化工固體散狀物料包裝線控制的研究

徐紅升

（天津渤海職業(yè)技術(shù)學院機械工程系，天津 300402）

化工固體散狀物料包裝線控制的研究

徐紅升

（天津渤海職業(yè)技術(shù)學院機械工程系，天津 300402）

包裝是產(chǎn)品進入流通領(lǐng)域的的必要條件，為了保證高水平的生產(chǎn)效率，化工固體散狀物料包裝已經(jīng)實現(xiàn)了自動化。全自動包裝線集機電一體化、光電檢測等功能于一體。具有傳感器跟蹤、PLC控制等功能，計量精確，符合行業(yè)標準，并且具有性能穩(wěn)定、操作維護方便、生產(chǎn)效率高等特點。

散狀物料；包裝線；傳感器；PLC控制

化工固體散狀物料包裝線示意如圖1所示。空包裝袋放在給袋箱上→吸袋器吸袋→送給供袋輥子→傾斜裝置取袋→橫進裝置把空袋移向料斗→吸開袋子→裝料→送入導向折邊機→縫紉機封口→袋子翻轉(zhuǎn)輸送器→壓平機→打印日期、時間、批次、班次→金屬檢測器檢測→經(jīng)斜坡輸送→緩停→轉(zhuǎn)位→編組→推袋、壓袋→分層→碼垛→排垛。

1 料包裝線控制工藝要求

1.1 包裝機的工作過程

按下啟動按鈕SB1后，傳送帶A、B、C電機開始運轉(zhuǎn)，供袋輥子電機開始運轉(zhuǎn)。

吸袋器下降，當碰到下極限開關(guān)時，吸袋電磁閥KM7接通，吸袋器開始吸袋，持續(xù)時間為2s,2s后吸袋器上升，碰到上極限開關(guān)時，吸袋器向前送袋，碰到前極限開關(guān)時，吸袋器暫停，暫停時間為3s，同時松開袋子，吸袋器開始后退，碰到后極限開關(guān)時，又開始下降，如此往復運動。

吸袋器碰到前極限開關(guān)時，取袋器向前運動開始取袋，碰到前極限開關(guān)時，吸袋2s后，開始后退，到達預定位置，暫停4s。

橫進裝置的運動，當取袋器把袋子取過來后，橫進裝置到達前極限開關(guān)的位置時，橫進裝置上面的吸袋裝置開始吸袋。停留0.5s后，橫進裝置開始向后運動，到達后極限開關(guān)時，吸袋器開始橫向拉袋，拉袋裝置縱向拉袋，把袋子的口拉開，裝料裝置完成裝料，裝完料后，橫進裝置向前運動，托料裝置托住已經(jīng)裝完的包裝袋，如此往復運動。

縫紉機的運動：每當縫紉機前置光電開關(guān)檢測到有袋子過來時，縫紉機開始工作，后置光電開關(guān)檢測到物體時，縫紉機停止工作。

打印機的運動：當打印機光電開關(guān)檢測到有物體過來時，開始打印日期、時間、批次、班次。

當金屬檢測裝置檢測到聚乙烯袋中的金屬含量超標時，金屬檢測電機運轉(zhuǎn)，把次品運走。

碼垛機的工作：碼垛機碼垛時5個為一層，三個橫放，兩個豎放，當數(shù)值到達5個時，碼垛機的手抓把這個5袋料抓到另一個工作臺上。

當碼垛機光電開關(guān)檢測到有包裝袋過來的時候，系統(tǒng)會進行計數(shù)，對于前三個包裝袋，1s后當他們經(jīng)過轉(zhuǎn)位輸送機時，轉(zhuǎn)位輸送機把包裝袋舉起，旋轉(zhuǎn)90°，然后放下，使得包裝袋旋轉(zhuǎn)了90°，而對于后兩個包裝袋不進行旋轉(zhuǎn)。

1.2 光電傳感器的安裝與PLC的接口

1.2.1 安裝前需要確認的事項

在光電傳感器安裝前要根據(jù)包裝生產(chǎn)線的工藝要求和各個檢測點的位置對光電傳感器進行選型，還要對被檢測物體的大小、形狀（縱×橫×高）；透明度（不透明體|半透明體|透明體）；移動速度V（m/s或個/分）；檢測距離（L）；安裝間距；安裝的限制（是否需要角度等）；是否可以交錯安裝；環(huán)境條件等事項進行確認。

包裝生產(chǎn)線的被檢測物體為粒料包裝袋，生產(chǎn)中用于包裝的編織袋，每袋的包裝重量為25kg，包裝重量精度為正負50g。包裝袋為不透明體。包裝機傳送帶平均輸送速度為1m/s。檢測距離和安裝間距根據(jù)包裝線的檢測位置確定。安裝時如為對射型，在相對方向安裝投光器與受光器，對于反射型，在傳感器相對方向設置反射板，如圖2所示。。

1.2.2 傳感器的接線與PLC的接口

光電傳感器主要采用直流3線式（NPN）輸出，其接線方式如圖3所示。

傳感器布線時，電源電壓不要超過使用的電壓范圍。如在使用電壓范圍以上施加電壓，或在直流電源型的傳感器上施加交流電源（AC100v以上），則可能導致破裂或燒毀。另外要避免使負載短路，否則可能引起破裂或燒毀。因為無負載情況下，直接連接電源會引起內(nèi)部元件破裂或燒毀，所以務必在有負載的情況下進行布線。

