关键词：皮子系统、馅子系统、切刀系统、模印系统、排列系统
摘要： 本文介绍了汇川技术触摸屏、PLC、伺服和变频器全系列产品在数控高速立式月饼机上的成功应用，通过优异的矢量控制变频器保证皮子和馅子准确定量地挤出，通过完善地PLC控制程序保证切刀开合角度的准确控制、保证月饼压制成型和进行多样化的图案排列，与原系统比较，在易用性上大为提升，并且降低成本。
前言
月饼是汉族人民喜爱的传统节日特色食品，月圆饼也圆，又是合家分吃，象征着团圆和睦，在中秋节这一天是必食之品。古代月饼被作为祭品于中秋节所食。据说中秋节吃月饼的习俗于唐朝开始。北宋之时，该种饼被称为“宫饼”，在宫廷内流行，但也流传到民间，当时俗称“小饼”和“月团”。发展至明朝则成为全民共同的饮食习俗。时至今日，品种更加繁多，风味因地各异。其中京式、苏式、广式、潮式等月饼广为我国南北各地的人们所喜食。
图1月饼
以前月饼的生产主要靠手工制作、效率低和产品质量参差不齐；目前人力成本逐年升高，食品安全的要求越来越高，机器代替手工成为了一种不可阻挡的趋势，因此数控高速立式月饼机应运而生。
数控高速立式月饼机介绍
数控立式高速月饼机集三个单机（包馅机、成型机、排列机）上、中、下、立式紧凑排列为一体，无需传输带装置。
图2数控高速立式月饼机
1.包馅机包括皮子系统和馅子系统。皮子和馅子电机通过减速比为60的减速机带动双螺杆转动，从而挤出皮子和馅子。
图3 皮子系统、馅子系统
为了保证月饼重量、体积均匀，要求挤出双螺杆速度波动小。MD380为汇川高性能矢量变频器，在开环矢量控制方式下，可以获得优异的控制性能，其稳速精度可达0.5%，满足皮子和馅子挤出的要求。
2.成型机包括切刀系统和模印系统。切刀电机通过减速比为20减速机带动曲轴连杆，使切刀做开合运动。切刀每次开合，在轴承底部安装的接近开关便感应一次。
月饼机生产要求为60个/分，故接近开关感应60次/分。
月饼机生产工艺要求切刀要实现以下几个位置的定位：
（1）切刀回零（切刀开口张开最大）
（2）切刀闭合（切刀开口完全闭合）
切刀功能丰富，具有点动、微动、切刀回零、重大产品等功能。
图4 切刀系统
模印系统为数控高速立式月饼机的关键部件，模印系统的运动可分解为：
图5 模印系统
图6 模印系统运动流程图
排列机可以进行两种运动，分别为整齐排列和交错排列，并且适应四头的月饼机。
排列机功能灵活，在排列过程中，如果发现位置有偏差，可以在线进行修正。
图7排列机
图8排列机运动流程图
图9月饼排列图案
数控高速立式月饼机汇川解决方案
1、系统配置
图10系统配置图
2、PLC端子定义
3、切刀定位
切刀采用变频器控制，但是要求定位，故切刀的准确定位为本方案的难点之一。
图12切刀运动轨迹
图13切刀PLC程序
图14切刀触摸屏画面
当切刀回零或重大产品功能有效时，切刀首先以正常运行速度运行，到达X6下降沿时，切换到“回归速度”运行“回零高速距离”后，再切换到爬行速度运行，到达X6的上升沿后，根据定位角度需要延时运行一段时间。
4、特色功能——在线修正排列机位置偏差
图15在线修正排列机位置偏差
排列机在确定起点位置时，有可能最初确定的起点位置有偏差，需要在运行时进行修正，汇川PLC控制程序具备这个功能。
6、特色功能——托盘自适应切刀动作
图16月饼机（左）汤圆机（右）
月饼机的模印装置更换成汤圆机的搓圆装置，就可以生产汤圆了。
生产汤圆时，排列机跟随着切刀动作，当切刀停止，排列机亦停止。但是当切刀动作快于排列机时，当按下“停止”开关，两者同时停止，则搓圆装置内存留的汤圆则会堆积在排列机的同一位置。
图17托盘自适应切刀动作PLC程序
分别记录切刀动作次数、排列机动作次数，当按下“停止”开关后，求取切刀和排列机动作的差值，然后让排列机按照一定的规律继续走完少走的位置。
客户原先方案
原系统包括皮子、馅子和切刀等全套均采用三菱伺服驱动，成本极高；
模印系统和排列系统均跟随切刀动作，模印系统和排列系统在时序上的匹配调试麻烦；
在线修正排列机位置偏差时，排列机易出现崩溃；
当切刀快于排列机动作时，按下“停止”开关，汤圆出现堆积现象。
汇川方案优势
（1） 皮子、馅子和切刀采用变频器驱动，满足应用要求且大大降低成本；
（2） 模印系统跟随切刀动作，排列系统跟随模印动作，从而形成切刀动作——>模印动作——>排列动作的链式关系，调试方便，易用性上得到大大提升；
（3） 当排列机位置有偏差时，可以在运行过程中在线修正位置偏差；
（4） 当切刀动作快于排列机动作时，排列机自适应切刀动作，避免停机时产生汤圆堆积现象；
（5） 系统集成，全系列汇川产品兼容性好，故障率降低。
参考文献
H2U系列可编程序逻辑控制器用户手册
H1U/H2U系列可编程控制器指令及编程手册 V2.0
IS500伺服驱动器用户手册V1.3
MD380矢量型变频器用户手册V2.0
