醫用口罩用於保護鼻腔 、口腔和呼吸道 ， 防止傳染疾病 ， 是醫療衛生常見用品 ，特別是在流行傳染病爆發時 ， 更加顯示它的作用 。 某醫用口罩生產公司原有數臺口罩耳帶熔接機 ， 原控制系統效率低 ， 不穩定 。 為此筆者為其開發了一套控制系統，提高了生產效率 ， 達到了滿意的生產效果 。
1 口罩耳帶熔接機機械系統
醫用口罩由口罩本體(蓋於口鼻之前的矩形部分)、口罩耳邊(口罩本體兩側的寬邊)和在耳朵後掛的耳帶組成 。口罩耳帶熔接機是用於將口罩本體和耳戴 、耳邊進行融合 ， 生產出口罩成品的自動化設備 。
機械部分包括 ： 機部分和後傳送帶部分 。主機部分是主要部分 ， 口罩生產的大部分動作都在主機上完成 。主機部分包括機身 、伺服電機 、同步帶和同步帶輪 、鏈輪和鏈條 ， 支承軸和多個氣缸 。 伺服電機固定在機身上 ， 軸頭裝有小同步帶輪 ， 大同步帶輪安裝在固定軸上 ， 鏈輪和大同步帶輪同軸 。 鏈輪鏈條嚙合 。 鏈條上裝有口罩託板 。 這樣伺服電機通過同步帶輪和鏈輪鏈條帶動口罩託板運動 。 每完成一個動作循環 ， 伺服電機轉一圈 ， 口罩託板向前移動一個工位 。 主機部分主要完成四大動作 ： 帶熔接 、口罩壓固 、耳邊熔接 、集料 。 耳帶熔接是將口罩本體和耳帶熔接在一起的過程 。 口罩壓固是指在傳送帶運動過程中壓住口罩 ，一個豎置的氣缸活塞杆 伸出 ， 壓住口罩 ， 保證口罩在運動的過程中不錯位 。 耳邊熔接後進行融合 。集料是指集料氣缸活塞杆伸出將口罩本體壓到後傳送帶上 。 後傳送帶部分負責口罩的分裝和傳送 。
2 P LC 控制系統設計
2 .1 工藝流程分析
口罩耳帶熔接機屬於典型的自動控制機 ， 所有動作按照傳送帶的節拍循環往復運行 。在一個周期內 ， 傳送帶先動作 ， 傳送帶轉動到位後 ， 主機上各部分執行部件同時動作 ， 耳帶熔接氣缸下壓 ，壓住耳帶後 ， 超聲波熔接 ， 將耳帶和本體粘合在一起 ， 熔接同時 ， 耳邊切斷氣缸動作 ， 將耳帶切斷耳帶熔接氣缸上抬 ， 左右迴轉氣缸夾著耳帶旋轉 ， 為下次動作做準備 ； 帶熔接和耳邊熔接動作類似 ，只是不用迴轉氣缸和耳邊切斷 。集料缸只負責將生產好的口罩一個一個下壓 ， 使口罩疊成一摞 ， 計數器計數 ， 達到指定好的數量時 ， 後傳送帶運動一定距離 ， 重新疊口罩 。 口罩壓固氣缸負責在傳送帶運動過程中 ， 壓住口罩 。傳送帶運動時 ， 口罩壓固氣缸伸出 ， 壓住口罩本體 ， 口罩壓固氣缸收縮 ，水平氣缸將口罩壓固氣缸退至下一個託盤 ， 然後 ，口罩壓固氣缸伸出壓住下一個口罩 ， 一個循環完畢 。 如圖 1 。
圖 1 自動生產工藝流程圖
2 .2 控制系統總體設計
為了保證 口罩耳帶熔接機 控制系統 的可靠性 ， 採用 P LC 控制系統 ， 選用西門子 P LC 。根據 I/ O 及電器元件 ， 採用 CP U226 和擴展模塊 EM 235 。 主電機使 用安川伺服電 機 。 伺服電機採用位置控制模式 。用 P LC 向伺服電機驅動器發送脈衝和旋轉方向控制信號 。在生產過程中 ， 熔接時間因熔接材料和周圍環境而異 ， 熔接時間按需要可調 ， 在電氣設計時增加了兩個時間繼電器 ， 需要熔接時 ， 繼電器線圈得電 ， 常開觸點吸合 ， 開始熔接 ， 達到設定時間 ， 時間繼電器常開觸點斷開 熔接結束 。在生產過程中還需要將一定數量的成品口罩疊成一摞 。在電氣設計中 ， 使用一個計數器 ， 記錄一摞中口罩的數量 。 當口罩的數量 達到設定值時 ， 給 PL C 發信號 ， P LC 控制後傳送帶旋轉一定角度 ， 將口罩移開 。 計數器清零 ， 重新計數 。 同時增加一個總計數器 ， 記錄生產口罩的總數量 。
2.3程序編制
