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医用口罩用于保护鼻腔、口腔和呼吸道，防止传染疾病，是医疗卫生常见用品，特别是在流行传染病爆发时，更加显示它的作用。某医用口罩生产公司原有数台口罩耳带熔接机，原控制系统效率低，不稳定。为此笔者为其开发了一套控制系统，提高了生产效率，达到了满意的生产效果。1　口罩耳带熔接机机械系统医用口罩由口罩本体(盖于口鼻之前的矩形部分)、口罩耳边(口罩本体两侧的宽边)和在耳朵后挂的耳带组成。口罩耳带熔接机是用于将口罩本体和耳戴、耳边进行融合，生产出口罩成品的自动化设备。机械部分包括：机部分和后传送带部分。主机部分是主要部分，口罩生产的大部分动作都在主机上完成。主机部分包括机身、伺服电机、同步带和同步带轮、链轮和链条，支承轴和多个气缸。伺服电机固定在机身上，轴头装有小同步带轮，大同步带轮安装在固定轴上，链轮和大同步带轮同轴。链轮链条啮合。链条上装有口罩托板。这样伺服电机通过同步带轮和链轮链条带动口罩托板运动。每完成一个动作循环，伺服电机转一圈，口罩托板向前移动一个工位。主机部分主要完成四大动作：带熔接、口罩压固、耳边熔接、集料。耳带熔接是将口罩本体和耳带熔接在一起的过程。口罩压固是指在传送带运动过程中压住口罩，一个竖置的气缸活塞杆伸出，压住口罩，保证口罩在运动的过程中不错位。耳边熔接后进行融合。集料是指集料气缸活塞杆伸出将口罩本体压到后传送带上。后传送带部分负责口罩的分装和传送。2　PLC控制系统设计2.1　工艺流程分析口罩耳带熔接机属于典型的自动控制机，所有动作按照传送带的节拍循环往复运行。在一个周期内，传送带先动作，传送带转动到位后，主机上各部分执行部件同时动作，耳带熔接气缸下压，压住耳带后，超声波熔接，将耳带和本体粘合在一起，熔接同时，耳边切断气缸动作，将耳带切断耳带熔接气缸上抬，左右回转气缸夹着耳带旋转，为下次动作做准备；带熔接和耳边熔接动作类似，只是不用回转气缸和耳边切断。集料缸只负责将生产好的口罩一个一个下压，使口罩叠成一摞，计数器计数，达到指定好的数量时，后传送带运动一定距离，重新叠口罩。口罩压固气缸负责在传送带运动过程中，压住口罩。传送带运动时，口罩压固气缸伸出，压住口罩本体，口罩压固气缸收缩，水平气缸将口罩压固气缸退至下一个托盘，然后，口罩压固气缸伸出压住下一个口罩，一个循环完毕。如图1。图1　自动生产工艺流程图2.2　控制系统总体设计为了保证口罩耳带熔接机控制系统的可靠性，采用PLC控制系统，选用西门子PLC。根据I/O及电器元件，采用CPU和扩展模块EM。主电机使用安川伺服电机。伺服电机采用位置控制模式。用PLC向伺服电机驱动器发送脉冲和旋转方向控制信号。在生产过程中，熔接时间因熔接材料和周围环境而异，熔接时间按需要可调，在电气设计时增加了两个时间继电器，需要熔接时，继电器线圈得电，常开触点吸合，开始熔接，达到设定时间，时间继电器常开触点断开熔接结束。在生产过程中还需要将一定数量的成品口罩叠成一摞。在电气设计中，使用一个计数器，记录一摞中口罩的数量。当口罩的数量达到设定值时，给PLC发信号，PLC控制后传送带旋转一定角度，将口罩移开。计数器清零，重新计数。同时增加一个总计数器，记录生产口罩的总数量。2.3程序编制程序的编制主要依据生产工艺和使用者的要求。设备要求可以手动和自动运行。并且要求上电自动复位。在编制程序时,有初始化子程序,完成初始化,实现上电自动复位功能。程序中有电机停转中断程序,调用此中断程序,使PLC停发脉冲,电机停止转动。在主程序中,有手动程序和自动程序。手动程序中输入时各转换开关,输出是各执行气缸;动程序按照生产工艺编写。以下程序为主电机转动的程序代码:LD手动自动运行:I0.0LD主电机回转到位:I1.5A耳带熔接上到位:I0.3A左耳带回转到位:I0.5A右耳带回转到位:I0.6A口罩压固下到位:I1.6A口罩送夹具前到位:I1.2A耳带熔接上到位:I0.3AN集料缸向下运动:Q2.7AN耳带退料向下:Q2.3AN左右耳带切断后缩:Q2.4A耳边熔接切断上到位:I2.0ANM7.4LDM2.1AM3.2AM1.3AM1.2OLDALDAN运动条件:M3.6LPSMOVB16#85,SMB67MOVW+38,SMW68MOVD+,SMD72ATCH主电机停转2:INT0,19PLS0SM6.6,1A口罩压固下到位:I1.6SI口罩送夹具允许后缩:Q3.1,1TONT,+1LPPSM7.6,12.4系统调试2.4.1伺服电机的调试伺服电机是主传动部件。如图2。图2　位置控制时的框图伺服单元系统有三个反馈统系构成(位置环、速度环、电流环)构成,越是内侧的环越需要提高其响应性。伺服电机的调试主要是对伺服电机驱动器参数的设置。系统要求电机有较快的响应性和快速稳定性。安川驱动器可以采用自动协调方式,但是由于在口罩耳带熔接机中没有达到理想的效果,后采用手动协调方式。在手动协调过程中,首先确定惯量比,即负载转动惯量和伺服电机转动惯量的比值。然后确定速度环增益,速度环时间积分参数,位置环增益。增益值越大,响应越快,但当增益值过大时,对外界干扰反应灵敏。停止时会有振动。提高速度积分时间常数可以减少加减速时的超调;少速度积分时间常数可以改善旋转不稳定。在调试过程中,逐步增大增益值直到电机可以准确定位(不超程),并且不振动。在减速、低速电机运行不匀时,将速度换积分时间慢慢变小,直到电机开始振动,此时记录开始振动的数值,并将该数据加上一定的数值。经过反复调试,伺服电机具有较快的转动速度和较高的制动能力,运行平稳，达到生产要求。2.4.2气动部分的调试气动部分完成动作的主要执行部件。气动部分有一个单作用气缸,其它为双作用气缸。开始使用时出现一个问题,当其它气缸迅速运动时,单作用气缸会在电磁阀没动作时进行运动,即所谓的串气问题。以下为此问题的原因及解决办法。气路改造前后如图3所示。图3　气路改造示意图设管路中压力P,气缸A中压力为Pa,气缸B中压力为Pb,则P=Pa+Pb,当气缸A的活塞快速运动时,气缸A中的压力会迅速变化,因为P,Pa,Pb气体相通,所以引起Pb气压的变化,使气缸B也会动作。为解决上述问题,笔者在A,B气缸之间加了一个减压阀。减小气缸A内气压变化对气缸B的影响。3　结束语经过设备的调试和使用,机械设备运行稳定可靠,效率较高。生产37个/min口罩,连车运转,可生产个/h口罩以上,提高了产品的质量,降低了工人的劳动强度,达到了满意的生产效果。

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