PLC在小型立式自動包裝機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、PLC 在小型立式自動包裝機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用郭利霞,李秉玉(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子電氣工程系,湖北武漢430050摘要分析了小型立式自動包裝機(jī)的工作過程,提出了以PL C 為基礎(chǔ)的全自動包裝機(jī)控制系統(tǒng)的總體解決方案,闡述了PL C 控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),給出了PL C 的I/O 分配表及外及控制程序流程圖。關(guān)鍵詞包裝機(jī);可編程控制器(PL C ;控制系統(tǒng)中圖分類號TP23文獻(xiàn)標(biāo)志碼A 文章編號1671-8100(200704-0034-03收稿日期:2007-03-27作者簡介:郭利霞,女,講師,主要從事機(jī)電一體化方面的教學(xué)和科研工作?？刂葡到y(tǒng)是包裝機(jī)械的重要組成部分,它的作用在于對整個

2、自動工作循環(huán)進(jìn)行控制和協(xié)調(diào),包括:使各種包裝運(yùn)動按一定順序進(jìn)行;必要的壓力、溫度、時間、速度的調(diào)節(jié)及其控制;各種質(zhì)量檢測,自動安全保護(hù),自動計(jì)量、計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn);物料的供停,故障的自動報(bào)警等控制。常規(guī)控制系統(tǒng)有:機(jī)械式、氣(液動式和電控式等。其中電控式應(yīng)用最廣。早期的電控式控制系統(tǒng)主要采用繼電器接觸器電路和儀表控制方法,其控制水平較低,已難以適應(yīng)現(xiàn)代食品包裝的控制要求。現(xiàn)代的自動包裝機(jī)要求能完成多種物品的包裝,要求定位準(zhǔn)確,包裝速度高?；赑L C 和觸摸屏技術(shù)的全自動包裝機(jī)控制系統(tǒng),可以更好地滿足包裝生產(chǎn)的要求,提高生產(chǎn)效率。PL C 具有功能強(qiáng)、可編程、智能化等特點(diǎn),可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求編制程序

3、,直接對設(shè)備進(jìn)行控制。觸摸屏簡稱P T ,是專為PL C 應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種高科技人機(jī)界面產(chǎn)品,具有強(qiáng)大顯示和操作功能,對生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控。本文介紹了一種基于PL C 的全自動包裝機(jī)控制系統(tǒng),對控制系統(tǒng)中硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的介紹。1小型全自動包裝機(jī)的工作過程小型全自動袋包裝機(jī)具有制袋、充填、封口、日期打印、切斷袋膜、成品計(jì)數(shù)等功能,同時自動定量部分完成物料輸送、加料、計(jì)量及投料等工作。其工作過程是將包裝膜按照規(guī)定的供膜要求安裝好后,包裝膜由拉袋電機(jī)通過同步帶輪帶動兩組同步帶將薄膜帶動行進(jìn)。當(dāng)薄膜通過打印器時,可自動打印需要的生產(chǎn)日期。薄膜經(jīng)翻領(lǐng)成型器后,通過縱封器將薄膜制成袋筒,袋筒經(jīng)橫

4、封器進(jìn)行下橫封。物料通過料斗的料位檢測,控制系統(tǒng)自動控制上料機(jī)的啟停使料斗內(nèi)的物料保持一定的高度,形成穩(wěn)定的料壓,以保證計(jì)量精度的穩(wěn)定性。物料充填量杯后,超出杯口的物料由刮板刮平,當(dāng)物料視比重變化時,可通過旋轉(zhuǎn)計(jì)量調(diào)整機(jī)構(gòu)手輪改變量杯容積,達(dá)到計(jì)量精度要求。物料通過下料筒流入袋膜中進(jìn)行上橫封,下橫封,拉袋走紙工序完成后,裝有物料的袋膜通過自重,自動落入溜板輸出機(jī)外。2PL C 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)包裝機(jī)的工作過程是一個典型的順序控制,考慮到包裝機(jī)運(yùn)作復(fù)雜,傳感器多,干擾大,而PL C 具有可靠性高、控制功能強(qiáng)、編程方便等優(yōu)點(diǎn),選用可編程控制器作為其主控制器。選用人機(jī)界面作

