PLC控制技术项目之封口包装机装置

项目五 封口包装机装置 5.1项目背景
封口包装机是指在 包装容器盛装产品后对 容器进行封口的机械。
图1 封口包装机外观
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封口机构造
封口机包括压 力调节按钮、导向 带、主动导向轮、 冷却块、加热块、 封口带、被动轮和 导向槽组成（右图 所示）。
A BC D
E
F
G H
A， 压 力调节 旋钮
图40 选择设备TD400C
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单击下一步，选择及定义TD的功能和数据更新速率，如图 41所示。
图41 选择及定义TD功能及其更新速率
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单击下一步，如图42所示，可以设定语言及字符集。
图42 设定语言及字符集
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单击下一步，配置键盘按键，如图43所示。
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图35 封口包装机的主程序
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图35 封口包装机的主程序
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3、温度控制 用的子程序 和中断程序
图36 封口包装机的子程序
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3、温度控制 用的子程序 和中断程序
图36 封口包装机的子程序
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图51 项目菜单一
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图52 项目菜单一插入PLC数据
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单击下一步，即可进入菜单二选项，如图53~图55 所示。
图53 菜单二选项
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图54 菜单二完整屏幕
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图55 菜单二插入PLC数据
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（3）定义报警
图28 MM440接线
图29 变频器控制回路接线图
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3、变频器参数设置
图30 变频器参数设定
项目五 封口包装机装置 5.4 项目设计方案
一、封口包装机控制系统的设计原则 1、深入了解和分析被控对象--封口包装机的工艺条件和控制
要求 2、确定 I/O 设备 3、选择合适的 PLC 类型 4、分配 I/O 点 5、设计应用系统梯形图程序 6、将程序输入 PLC 7、进行软件测试 9、编制技术文件 8、应用系统整体调试
（1）并联通道A和B
EM231RTD模块当只有一个通道在使用时，可以
将另外一个通道的输入1对1地连接到该通道中。
如图56所示，通道A在实用热电阻，通道B则相应
并联即可。
图56 热电阻模块的并联通道
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（2）用普通电阻短路未用通道端子 图57所示为通道A使用了热电阻，而通道B将普通 电阻R以二线制传感器的连接方式进行端子连接。
图32 PLC接线原理
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图33 变频器接线图
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三、封口包装机的软件部分
1、概述 封口包装机的软件部分主要是实现温度
PID控制和变频调速。
图34 封口包装机程序结构
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2、主程序 主程序主要完 成上电初始化调用 子程序，并以两秒 为周期（定时器 T32）控制固态继 电器Q0.0的输出。 主程序中的变量 M20.0为两秒脉冲； VW200为PID的输 出实际值。
B，导 向带
C， 主 动导 向轮
D， 冷 却块 E，加 热 块 F，封 口带
G， 被 动轮 H，导 向 槽
图2 封口包装机机械结构
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5.2 知识讲座：温度检测、变频传动与 人机界面
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5.2.1 温度传感器与PLC温度模块
1、温度传感器 ：
温度是封口包装机控 制过程中最常见的一种模 拟量，使用最多的是热电 偶和热电阻。
操作器键盘控制是 变频器最简单的运转指 令方式，用户可以通过 变频器的操作器键盘上 的运行键、停止键、点 动键和复位键来直接控 制变频器的运转。 图14 MM440变频器AOP操作器键盘控制
项目五 封口运 转指令通过其外接输入端子 从外部输入开关信号（或电 平信号）来进行控制的方式。
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图37 封口包装机的中断程序
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3、TD400C设置
（1）TD基本配置 图38和图39所示为打开文本显示向导。
图38 打开文本显示向导的不同方式
图39 打开文本显示向导
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单击下一步，选择TD设备型号，如图40所示。
图46 完成TD基本配置
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（2）定义用户菜单和屏幕
组态 TD400C 之后， 可以自定义屏幕和用户 菜单。定义用户菜单可 以从图47所示的“向导文本显示-TD400C配 置”，双击“用户菜 单”，即可打开用户菜 单首页（图48）。
图47 向导
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图48 定义用户菜单首页
（ 3）通讯控制
通讯控制的方式只需对 上位机给变频器的传输数据 改一下即可对变频器进行正 反转、点动、故障复位等控 制。
图15 端子控制原理
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5.2.3 人机界面TD400C
1、TD 设备概述
TD 设备是 一种低成本的 人机界面 （HMI），使 操作员或用户 能够与应用程 序进行交互。
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（3）选择温度测量单位
（4）选择冷端补偿
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4、西门子S7-200的EM231热电阻模块
所有连接到模 块上的热电阻必须 是相同类型，如图 5.6所示。EM 231 热电阻模块提供了 S7-200与多种热 电阻的连接接口。
图8 EM231热电阻模块端子示意
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（1）选择热电阻类型
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（2）选择接线方式
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5.2.2 变频传动
1、主传动的特点
主传动及输送系统 由一个主动导向轮做 为动力来源，其他则 通过齿轮、同步带或 其他机械方式进行同 步。
图9 封口包装机的主传动
图10 封口包装机主传动变频器接线
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2、封口包装机变频器的频率给定方式
（1）操作器键盘给定 操作器键盘给定是变频器最简单的频率
给定方式
图11 操作器键盘给定方式
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（2）多段速度设定
