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1.概述
铝塑包装机械作为包装设备的一种主要机型，具有安全高效，自动化程度高和生产效率高的优点，在医药包装和食品包装行业有非常广泛的应用，有非常广阔的市场前景。
以前的铝塑包装机械控制系统采用单变频控制，设备的铝塑部分和包装部分采用机械硬连接，通过复杂的齿轮、联杆传动。存在机械加工复杂、精度要求高，安装调试繁琐，机构耦合误差大，生产周期长等的明显缺点。
针对原单变频器控制系统的缺点，本控制系统采用开放式的双变频控制方式，通过变频器分别对铝塑部分和包装部分进行调速，通过编码器反馈的信号进行速度整定，保证整机的同步协调工作，实现jingque控制。施奈德系列产品在此方面表现了良好的性能。下面介绍应用中的实例及具体实现方法。
2. 系统描述
1）工艺
全自动铝塑包装机主要有铝塑部分和包装部分构成，结构示意图如下：
铝塑包装机由铝塑机和包装机两部分构成。主要完成以下工作：底模送料、加热、产品加料、铝塑版剪切、包装机步进电机送料、不良品捡出、说明书的进给、以及终产品的包装。针对原单变频器控制系统的缺点，本控制系统采用开放式的双变频控制方式
2）控制系统分析：
铝塑机控制系统的解决方案分析：
本控制系统的核心内容是保证整机协调、同步动作。
整机工作以铝塑机的动作为基准，在触摸屏上设定主机的工作速度，铝塑电机按照设定速度工作。铝塑机主轴旋转一周为一个工作周期，PLC采集主轴上的编码器同步控制信号，控制底模气缸、剪切气缸、送料气缸在设定的角度和主轴同步工作。
铝塑机主轴工作一周，包装机主轴需要工作两周进行包装。步进送料电机工作两次。包装机以包装机的主轴动作为基准，采集包装机主轴上的增量编码器信号，控制平推气缸1、平推气缸2的工作。
控制重点是整合两台电机的同步工作：PLC采集铝塑机和包装机主轴编码器的信号，以铝塑机的动作为基准，采用手工编写的PID整定算法，通过PLC的模拟量输出控制包装机的速度。整定两个编码器的差值，实现同步动作。
铝塑底模4路加热温度的控制。
铝塑底模需要进行加热软化至设定温度，底模气缸冲压成型。物料填充后进行成型剪切、热封。本机需要控制3路温度：模具上加热温度、模具下加热温度、热封温度。通过TWDALM3LT模拟量混合模块采集温度信号，PLC进行PID运算jingque控制底模温度。
利用光电检测元件，检测不良品，在后续工序停止说明书的进给，自动剔除不良品。
铝塑包装过程中，飞达进给说明书以及包装盒的包装是一自动的过程。光电检测元件如果检测出不良品，利用PLC的寄存器移位功能，停止该物料对应的飞达及包装动作，剔除该不良品。
3）功能的实现：
控制系统采用全系列施奈德系列产品,主机Twido可编程控制器：TWDLCAA40DRF、温度输入、模拟量输出混合模块TWDALM3LT、ATV31变频器、HMI触摸屏等。
施耐德TWDLCAA40DRF控制器，内置2路20KHz的高速计数和1路高速脉冲输出功能，有强大的数据浮点运算能力，在同步运动控制方面表现了良好的性能。内置14路PID功能方便进行温度加热控制。
针对铝塑包装机的控制要求和工艺要求分析，控制系统实现以下功能:
PLC需要采集两路编码器高速脉冲信号，控制铝塑机、包装机的动作同步。
根据编码器的同步信号发送1路高速脉冲信号（PLS），触发送料步进电机同步工作。
采集3路PT100温度信号，经过TWIDO的PID运算控制底模温度。
两路模拟量输出信号，控制铝塑电机变频器、包装电机变频器。
贴面机控制系统结构图如下：