5、為操作屏,通過觸摸屏上的菜單式應(yīng)用軟件對機(jī)器的各種參數(shù)進(jìn)行跟蹤調(diào)整。電子顯示屏顯示切袋長度、包裝速度、充填物的凈含量以及包裝產(chǎn)量等。標(biāo)準(zhǔn)的色標(biāo)跟蹤光電系統(tǒng)能保證包裝產(chǎn)品的印刷圖案正確。另外,機(jī)器可對工作過程進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷分析,一旦發(fā)生問題,自動停機(jī),并顯示故障原因及43工程技術(shù)武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)2007年第4期解決方法。基于我國目前立式袋成型機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)整機(jī)構(gòu)多,且包裝精度低,一般在±2%-3%之間,有的還在±3%以上。包裝速度低,機(jī)械式和一般伺服控制成型機(jī)耗電量大,封口不結(jié)實(shí),尤其是印有彩色圖案的商標(biāo)不能準(zhǔn)確到位,原因是包裝紙的實(shí)際運(yùn)動速度與預(yù)計(jì)的有誤

6、差,積累起來會使商標(biāo)位置發(fā)生變動。本系統(tǒng)選用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制,間歇式包裝機(jī)使用步進(jìn)電機(jī)供膜,可靠性將大大提高。以前的包裝膜供送多采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)間歇拉帶方式,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,調(diào)整困難,特別是當(dāng)需要更換產(chǎn)品時,不僅調(diào)節(jié)困難,而且包裝膜浪費(fèi)很多。采用步進(jìn)電機(jī)與拉帶滾輪直接連接拉帶,不僅結(jié)構(gòu)得到了簡化,而且調(diào)節(jié)極為方便,只要通過控制面板上的按鈕就可以實(shí)現(xiàn),這樣既節(jié)省了調(diào)節(jié)時間,又節(jié)約了包裝材料。在間歇式包裝機(jī)中,包裝材料的供送控制可以采用兩種模式:袋長控制模式和色標(biāo)控制模式。袋長控制模式適用于不帶色標(biāo)的包裝膜,通過預(yù)先設(shè)定步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)空比的設(shè)定通過觸摸屏就可以實(shí)現(xiàn)。色標(biāo)模式配備有光電開關(guān),光電開關(guān)檢測

7、色標(biāo)的位置,當(dāng)檢測到色標(biāo)時,發(fā)出控制開關(guān)信號,步進(jìn)電機(jī)接到信號后,停止轉(zhuǎn)動,延時一定時間后,再轉(zhuǎn)動供膜,周而復(fù)始,保證按照色標(biāo)的位置定長供膜?？刂葡到y(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示 。圖1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.2PLC 選型PL C 選型的基本原則是在滿足控制功能的前提下,保證系統(tǒng)工作可靠、維護(hù)使用方便及最佳的性能價格比。根據(jù)本機(jī)的控制要求,由于其工藝過程比較固定,環(huán)境條件較好,維修量較小,故選用整體式結(jié)構(gòu)的PL C 。對于本機(jī)的控制過程,主要控制對象有:主電機(jī)(采用三相異步電動,供紙電機(jī)(單相電容式電機(jī),拉袋電機(jī)(步進(jìn)電機(jī),溫度控制。對于這三種控制對象,主電機(jī),供紙電機(jī)要求輸出點(diǎn)是繼電器輸出型,拉袋電

8、機(jī)要求輸出點(diǎn)是晶體管輸出型,這些都屬于開關(guān)量的控制,而溫度的控制屬于模擬量的控制,需要專用的模擬量模塊。拉袋電機(jī)(步進(jìn)電機(jī)要求頻繁通斷,基于這一點(diǎn),選用輸出點(diǎn)為晶體管輸出的PL C 。對于溫度控制模塊,選擇FX0N -3A 模塊?；谝陨戏治?該控制系統(tǒng)采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX1N -40M T 型可編程控制器,選用AC 電源,DC24V 電源輸入,晶體管輸出。2.3輸入輸出點(diǎn)分配自動包裝機(jī)工藝過程由袋成型、充填、封口、剪切等幾部分組成,包裝機(jī)控制系統(tǒng)輸入信號有:啟動、停止、急停信號、安全門開關(guān)檢測、包裝裝袋長色標(biāo)檢測、缺紙檢測、定長拉袋檢測、定量充填部分返回物料充填信號、高位停機(jī)檢測信號。

