摘要：本文主要阐述了永宏PLC在全自动餐盒机上的应用，该设备适用于多种规格型号的纸质餐盒的一次成型；通过现场反复调试，该设备生产餐盒每分钟可达60个。
关键词：永宏PLC；餐盒机
1 行业介绍
快餐盒具是生活中使用比较多的一类一次性用品，也是目前餐饮行业中外送餐点的主要包装形式，对于这样的包装来说，它要比以往的单一塑料袋包装更加让人放心，让人感觉这样的盒装更加的干净，在包装上给人的感觉就是比塑料袋包装要精致很多的。而且这种包装方式对于目前的餐饮行业也是一种主流的包装外送形式，尤其是快餐行业的发展，快餐盒是不可缺少的，而这种由餐盒机生产出来的包装盒具是无论是一次性使用的，还是硬质的塑料制品生产出来的塑料盒都是目前使用比较多的一类用品。
图1-1 全自动餐盒机
2 系统设计方案
2.1 方案背景
全自动餐盒机目前市场上使用的控制系统方案为PLC+HMI或者微电脑集成块控制电路；其中PLC使用最多的品牌是三菱、台达和欧姆龙；HMI使用最多的品牌是威纶通和台达。由于永宏经济PLC单机具有三轴高速脉冲输出，所以永宏PLC在全自动餐盒机中的应用前景很好。全自动餐盒机系统方案如表2-1。
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系统方案 |
控制器 |
操作界面 |
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方案1 |
微电脑控制 |
手持面板 |
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方案2 |
三菱PLC |
威纶HMI |
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方案3 |
台达PLC |
威纶HMI |
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方案4 |
欧姆龙PLC |
欧姆龙HMI |
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方案5 |
永宏PLC |
永宏HMI |
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… |
… |
… |
表2-1 全自动餐盒机系统方案
2.2 客户需求
根据客户要求，全自动餐盒机的整体动作需要达到快速上料，快速成型，快速下料，依次循环；另外客户还需要实现多组配方参数存储/读取等附加功能。全自动餐盒机具体功能要求如表2-2。
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要求1 |
快速上料，步进电机快速定位送料。 |
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要求2 |
快速成型，上下模板快速合模。 |
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要求3 |
快速下料, 下料机构快速出料。 |
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要求4 |
温度控制，温度PID控制。 |
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… |
… |
表2-2 全自动餐盒机具体功能要求
2.3 解决方案
全自动餐盒机主要用于完成一次性餐盒的一次成型 。根据动作及工艺要求，该方案主要包括系统硬件设计和系统软件设计；其中系统硬件设计包括硬件（产品）配置、机械结构和电气控制等三部分，系统软件设计包括流程控制、I/O配置和程序设计等三部分；全自动餐盒机设计参数如表2-3；全自动餐盒机实物图如图2-4。
设计参数
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设计参数 |
实物效果图 |
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控制系统 |
永宏PLC |
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操作界面 |
永宏HMI |
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步进驱动 |
雷塞步进 |
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工作效率 |
60个/min |
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工作精度 |
±0.01mm |
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工作气压 |
0.4MPa-0.6MPa |
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工作电源 |
220VAC 50Hz |
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工作环境 |
温度5-40℃ |
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湿度20-90% |
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表2-3 全自动餐盒机设计参数 图2-4 全自动餐盒机实物效果图
基于上述各项技术指标，全自动餐盒机系统方案架构如图2-5；本方案控制系统采用永宏FBs系列PLC控制器，主要控制整体设备的动作流程；步进系统采用雷塞步进驱动器及电机，主要控制餐盒送料的快速定位；上位机采用永宏经济型HU系列HMI操作界面，提供自动操作、手动调试和配方参数等界面，用户可根据自身需求进行各项操作和参数设置。
图2-5 全自动餐盒机系统方案架构图
3 系统硬件设计
3.1 硬件配置
针对控制一个步进电机及变频和温控控制的全自动餐盒机系统，该方案中主控制设备采用永宏24点FBs系列PLC、与变频通讯采用FBs-CB5通讯板，温度读取
采用FBs-6RTD，永宏HU070L-00触摸屏作为人机对话窗口。根据系统的现场实际情况和整个控制系统先进、可靠且性能价格优势的原则，系统采用FBs系列高功能型主机作为下位控制器，负责采集信号，并对信号进行逻辑运算，进而控制雷塞步进驱动器及其电机和外围输出线路（包括指示灯和蜂鸣器等）等。
全自动餐盒机系统硬件清单如表3-1；
全自动餐盒机系统硬件配置如图3-2。
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硬件明细表 |
硬件配置图 |