施耐德TWDLCAA40DRF控制器，内置2路20KHz的高速计数和1路高速脉冲输出功能，有强大的数据浮点运算能力，在同步运动控制方面表现了良好的性能。内置14路PID功能方便进行温度加热控制。
1.感应同步器：
感应同步器根据用途不同和结构特点分成直线式和旋转式(圆盘式)两大类，直线式由定尺和滑尺组成，旋转式由定子和转子组成，前者用以测量工作机构的直线位移，后者用以测量旋转角度。
图所示为直线感应同步器结构。定尺和滑尺由一系列开口线圈串联而成，其中一尺产生分布的交变磁场，另一尺则作为读出装置。由图可见，当两个线圈的轴线重合时，读出的信号尽大；而当两个线圈的轴线错开时τ／2，输出为零。同理，当滑尺继续移动τ／2时，输出信号大，但相位
2.值脉冲编码器：
值编码器通过读取编码盘上的图案来表示轴的位置。它由一组二元信号(“0”和“1”)按一定规律组成代码，每一个代码对应于编码器的一个确定位置。
编码器由编码模具和读码装置两部分组成。编码模具由若干个二进制码元按一定编码规律组成。图表示一个二进制编码的码盘，其中4个码道分别相应于二进制的20、21、22和23各位，阴影部分表示为“1”，而空白部分表示为零，共16个代码。读码装置是多种多样的，依编码模具的二元信号形成原理而定。例如，以导电一不导电作为“1”和“0”，读码装置就需要采用电刷，而当以透光一不透光表示“1”和“0”时，读码装置相应地采用光电方法。
3.光删：
计量光栅是用于的精密检测元件，是闭环系统中另一种用得较多的测量装置，用作位移或转角的测量，测量精度可达几微米。
在玻璃的表面上制成透明与不透明间隔相等的线纹，称透射光栅；在金属的镜面上制成全反射与漫反射间隔相等的线纹，称反射光栅，也可以把线纹做成具有一定衍射角度的定向光栅。
计量光栅分为长光栅(测量直线位移)和圆光栅(测量角位移)，而每一种又根据其用途和材质的不同分为多种。
栅位置检测装置由光源、长光栅(标尺光栅)、短光栅(指示光栅)和光电元件等组成，如图所示。根据光栅的工作原理分透射直线式和莫尔条纹式光栅两类。
步进的驱动电路实际上是一种脉冲放大电路，使脉冲具有一定的功率驱动能力。由于功率放大器的输出直接驱动电动机绕组，功率放大电路的性能对步进电动机的运行性能影响很大。对驱动电路要求的核心问题则是如何提高步进电动机的快速性和平稳性。目前，国内经济型步进电动机驱动电路主要有以下几种:
1.单电压限流型驱动电路
图所示是步进电动机一相的驱动电路，l是电动机绕组，晶体管vt可以认为是一个无触点开关，它的理想工作状态应使电流流过绕组l的波形尽可能接近矩形波。由于电感线圈中的电流指数规律上升，其时间常数，须经过的时间后才能达到稳态电流。由于步进电动机绕组本身的电阻很小，时间常数很大，从而严重影响电动机的启动频率。为了减小时间常数，在励磁绕组中串以电阻r，这样时间常数就大大减小，缩短了绕组中电流上升的过度过程，从而提高了工作速度。在电阻r两端并联c，是由于电容上的电压不能突变，在绕组由截止到导通的瞬间，电压全部降落在绕组上，使电流上升更快，电容c又称为加速电容。
v在晶体管vt截止时起续流和保护作用，以防止晶体管截止瞬间绕组产生的反电势造成管子击穿，串联电阻rd使电流下降更快，从而使绕组电流波形后沿变陡。
这种电路的缺点是r上有功率消耗。为了提高快速性，需加大r的阻值，随着阻值的加大，电源电压也势必提高，功率消耗也加大，正因为这样，单电压限流型驱动电路的使用受到了限制。
2.高低压切换型驱动电路
优点：功耗小，启动力矩大，突跳频率和工作频率高。
缺点：大功率管的数量要多用一倍，增加了驱动电源。