程序的編制主要依據生產工藝和使用者的要求 。 設備要求可以手動和自動運行 。並且要求上電自動復位 。在編製程序時 , 有初始化子程序 , 完成初始化 , 實現上電自動復位功能 。程序中有電機停轉中斷程序 , 調用此中斷程序 , 使 P LC 停發脈衝 , 電機停止轉動 。 在主程序中 , 有手動程序和自動程序 。 手動程序中輸入時各轉換開關 , 輸出是各執行氣缸 ; 動程序按照生產工藝編寫 。
以下程序為主電機轉動的程序代碼 :
LD 手動 自動運行:I0 .0
LD 主電機迴轉到位:I1 .5
A 耳帶熔接上到位:I0 .3
A 左耳帶迴轉到位:I0 .5
A 右耳帶迴轉到位:I0 .6
A 口罩壓固下到位:I1 .6
A 口罩送夾具前到位:I1 .2
A 耳帶熔接上到位:I0 .3
AN 集料缸向下運動:Q2 .7
AN 耳帶退料向下:Q2 .3
AN 左右耳帶切斷後縮:Q2 .4
A 耳邊熔接切斷上到位:I2 .0
AN M 7 .4
LD M2 .1
A M3 .2
A M1 .3
A M1 .2
O LD
ALD
AN 運動條件:M3 .6
LPS
MOVB 16 #85 , SMB67
MOVW +38 , SMW68
MOVD +33000 , SMD72
ATCH 主電機停轉2 :INT0 , 19
PLS 0
S M6 .6 , 1
A 口罩壓固下到位:I1 .6
S I 口罩送夾具允許後縮:Q3 .1 , 1
TON T104 , +1
LPP
S M7 .6 , 1
2.4系統調試
2.4.1伺服電機的調試
伺服電機是主傳動部件 。 如圖 2 。
圖 2 位置控制時的 框圖
伺服單元系統有三個反饋統系構成(位置環 、速度環 、電流環)構成 , 越是內側的環越需要提高其響應性 。伺服電機的調試主要是對伺服電機驅動器參數的設置 。系統要求電機有較快的響應性和快速穩定性 。 安川驅動器可以採用自動協調方式 , 但是由於在口罩耳帶熔 接機中沒有達 到理想的效果 , 後採用手動協調方式 。在手動協調過程中 , 首先確定慣量比 , 即負載轉動慣量和伺服電機轉動慣量的比值 。 然後確定速度環增益 , 速度環時間積分參數 , 位置環增益 。增益值越大 , 響應越快 ,但當增益值過大時 , 對外界幹擾反應靈敏 。停止時會有振動 。 提高速度積分時間常數可以減少加減速時的超調 ; 少速度積分時間常數可以改善旋轉不穩定 。在調試過程中 , 逐步增大增益值直到電機可以準確定位(不超程),並且不振動 。在減速 、低速電機運行不勻時 , 將速度換積分時間慢慢變小 , 直到電機開始振動 , 此時記錄開始振動的數值 , 並將該數據加上一定的數值 。 經過反覆調試 , 伺服電機具有較快的轉動速度和較高的制動能力 , 運行平穩，達到生產要求。
2.4.2氣動部分的調試
氣動部分完成動作的主要執行部件 。氣動部分有一個單作用氣缸 , 其它為雙作用氣缸 。開始使用時出現一個問題 , 當其它氣缸迅速運動時 , 單作用氣缸會在電磁閥沒動作時進行運動 , 即所謂的串氣 問題 。 以下 為此問題的原 因及解決辦法 。 氣路改造前後如圖 3 所示 。
圖 3 氣路改造示意圖
設管路中壓力 P , 氣缸 A 中壓力為 Pa , 氣缸B 中壓力為 P b , 則 P =Pa +Pb , 當氣缸 A 的活塞快速運動時 , 氣缸 A 中的壓力會 迅速變化 , 因為P , P a , Pb 氣體相通 , 所以引起 Pb 氣壓的變化 , 使氣缸 B 也會動作 。 為解決上述問題 , 筆者在 A , B氣缸之間加了一個減壓閥 。 減小氣缸 A 內氣壓變化對氣缸 B 的影響 。
3 結束語
經過設備的調試和使用 , 機械設備運行穩定可靠 , 效率 較高 。 生產 37 個/m in 口罩 , 連 車運轉 , 可生產 2100 個/ h 口罩以上 , 提高了產品的質量 , 降低了工人的勞動強度 , 達到了滿意的生產效果 。