(3)模拟量给定
模拟量给定方式即 通过变频器的模拟量 端子从外部输入模拟 量信号（电流或电压） 进行给定，并通过调 节模拟量的大小来改 变变频器的输出频率。
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4、对于不同类型的热电偶与PLC的内部值对应关系如图22 所示。
图22 不同类型的热电偶与PLC的内部值对应关系
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5.3.2 任务二：固态继电器SSR的选择与安装
1、封口包装机的温度控制要求 在封口包装机的温度控制中，采用具有
结构简单、测温范围大、响应快的热电偶 作为测量温度传感器。 2、固态继电器SSR的工作原理
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二、封口包装机的硬件部分
1、封口包装机的硬件框架（如图31所示）
图31 封口包装机的硬件框架
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2、I/O配置（如表1所示）
表1 封口包装机的输入/输出资源配置
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3、外部接线示意
外部接 线主要包括 PLC部分 （如图32） 和变频器部 分（如图 33）。
图3 热电偶原理 图4 热电阻原理
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2、小型PLC的温度传感器模块
小型PLC在接温 度传感器时不能使 用普通的模拟量输 入模块，而必须采 用专用的温度模拟 量模块，而且传感 器不同，模块类型 也不同。
图5 温度传感器模块的安装
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图6 温度传感器模块的使用步骤
图16 TD400C外观
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2、TD 400C的功能
图17 TD400C的连接
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5.3 技能训练：封口机元器件测试
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5.3.1 任务一：热电偶与PLC的硬件接线及其数据测试
1、选择合适的K型热电偶
图19 K型热点偶的温度测量范围和允许误差
【问题2】PID输出总是输出很大的值，并在这一区 间内波动如何办？
增益（Gain）值太高或PID扫描时间 （sample time）太长（对于快速响应PID的回路） 解决方法：降低增益（Gain）值并且/或选择短一 些的扫描时间 。
图18 K型热电偶
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2、按照图20进行接线（注意：热电偶电线的方向不能接反）
图20 K型热电偶与PLC连接示意
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3、上电进行温度测试
温度模拟量
输入模块 （EM231TC、 EM231RTD） 所读取的数 据是温度测 量值的10倍 （摄氏或华 氏温度。
编程采用MOV_W语句进行测试 图21 温度测试语句
图25 AC—SSR原理电路
图26AC—SSR的工作波形
项5目.3.五3 任务三封：口M包M4装40变机频装器置在封口包装机主传动
中的应用
1、选择1.5KW三相MM440变频器安装到导 轨上（如图27）
图27 变频器安装
项目2、五根据M封M口440包说装机装置
明书进行输入电缆、 输出电缆和控制电缆 的接线（如图28所 示）；变频器的控制 回路接线可以参考图 29
图43 配置键盘按键
项T目D4五00C不需封要专口门包为功装能键机F1装~F8置等分配地址，向导将自
动为其分配V区的地址，具体如图44所示。
图44 符号表中的TD400C功能键地址
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单击图44中的下一步，分配存储区，如图45所示。
图45 分配存储区
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单击下一步，完成TD基本配置，如图46所示。
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3、西门子S7-200的EM231热电偶模块
EM 231热电 偶模块提供一个 方便的，隔离的 接口，用于七种 热电偶类型：J， K，E，N，S， T，和R型。
图7 EM231热电偶模块端子示意
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(1)选择热电偶类型
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（2）选择断线检测方向及使能
《PLC控制技术》
PLC控制技术项目之封口包装机装 置
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5.1 项目背景及要求 5.2 知识讲座（温度检测、变频与人机） 5.3 技能训练（封口机元器件测试） 5.4 项目设计方案 5.5 技术答疑
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封口包装机装置的控制系统包 括传动控制、温度控制、人机界面控 制，只有在这两方面进行技术改造和 升级，才能确保高可靠的自动化程度。
图12 模拟量给定方式
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图13 西门子MM440系列变频器模拟量端子
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（4）通讯给定方式
通讯给定方式就是指上位机通过通讯口 按照特定的通讯协议、特定的通讯介质进 行数据传输到变频器以改变变频器设定频 率的方式。
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3、封口包装机变频器的运转指令方式 （1）操作器键盘控制
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单击下一步，进入用户菜单定义画面，如图49所示。
图49 定义用户菜单
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要组态用户菜单，请为每个屏幕组输入名称（图50所示）， 点击添加屏幕按键来创建屏幕文本， 用 Yes 进行确认。
图50 菜单项菜单一
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在绿色区域输入文本， 并点击“插入 PLC 数据” 按钮将变量嵌入文本消 息。如图51所示为本项 目温度控制的显示菜单， 其中插入PLC数据 VW200（如图52所示）。
固态继电器按负载电源类型可分为交流 （AC－SSR）和直流（DC－SSR）两类。
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（1）直流固态继电器（DC－SSR）
直流型SSR多为四端型SSR，四端型 是指有两个输入端，两个输出端。
图23 DC—SSR原理框图
项（目2五）交流封固口态包继装电机路装（置AC－SSR）
交流型SSR是用双向可控硅作为开关器 件，可分为过零型和随机导通型两种。
使用“文本显示向导”，可确定报警操作
员所需的交互类型。 每个报警均为四种可
能的报警确认和编辑类型之一（如表2所
示）。
表2 TD400C四种报警类型
项目五 封口包装机装置 5.5 技术答疑
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【问题1】有些封口包装机的温度检测是采用热电阻， 那么如何在EM231RTD热电阻模块中连接未实用 的输入端子？
图57 普通电阻短接未用通道
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【问题2】PID输出总是输出很大的值，并在这一区 间内波动如何办？
增益（Gain）值太高或PID扫描时间 （sample time）太长（对于快速响应PID的回路） 解决方法：降低增益（Gain）值并且/或选择短一 些的扫描时间 。
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