高低压切换型驱动电路的后一级如图(a)所示，相应的电压电流波形图如图(b)所示。这种电路中采用高压和低压两种电压供电，一般高压大于60v，低压为5~20v。v1在vt1和vt2都截止时通过电源和v2为电机绕组提供放电回路。在t1-t2时间内。vt1和vt2均饱和导通，＋80v的高压电源经过vt1和vt2管加到步进电动机的绕组上，使其电流迅速上升，当时间到达t2时，或电流上升到某一数值时，ub2变为低电平，vt2截止，电动机绕组的电流由+12v电源经过vt1管来维持，此时，电流下降到电动机的额定电流，直到t3时ub1也为低电平，vt1管截止，电动机绕组电流下降到0。一般电压ub1由脉冲分配经过几级放大获得，电压ub2由单稳定时或定流装置再经脉冲变压器获得。
3.pwm 型驱动电路
恒频脉宽调制功放电路基本上是把斩波恒流和斩波平滑功放电路的特点集于一身，功能更好。
v1是20khz的方波，它作为各相d触发器的时钟信号cp，以保证各相以同样的频率进行斩波。
v2是步进控制信号。
vref是比较器op的正输入端信号，它用于确定电机绕组电流il 的稳定值。
恒频脉宽调制功率放大电路不但有较好高频特性，有效地减少了的噪声，还降低了功耗。体积也可以减少。由于斩波的频率较高，对功放管的要求也稍高。而这种电路的低频振荡也较高
1. 引言
施耐德公司的TWIDO系列小型PLC和文本显示器（TSX08H04M），具有使用方便、性能可靠、价格相对较低的特点。其内置的Modbus通讯协议特别适用于目前的制泵行业电控系统中（包括潜水泵、污水泵、离心泵等）。由于它的介入，可使制泵行业控制系统全面升级，在基本不增加生产成本的前提下，实现系统的通讯化。
2. 系统概述
在制泵行业目前情况是大量使用ABB 400系列变频器，除了TWIDO 之外的其它品牌PLC都无法方便与其进行通讯（不增加任何转化卡的情况下），欲修改变频器参数，必须直接对变频器进行操作，而一般用户缺乏一定的变频器基础知识，结果造成一些制泵厂在做恒压供水控制系统时，为了使用户在应用过程中操作方便，增加了一只富士表PWX5（由温控器改制而成）来进行上下限压力设定、PID设定及其它设定作用。由于富士表中PID更适合于温控系统中，结果使整个系统的效果不尽人意。而变频器中性能优良的PID又没有被利用，系统在无通讯的状况下难以实现实时监控。
运用TWIDO PLC及相应的文本显示器TSX08H04M就能轻而易举的对一些品牌的变频器、软起动器进行实时通讯（如：施耐德公司ATV31、ATV71、ATV68、ATS46系列，ABB公司ACS400、600系列），用户只需在HMI上进行操作，就能方便的对变频器内所有参数（可读写参数）进行修改和显示（不必去直接操作变频器、软起动器）如：电机参数设定、压力量程范围、给定压力设定、变频器内部PID值、变频器启动及停止斜率、故障报警、多台泵的切换时间设定、压力反馈值显示、电机运行参数值显示及棒状图趋势图显示等等。
本系统与传统的恒压供水系统大的差别在于，对水压的控制是在比较了管道压力及变频器工作频率之后，对水泵运行状态做出修正。而传统的系统只比较压力或频率中的一个参数。以上这些功能的实现对于制泵行业可以说是一次控制系统的全面升级，从原来的独立单元（变频器、PLC无通讯联系）升级成具有通讯功能的控制系统。在如今竞争激烈的市场中，推出一款全新的、性能优良的具有竞争力的产品（在基本不增加生产成本的前提下）一定能争取到更多的市场份额。
3. PLC与变频器通信
TWIDO PLC 及文本显示器TSX08H04M与施耐德公司ATV31变频器、ABB公司ACS400变频器通讯原理介绍：
