文│朱贤兵（山东凯捷信息技术有限公司）

一、课题研究背景

随着人民生活水平的提高，对生活质量的要求也越来越高，盐水鸭的传统生产方式已远不足以支撑我国庞大的内需。传统的盐水鸭生产劳动强度大，生产效率低，且易发生危险事件，每只盐水鸭的质量与口感难以得到保障。使用智能化生产后，可通过人机交互实现车间内盐水鸭的实时监控，不仅降低员工的工作强度，同时生产出来盐水鸭的质量与口感均衡且有保障。采用自动化后，原本需要大规模员工进行二班倒艰苦劳作，现在只需少量技术操作员工对系统进行数据处理和简单的操作。

二、系统总体概述

论文设计的基于伺服电机的盐水鸭生产线自动控制系统，由西门子S7-1200PLC、汇川的伺服驱动器和伺服电机、施耐德的触摸屏以及华为的路由器组成。设计定制化PLC程序组态PID控制锅水温度，在传感器、控制气爪的气缸、加热的启动角阀和曝气的单控电磁阀的协调配合下控制四台伺服电机完成盐水鸭生产线的一系列加工环节，如焯水、煮制、冷却以及输送等的工序（图1）。

◎图1 系统总体结构图

系统采用模拟量（热电阻传感器）输入模块，采集生产线的温度数据，上传至PLC。选用4台交流伺服驱动器和伺服电机，与PLC进行以太网通讯，执行PLC发出控制指令，精准的完成生产线上各个环节动作。另外还选用欧姆龙的3线制接近开关，用于气爪气缸的上下限位以及用于伺服Y轴上下的限位开关；欧姆龙的5线制NPN常开光电传感器，用于料架感应以及小车防翻感应。

三、伺服电机的应用

伺服控制系统由伺服电机及伺服驱动器两个设备构成。伺服电机把接收到的脉冲信号转化为电机轴上相应的角位移或者是线位移。与常规的步进系统相比，伺服控制系统是一个闭环控制系统，可以有效优化步进驱动器接收到的脉冲个数可能并不等于发送的脉冲个数、产生脉冲丢失的无闭环反馈问题，而伺服控制系统中伺服电机轴上带有编码器用于反馈脉冲信号，当反馈的脉冲信号个数和所发送的脉冲个数不等的时候，伺服控制系统会根据反馈回来的脉冲个数与所发脉冲个数的差值进行重新计算并且进行补偿，从而实现伺服电机的精确定位。

盐水鸭生产线涉及多个加工环节，如焯水、煮制、冷却、输送等的运动控制，前后环节的关联性较强，对自动化操作控制精准度要求高。系统采用伺服控制的位置控制模式，通过PLC编程给伺服控制器输入的脉冲信号驱动伺服电机转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，对生产线上操作台的速度和位移同时进行赋值驱动，有效提升生产线上每个环节动作的准确度。

四、自动控制系统

基于伺服电机的盐水鸭生产线自动控制系统，通过西门子S7-1200 PLC定制化程序控制伺服电机完成盐水鸭生产线的焯水、煮制、冷却、运输等的环节操作。伺服控制器采用位置模式控制伺服电机，执行煮制锅的间歇曝气和水冷池的风冷、传输台的冷却输送，完成焯水锅与煮制锅的料架运送，料架从料架平台起送后送往焯水锅焯水两次后，前往煮制锅水煮一定的时间后送往冷却台，输送料架至水冷池冷却后送往运输台输送等一系列工序作业。

系统采用PID双闭环控制实现1个焯水锅和8个煮制锅的恒温控制，热电阻传感器采集的生产线各环节的温度，经PLC模拟量输入模块将温度数值转换为数字输出，PLC的CPU将检测的温度与温度设定值循环比较，通过PLC的PID控制改变加热器的加热时间，从而实现对温度的闭环控制。

五、总结及展望

论文设计的基于伺服电机的盐水鸭生产线自动控制系统，通过以太网通信完成对西门子PLC、伺服驱动器及伺服电机、触摸屏、iPad等设备的组网，实现盐水鸭生产线的加工作业及恒温控制。系统对传统手工操控的盐水鸭生产线进行全自动化控制改造，食品质量安全得到保障，既提高生产效率、降低人工成本，还能更好控制加工工艺，管理人员手持iPad可远程监控生产线的运行状况。