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永宏PLC主机 |
1台 |
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永宏通讯板 |
1个 |
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永宏温度模块 |
1个 |
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永宏触摸屏 |
1台 |
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研控步进 |
1套 |
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变频器 |
1套 |
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模具气缸 |
若干 |
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传感器 |
若干 |
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电气部件 |
若干 |
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机械部件 |
若干 |
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表3-1 全自动餐盒机硬件明细表 图3-2 全自动餐盒机硬件配置图
3.1 电气控制
全自动餐盒机的电气控制采用永宏PLC作为设备核心控制单元，实现对步进、变频器、温度和气动元件等执行单元的控制。全自动餐盒机PLC接线原理如图3-3，PLC电气控制柜接线如图3-4。
图3-3 全自动餐盒机电气控制原理图
图3-4 全自动餐盒机PLC电气控制柜接线图
4系统软件设计
4.1 工艺流程
全自动餐盒机的工艺流程主要包括三部分：上料、合模及下料，这三个部分的动作为一个动作周期；可以根据餐盒个数的设定数量和速度来进行控制。全自动工艺流程如图4-1。
图4-1 全自动餐盒机工艺流程图
4.2 控制流程
全自动餐盒机的控制流程如图4-2。
图4-2 全自动餐盒机控制流程图
4.3 I/O点配置
根据全自动餐盒机工艺流程和控制流程要求，进行了永宏PLC程序I/O点配置；永宏PLC输入点配置如表4-3，输出点配置表如表4-4。
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表4-3 PLC输入点配置表
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PLC输出点配置 |
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编号 |
批注 |
编号 |
批注 |
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Y0 |
步进脉冲信号 |
Y4 |
压纸气缸 |
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Y1 |
步进方向信号 |
Y5 |
推纸气缸 |
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Y2 |
加热输出 |
Y6 |
合模启动 |
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Y3 |
分纸气缸 |
Y7 |
下料推出 |
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… |
… |
… |
… |
表4-4 PLC输出点配置表
4.4 PLC功能指令应用
4.4.1 参数设置指令
永宏PLC脉冲输出的参数设置有专门的参数设置指令（FUN141），永宏FUN141指令的参数设置方式采用表格的形式进行参数编辑。永宏PLC设置参数如表4-5，永宏PLC设置参数程序如图4-6
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永宏PLC参数设置 |
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名称 |
数值 |
名称 |
数值 |
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每圈脉冲数 |
2000ps/r |
起始结束设定 |
141Hz |
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每圈移动量 |
2000um/r |
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800ms |
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最高速度设定 |
100KHz |
补间加减速 |
200ms |
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… |
… |
… |
… |
表4-5 永宏PLC设置参数表
图4-6 永宏PLC设置参数程序
4.4.2 脉冲输出指令
永宏PLC脉冲输出控制有专门的命令设置指令（FUN140），永宏FUN140指令的命令设置方式同样是采用表格的形式进行命令编辑；使用永宏脉冲输出指令可以很好的实现对送料步进电机的高速定位控制。永宏PLC脉冲输出控制程序如图4-7，永宏PLC脉冲输出控制设置表格如图4-8。
图4-7 脉冲输出控制程序
图4-8 脉冲输出控制表格
4.4.3 ModBus通讯指令
采用永宏PLC的专用Port2通讯口进行ModBus通讯，最高通讯速率可达到912.6Kbps。主要用于PLC与变频器之间的通讯。PLC程序采用的是永宏FUN150（M-BUS）通讯指令来进行编辑，通过一条通讯指令既可完成ModBus通讯程序的编辑，为程序编辑和调试者提供了极大的方便。ModBus通讯程序如图4-11。
图4-11 ModBus通讯程序
4.4.4 PID温控指令
采用永宏PLC的专用PID温控指令进行温度控制。主要用于对合模模具的加热控制。PLC程序采用的是永宏FUN86（TPCTL）温控指令来进行编辑，通过一条通讯指令既可完成32路温控程序的编辑，为程序编辑和调试者提供了极大的方便。PID温控通讯程序如图4-12。
图4-12 PID温控程序
5 结论（实施结果）
通过现场调试，全自动餐盒机每板的平均时间可以达到60个/min；餐盒成型精度高；同时该设备适用于多款型号的餐盒成型。从而高性价比的永宏PLC在全自动餐盒机上得到了很好的应用。