利用台达机电产品实现冰淇淋灌装机的触摸启动与调速

1引言

在冰淇淋灌装机上利用台达机电产品之间的便利通讯功能，实现了主传动电机与拉花电机在触摸屏上直接启/停与调速，实现了伺服与主电机之间的速度跟随。使得操作人员的操作直观方便。利用台达伺服的PR模式（内部多段位置模式），将客户机械拉花变成电气控制，拉花的距离和速度可由最终用户在触摸屏上调整。使得客户的拉花花型调整变的便利灵活。大大提高了生产效率。

人机界面（又称用户界面或使用者界面）是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。人机界面（Human–Machine Interaction，简称HMI），是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是计算机系统的重要组成部分。是指人和机器在信息交换和功能上接触或互相影响的领域或称界面所说人机结合面，信息交换，功能接触或互相影响，指人和机器的硬接触和软触，此结合面不仅包括点线面的直接接触，还包括远距离的信息传递与控制的作用空间。

人机结合面是人机系统中的中心一环节，主要由安全工程学的分支学科安全人机工程学去研究和提出解决的依据，并过安全工程设备工程学，安全管理工程学以及安全系统工程学去研究具体的解决方法手段措施安全人机学。它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。现在大量运用在工业与商业上，简单的区分为“输入”（Input）与“输出”（Ouput）两种，输入指的是由人来进行机械或设备的操作，如把手、开关、门、指令(命令)的下达或保养维护等，而输出指的是由机械或设备发出来的通知，如故障、警告、操作说明提示等，好的人机接口会帮助使用者更简单、更正确、更迅速的操作机械，也能使机械发挥最大的效能并延长使用寿命，而目前市面上所指的人机接口则多界狭义的指在软件人性化的操作接口上。

冰淇淋灌装机通常主要由4个部分组成：

（1）主传动部分。主传动采用间歇式减速箱输出带动链轮传动，带动输送板进行逐工位物料输送，主传动电机2.2KW,采用DELTA变频器调速控制，减速箱的减速比为30：1，主电机转30圈减速箱输出1圈，输送板移动一个工位，之后减速箱会有一个约1.5秒的空行程，留给各个工位进行各种工艺动作。简单稳定。

（2）灌装部分。灌装部分由十几个直线排列的灌装工位组成，执行不同的由相应的气阀控制，PLC接受主传动编码器传送过来的角度信号（360线，对应一个输送周期），台达ES系列PLC是整个机器的控制中心，根据设定的角度值控制阀的开闭。

（3）冰淇淋有平杯和蛋筒之分，拉花指的是蛋筒部分，平杯无须拉花。冰淇淋拉花部分主要功能是将灌装好的冰淇淋浇上样式好看的奶油，拉花控制主要控制两个部分，一个是不停旋转的拉花电机带动拉花头旋转浇奶油，另一个是带动拉花头做升降运动的部分，国内大部分厂家都是采用机械凸轮结构，当花型需要改动的时候，只有更换不同形状的机械凸轮，这样就会大大影响机器的生产效率。用户在调节好每种花型的参数后，可通过屏的配方功能进行保存，下次使用只需调用出来就好了。

（4）温控部分。冰淇淋灌装有三个地方需要进行温度控制：淋巧克力，喷巧克力，热封。均采用大功率加热管，K分度热电偶温度检测。温度上限为300度。如果采用PLC上控制温度，必须要加上温度检测或者控制模块。这些模块通常价格不低，需要在主机编程。从经济角度和互换性角度考虑，采用了台达温控器。

2系统设计

2.1控制工艺分析

（1）保证主机和伺服的电气零位和机械零位一致。

（2）灌装的起始与关闭通过编码器的角度信号控制，可在触摸屏上设定。

（3）伺服跟随主机运转，运转位置和速度由触摸屏上人工调整。

（4）主机速度能在触摸屏上调节。

（5）生产计数控制功能。

2．2硬件体系结构设计

硬件体系结构示意如图1所示。主体自动化设备选型参见表1。

图1硬件体系结构示意

表1 主体自动化设备选型

2.3软件流程设计

软件流程设计参见图2。

图2软件流程

3系统调试

3.1系统零点调试

本项目在初始调试的时候，没有做主机找零，结果调试的时候发现，机器运转的时间稍长，编码器的角度就和机械的位置对应产生累积偏差。伺服与主机零点对应的机械位置是变化的，因此伺服在找完零点后立即反向找与主机零点位置的对应的起始位置，这个位置是由客户在屏上设定，这期间主机禁止运转。

3.2主机限速

主机和变频器之间采用通讯连接，因伺服跟随主机运转，速度有倍数关系，因此主机在满足客户生产速度的前提下做了限速处理。

4结束语

项目已经通过调试，机器的功能完全达到要求。项目充分展示了台达电气产品在包装行业机电一体化应用的技术能力。