结模式下的灌装规格。
2)扭结圈数，在人机交互界面中可设置扭结模式下的扭结圈数。
3)进给倍率，在人机交互界面中可设置直灌模式下、定量模式下、扭结模式下或者清洗模式下的运行速率。
4)触发方式，在人机交互界面中可设置直灌模式下、定量模式下、扭结模式下或者清洗模式下的自动生产运行的触发方式，分为持续性触发方式或者一次性触发方式。
5)第一次补偿值，在人机交互界面中可设置定量模式下或者扭结模式下的第一次生产灌装时需要补偿的灌装量。
6)回吸量，在人机交互界面中可设置直灌模式下、定量模式下或者扭结模式下的停止生产后需要回吸的灌装量，防止灌料滴落而造成的浪费。
在图3所示实施例中，在扭结模式下，根据人机交互界面中设置的灌装规格和扭结圈数，生成相应的电子凸轮表主轴关键点和从轴关键点，从而建立与灌装规格和扭结圈数相对应的电子凸轮表，该电子凸轮表被设置在周期模式下，从而进行连续的周期性运行。
在图3所示实施例中，在扭结模式下，NC控制器根据已创建的电子凸轮表，控制伺服驱动器，使伺服电机根据生产工艺运行，实现送料电机和扭结电机的相互配合。
至此，本发明的基于软PLC的电子凸轮技术的真空叶片灌肠机控制系统方法，采用软PLC，将电子凸轮表技术运用在定量扭结灌装工艺中，提高了灌装精度，减少了原有灌装精度下的浪费，提高了系统的性价比和加工效率。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (10)

1.基于软PLC的电子凸轮真空叶片灌肠机控制系统，其特征在于，包括有与工控机(1)通过以太网口相连的触摸屏(2)；工控机(1)通过以太网口与EtherCAT总线耦合器(3)相连；EtherCAT总线耦合器(3)与IO模块(4)相连；EtherCAT总线耦合器(3)通过以太网口与伺服驱动器5相连。
2.根据权利要求1所述的基于软PLC的电子凸轮真空叶片灌肠机控制系统，其特征在于，所述的工控机(1)中安装有控制器(7)，控制器7采用TwinCAT NC控制器。
3.根据权利要求1所述的基于软PLC的电子凸轮真空叶片灌肠机控制系统，其特征在于，所述的EtherCAT总线耦合器(3)通过伺服驱动器(5)与TwinCAT NC控制器(7)的以太网口相连。
4.根据权利要求1所述的基于软PLC的电子凸轮真空叶片灌肠机控制系统，其特征在于，所述的触摸屏(2)包括有人机界面；所述的人机界面包括灌装模式模块、灌装规格模块、扭结圈数模块、进给倍率模块、触发方式模块、第一次补偿值模块及回吸量模块；
所述的灌装模式模块，在人机交互界面中设置清洗模式运行、直灌模式生产、定量模式生产或者扭结模式生产；
所述的灌装规格模块，在人机交互界面中设置定量模式生产或者扭结模式生产的灌装规格；
所述的扭结圈数模块，在人机交互界面中设置扭结模式生产的扭结圈数；
所述的进给倍率模块，在人机交互界面中设置直灌模式生产、定量模式生产、扭结模式生产或者清洗模式运行的运行速率；
所述的触发方式模块，在人机交互界面中设置直灌模式生产、定量模式生产、扭结模式生产或者清洗模式运行的触发方式，分为持续性触发方式或者一次性触发方式；
所述的第一次补偿值模块，在人机交互界面中设置定量模式生产或者扭结模式生产时第一次生产灌装所需要补偿的灌装量；
所述的回吸量模块，在人机交互界面中设置直灌模式生产、定量模式生产或者扭结模式生产时停止生产后所需要回吸的灌装量，用于防止灌料滴落而造成的灌装料的浪费。
5.基于软PLC的电子凸轮真空叶片灌肠机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将工控机(1)通过以太网口与触摸屏(2)、EtherCAT总线耦合器(3)相连；EtherCAT总线耦合器(3)与IO模块4相连；EtherCAT总线耦合器(3)通过以太网口与伺服驱动器(5)相连；EtherCAT总线耦合器(3)通过伺服驱动器(5)与TwinCAT NC控制器(7)相连；
2)在人机交互界面中设置清洗模式运行、直灌模式生产、定量模式生产或者扭结模式生产；在人机交互界面中设置定量模式生产或者扭结模式生产的灌装规格；在人机交互界面中设置扭结模式生产的扭结圈数；在人机交互界面中设置直灌模式生产、定量模式生产、扭结模式生产或者清洗模式运行的运行速率；在人机交互界面中设置直灌模式生产、定量模式生产、扭结模式生产或者清洗模式运行的触发方式，分为持续性触发方式或者一次性触发方式；
在人机交互界面中设置定量模式生产或者扭结模式生产时第一次生产灌装所需要补偿的灌装量；在人机交互界面中设置直灌模式生产、定量模式生产或者扭结模式生产时停止生产后所需要回吸的灌装量；
3)当选择扭结模式生产，TwinCAT控制器中的控制算法根据人机交互界面中输入的生产的灌装规格、灌装速率和扭结圈数创建相对应的电子凸轮主轴关键点数据和从轴关键点数据；
4)TwinCAT控制器中的控制算法将创建好的电子凸轮主轴关键点数据和从轴关键点数据写入电子凸轮表中；
5)TwinCAT控制器中的控制算法根据创建好的电子凸轮表，通过伺服驱动器控制伺服电机按照电子凸轮表规划的动作，进行定量灌装和高速扭结。
6.根据权利要求5所述的基于软PLC的电子凸轮真空叶片灌肠机的控制方法，其特征在于，步骤3)中创建电子凸轮主轴关键点数据和从轴关键点数据的步骤为：
A、当选择扭结模式生产，TwinCAT NC控制器中的控制算法读取触摸屏中设置的灌装规格、灌装速率和扭结圈数等参数；
B、当选择扭结模式生产，TwinCAT NC控制器中的控制算法根据从触摸屏中读取到的灌装规格、灌装速率和扭结圈数等参数，计算出相对应的电子凸轮主轴关键点数据和从轴关键点数据。
7.根据权利要求6所述的基于软PLC的电子凸轮真空叶片灌肠机的控制方法，其特征在于，步骤A中的灌装规格、灌装速率和扭结圈数等参数都是在触摸屏中实际设置的灌装生产参数。
8.根据权利要求6所述的基于软PLC的电子凸轮真空叶片灌肠机的控制方法，其特征在于，步骤B中的主轴关键点数据和从轴关键点数据都是位置关系。
9.根据权利要求5所述的基于软PLC的电子凸轮真空叶片灌肠机的控制方法，其特征在于，步骤2)中的电子凸轮关键点包括主轴关键点和从轴关键点。
10.根据权利要求5所述的基于软PLC的电子凸轮真空叶片灌肠机的控制方法，其特征在于，步骤3)中的电子凸轮表被创建成循环模式的电子凸轮表，用于实现周期性运行。
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