(1) ATV31变频器：（详细说明请参考《TWIDO PLC与ATV31变频器通讯指南》文档）
HMI------文本显示器（4行显示或2行显示）
PLC------双通讯口可编程控制器（TWDLCAA40DRF）
ATV31---施耐德变频器
恒压供水系统工作原理如图所示：
(2) ACS 400 变频器
ACS400可以通过标准Modbus总线与Twido PLC进行通讯。ACS400的控制信号可以全部来自Modbus串行通讯，也可部分来自通讯，另一部分来自其他的控制通道，比如AI/DI端子或控制盘。
根据制泵行业的不同需求,现我们以恒压供水一拖二为例，来说明ACS400与Twido PLC是如何进行通讯的，以及如何进行参数的读写。
要求： ① 通过HMI文本显示器可以对ACS400的部分等数进行设定和观察（压力设定、马达参数、PID参数、运行过程监控等）。
② ACS400上的压力设定值需通过RS485通讯口得到。
③ 压力反馈信号可以为0—10V或4—20mA。
④ ACS400变频器的控制方式采用端子控制公式。
步骤一：
参考ACS400变频器用户手册P51页PID控制接线图（压力给定值AI1不接）。
步骤二：
Twido PLC扩展端口与ACS400的连接图。
注：连接距离：大200米（直接连接）或1000米（加中继器）多点连接，多接18台变频器。
步骤三：Twido PLC通讯端口设置：
编程端口：协议类型：Modbus ，地址为1，通信速率9600，1位停止位，偶校验，通信模式RTU（注意具体参数设置只要和文本屏一致即可）。
扩展端口：协议类型：Modbus ，地址为1，通信速率9600，1位停止位，偶校验，通信模式RTU（注意具体参数设置只要和变频器一致即可）。
步骤四：ACS400通讯参数设置：
5005 STD Modbus
5006 STD Modbus
5201 1 (站号，若只有壹台变频器，默认值)
5202 9600
5203 1 （偶校验）
注：至此，若ACS400与Twido PLC通电，则Twido PLC上的com指示灯应处于通讯状态，说明两者间通讯正常。
步骤五： 将ACS400设置为PID宏控制方式。(9902=6)
PID控制参数值参考P51
其中1103设置为com，1106设置为com
目的：使EXT REF1通过RS485口由PLC设定（压力设定值）
步骤六：HMI文本显示器画面编辑（略）
Twido PLC通讯编程举例（该程序同Twido PLC和ATV28通讯编程的程序基本相同。区别在于对于ACS400的地址的写法采用“减1方式”。即（ACS400的地址数减1）就是Twido PLC对应的地址。）
例：压力设定值编程举例：
① ACS400的压力设定值地址为0119=>Twido PLC输入“0118”地址
4. 小结
目前随着人民生活的提高，对水质的要求越来越高，取消高楼水箱对水的二次污染已成为大势所趋，而以前的恒压供水系统操作较为复杂，系统的参数调整必须直接对变频器进行操作，若没有相应的技术支持，用户难以对系统进行修改，须依赖制造商。当采用了施耐德的文本显示器HMI、双通讯口TWIDO PLC及相应的变频器，整个系统即成为一个非常易操作的系统，无论对变频器修改参数还是对系统压力重新设定，只需在文本显示器（全中文采单）上进行操作即可。
上述系统的实现，主要依赖于施耐德小型PLC TWIDO具有非常优良的通讯功能。加上其相当适中的销售价格使得其在制泵行业、恒压供水系统中得以迅速推广应用。