9、輸出信號有:主電機(jī)、供紙電機(jī)、拉袋步進(jìn)電機(jī)及其相關(guān)指示。綜合上述控制要求,并基于整個控制系統(tǒng)總成本及備用點(diǎn)考慮,本設(shè)計(jì)選用輸入24點(diǎn)、輸出16點(diǎn)的PL C 基本單元。I/O 點(diǎn)分配如表1所示。表1輸入輸出分配表序號輸入設(shè)備輸入點(diǎn)序號輸出設(shè)備輸出點(diǎn)1起動按鈕X01拉袋步進(jìn)電機(jī)脈沖Y02點(diǎn)動按鈕X12拉袋步進(jìn)電機(jī)方向Y13停止按鈕X23主電機(jī)Y24高位停機(jī)接近開關(guān)X34供紙電機(jī)Y35供紙接近開關(guān)X45缺紙指示Y46拉袋接近開關(guān)X56卡袋指示Y57安全門行程開關(guān)X67安全門指示Y68缺紙光電開關(guān)X78蜂鳴器Y79卡袋接近開關(guān)X1010色標(biāo)傳感器X113控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1人機(jī)界面設(shè)計(jì)系統(tǒng)人機(jī)界面選

10、用深圳人機(jī)電子的M T500系列觸摸屏,所有畫面均由EB500軟件進(jìn)行設(shè)計(jì),有歡迎畫面、啟動畫面、數(shù)據(jù)顯示畫面、參數(shù)設(shè)置畫面,報(bào)警畫面。主要用于包裝機(jī)的控制參數(shù)設(shè)定、啟停機(jī)器、實(shí)時數(shù)據(jù)顯示、工作狀態(tài)顯示和故障信息顯示以及實(shí)現(xiàn)與PL C 通訊等作用。經(jīng)EB500軟件編譯元誤后,從PC 機(jī)下載到觸摸屏即可調(diào)試使用。如圖2中給出了本控制系統(tǒng)的幾個主要畫面。53PL C 在小型立式自動包裝機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用郭利霞等圖2控制系統(tǒng)的人機(jī)界面3.2控制系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)全自動包裝系統(tǒng)的主程序流程如圖3所示 ,圖3系統(tǒng)控制流程圖系統(tǒng)運(yùn)行前先判斷橫封和縱封溫度是否達(dá)到設(shè)定溫度及安全門是否關(guān)閉,同時還須檢測控制設(shè)備

11、是否出錯,若有錯誤,程序不能正常工作,發(fā)出報(bào)警信號,以便排除。然后進(jìn)行手動和自動狀態(tài)判斷,若處于手動狀態(tài),進(jìn)行手動操作,若處于自動狀態(tài),設(shè)置好相關(guān)參數(shù)后進(jìn)行循環(huán)工作程序。4結(jié)語采用PL C技術(shù)和人機(jī)界面,與原來的由繼電器、接觸器構(gòu)成的控制系統(tǒng)相比有明顯的優(yōu)勢,主要表現(xiàn)在通過PL C控制步進(jìn)電機(jī),提高了設(shè)備的可靠性,利用人機(jī)界面節(jié)省了PL C的I/O點(diǎn)數(shù),使操作界面簡單、方便,經(jīng)濟(jì)效益明顯。參考文獻(xiàn)1鐘肇新,彭侃.可編程控制器原理及應(yīng)用(第二版M.廣州:華南理工大學(xué)出版社,2001,4.2周萬珍,高鴻斌.PL C分析與設(shè)計(jì)應(yīng)用M.北京:電子工業(yè)出版社,2004,1.3岳慶來.變頻器、可編程控制器

12、及觸摸屏綜合應(yīng)用技術(shù)M.機(jī)械工業(yè)出版社,2006,5.4劉乘,李曉剛.PLC在包裝機(jī)械上的應(yīng)用J.包裝工程, 2004(2.The Application of PLC to Small AutomaticV ertical Packing Machine Control SystemGU O Li2xia,L I Bin2yu(Wuhan Instit ute of Ship building Technology,Wuhan430050,ChinaAbstract:This paper analyzes a small auto matic vertical packaging machine process,p ut s forward a overall solution to t he PL C2based automatic cont rol system packaging,set s fort h t he PL C cont rol system hardware and software design st ruct ure an