基于PLC的自動(dòng)顆粒包裝機(jī)熱封控制系統(tǒng)

史建華

(南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南京 210016)

自動(dòng)顆粒包裝機(jī)是將卷筒狀的塑料薄膜或是復(fù)合薄膜等包裝材料制成袋筒，充入顆粒狀物料后，進(jìn)行封口的一種機(jī)械。它能自動(dòng)完成制袋、充填、封口、切斷等全部包裝過程。其中，包裝機(jī)的熱封質(zhì)量直接影響產(chǎn)品的外觀，進(jìn)而影響產(chǎn)品的銷售，影響企業(yè)的經(jīng)營(yíng)效益。所以，包裝機(jī)的熱封質(zhì)量至關(guān)重要。

1 主要技術(shù)參數(shù)及工藝流程

本機(jī)器用于包裝沒有黏性的細(xì)小顆粒，如味精、顆粒飼料、種子等。包裝袋的材料為聚乙烯。包裝材料成卷使用，成品袋的尺寸30 mm×80 mm、150 mm×110 mm,包裝速度 50～100袋/min。主電機(jī)：220 V、370 W、1 440 r/min；伺服電機(jī)：110 V、8 W、1 500 r/min；加熱器：110 V、250 W。

如圖1所示，包裝機(jī)的工藝流程是接通電源開關(guān)，電源指示燈亮，同時(shí)縱封與橫封輥加熱器通電；設(shè)定縱封與橫封的溫度；裝入包裝材料；制袋；縱封熱合；裝料；橫封熱合；切斷；運(yùn)輸。

2 包裝機(jī)的熱封控制系統(tǒng)

包裝機(jī)的熱封控制系統(tǒng)包括熱封溫度和熱封時(shí)間的控制。熱封溫度和熱封時(shí)間是自動(dòng)顆粒包裝機(jī)包裝質(zhì)量控制過程中重要的兩個(gè)物理量，它們應(yīng)與包裝材料的熱封性能相適應(yīng)，如果熱封加熱器加熱溫度過高或封口時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致封口有燒結(jié)、起泡現(xiàn)象；如果加熱溫度過低或封口時(shí)間過短會(huì)導(dǎo)致封口不牢的現(xiàn)象。因此，精確控制熱封溫度和熱封時(shí)間是非常必要的。包裝機(jī)的熱封控制系統(tǒng)采用可編程控制器(PLC)控制。

在包裝機(jī)的溫度控制中采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)溫范圍大，響應(yīng)快的熱電偶作為測(cè)量溫度傳感器，溫度傳感器安裝在加熱電極上，它可檢測(cè)并采集來自加熱電極的溫度模擬量數(shù)據(jù)，并將溫度變量送到溫度傳感器模塊自動(dòng)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,最后轉(zhuǎn)換成以BCD數(shù)碼表示的溫度值并送入PLC，存儲(chǔ)并與設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較,如果實(shí)際溫度在允許范圍內(nèi),封頭動(dòng)作,完成封口；如果不在范圍內(nèi),熱封頭不動(dòng)作。當(dāng)被測(cè)溫度偏離設(shè)定值時(shí),進(jìn)行PID控制參數(shù)的智能化自動(dòng)調(diào)整,通過PLC控制的固態(tài)繼電器SSR,對(duì)熱封加熱器的通與斷實(shí)現(xiàn)控制。直到加熱器的溫度達(dá)到允許范圍內(nèi),封頭才能動(dòng)作。

熱封時(shí)間由包裝袋的走帶速度決定，包裝袋的走帶速度由電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。因此熱封時(shí)間的控制采用可編程控制器(PLC)控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)來控制。即通過變頻器變換電源頻率來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的變速運(yùn)轉(zhuǎn)，變頻器將實(shí)時(shí)工作電流、工作電壓傳送給PLC，控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，保證系統(tǒng)能夠快速、穩(wěn)定、可靠地實(shí)現(xiàn)變速，實(shí)現(xiàn)有效的熱封時(shí)間調(diào)整。

3 系統(tǒng)硬件接線及I/O配置

包裝機(jī)熱封控制系統(tǒng)硬件包括可編程控制器PLC、用于控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的主傳動(dòng)變頻器MM440、用于溫度模擬量輸入的擴(kuò)展模塊EM231 4TC、用于測(cè)量溫度的傳感器K型熱電偶和控制加熱器通斷的固態(tài)繼電器SSR。根據(jù)輸入與輸出點(diǎn)數(shù)，可編程控制器選擇西門子S7-200PLC，主機(jī)CPU 224 DC/DC/DC。系統(tǒng)硬件接線如圖2所示。I/O配置見表1。

表1 I/O配置

4 控制系統(tǒng)編程

控制系統(tǒng)程序主要包括熱封系統(tǒng)的PID熱封頭的溫度控制和電機(jī)變頻調(diào)速控制，其中PID編程包括主程序、子程序、中斷程序三部分。圖3是截取的部分主程序的梯形圖。

5 結(jié)語

經(jīng)過工作測(cè)試，封口速度調(diào)速范圍為0～20 m/min，調(diào)速精度為1.2%；測(cè)溫范圍為0～400℃，測(cè)溫精度為±2℃，包裝機(jī)的熱封控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定，提高了包裝機(jī)自動(dòng)化水平。

[1]鄭喜珍,史書軍.基于FPGA的雞舍溫、濕度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].飼料工業(yè),2011,32(10):62-64.

[2]徐德,孫同景，陳桂友.可編程序控制器(PLC)應(yīng)用技術(shù)[M].濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社,1996.

[3]汪曉光,王艷丹.可編程序控制器原理及應(yīng)用上冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2003.

[4]陶永華.PID控制原理和自整定策略[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置,1997(4).

[5]Siemens AG.SIMATIC S7—200可編程控制系統(tǒng)手冊(cè)[M].2002.

[6]孫寶元,楊宗清.傳感器及其應(yīng)用手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[7]朱蘊(yùn)璞,孔德仁,王芳.傳感器原理及應(yīng)用[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005.