傳感器布線時，如果沒有記錄導線延長的長度的情況下，采用0.3mm2以上的導線，且在100m以內(nèi)。并且要考慮導線的拉伸強度，在布線時請不要超過下表所示的力。同時，請不要在屏蔽線、同軸線上施加拉伸力，而且通常傳感器的導線不能反復彎曲使用。

1.3 霍爾傳感器的安裝與PLC的接口

霍爾傳感器屬于有源磁電轉(zhuǎn)換器件，它是在霍爾效應原理的基礎(chǔ)上，利用集成封裝和組裝工藝制作而成，它可方便地把磁輸入信號轉(zhuǎn)換成實際應用中的電信號，同時又具有工業(yè)場合實際應用易操作和高可靠性的要求。霍爾傳感器的輸入端是以磁感應強度B來表征的，當磁感應強度達到一定的程度時，霍爾傳感器內(nèi)部的觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，霍爾傳感器的輸出電平狀態(tài)也隨之翻轉(zhuǎn)。輸出端一般采用晶體管輸出，和接近開關(guān)類似有NPN、PNP、常開型、常閉型、鎖存型、雙信號輸出幾類。霍爾傳感器具有無觸點、低功耗、長使用壽命、響應頻率高等特點，能在各類惡劣環(huán)境下可靠的工作。

包裝生產(chǎn)線碼垛機的垛層結(jié)構(gòu)為每垛8層，每垛40袋，每垛重量為1t。碼垛機碼垛時5個為一層，三個橫放，兩個豎放，當數(shù)值到達5個時，碼垛機的手抓把這個5袋料抓到旁邊的碼垛盤上。在進行碼垛時，碼垛機要自動記錄碼垛層數(shù)，并且按照層數(shù)來升高碼垛機手抓移動支架的高度，這個高度的確定就是由霍爾傳感器來檢測和定位的。在碼垛盤工作臺的固定支架上有8個永久磁鐵，分別固定在碼垛機手抓移動支架對應的8個高度，這8個高度又分別對應碼垛盤的8個層位。當碼垛機手抓移動支架上固定的霍爾傳感器接近某個永久磁鐵時在霍爾傳感器中會產(chǎn)生霍爾電勢，其輸出的電平變化被送入PLC的數(shù)字量輸入模塊SM321的輸入端，PLC可以記錄電平變化次數(shù)以確定碼垛機手抓移動支架的高度位置。

2 化工固體散狀物料包裝線PLC控制

2.1 PLC的選型

化工固體散狀物料包裝線控制器采用西門子公司的S7-300型PLC。控制系統(tǒng)主要包括各種數(shù)字量的輸入采集，輸出大部分用來控制汽缸與接如觸器的動作，輸入與輸出均為數(shù)字量，因此選型時，選擇的SM接口模塊為DI模塊和DO模塊。再根據(jù)控制點的要求選擇電源模塊和CPU模塊。

因此根據(jù)要求，我們的電源模板采用PS307 5A,CPU模板采用S7-300 315，DI模板采用SM321,DO模板采用SM322。

2.2 PLC輸入輸出地址分配

輸入/輸出繼電器地址分配表，如圖4所示。

2.3 其他編程元件地址分配表（見表1）

表1 其他編程元件地址分配表

2.4 I/O接線

I/O接線是指可編程序控制器的輸入/輸出連接，也是可編程序控制器外部接線圖。可編程序控制器所要連接的外部電氣元件，根據(jù)其功能不同，應分別連接在可編程序控制器的輸入端或輸出端，對于可編程序控制器輸入端或輸出端連接的元件，應確定其對應連接端子上的編號，這就是外部的電氣元件在可編程序控制器上的I/O編址。

2.5 PLC控制系統(tǒng)程序編寫

化工固體散狀物料包裝線PLC控制系統(tǒng)程序包括：初始化及吸袋部分梯形圖；取袋器部分梯形圖；橫進裝置部分梯形圖；縫紉機及金屬檢測部分梯形圖；傳送帶輸送梯形圖；碼垛與計數(shù)梯形圖等。

總之，集機電一體化、光電檢測等功能于一體的化工固體散狀物料包裝線，PLC控制是設備的關(guān)鍵技術(shù)。結(jié)合傳感器控制、電氣控制和模糊計量控制，達到計量稱重準確、產(chǎn)品合格率高、包裝效率高的目的。可廣泛用于化工行業(yè)的粉狀、顆粒狀、片狀、塊狀及條狀等回體散狀物料的包裝。

PCL控制可靠性高，編程方便。不僅具有開關(guān)量控制，而且還具有模擬量控制，可以實現(xiàn)實時監(jiān)控、遠程控制、與上位機通信連網(wǎng)等功能，在化工固體散狀物料包裝等機械中應用廣泛。

10.3969/j.issn.1008-1267.2010.03.017

TQ067

C

1008-1267（2010）03-045-03

2010-01-25