面粉自動包裝機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【摘 要】本文介紹了一個面粉自動包裝設(shè)備， 采用PLC 和觸摸屏電控系統(tǒng)進(jìn)行控制，并對控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)和設(shè)備工作過程進(jìn)行了詳細(xì)地分析。

【關(guān)鍵詞】PLC；面粉自動包裝機(jī)；觸摸屏

0 概述

面粉包裝機(jī)械能夠大大節(jié)省勞動力成本， 減輕勞動強(qiáng)度， 提高勞動生產(chǎn)率，提高包裝品質(zhì)，符合現(xiàn)代社會對多種質(zhì)量包裝食品的需求，促進(jìn)面粉加工生產(chǎn)線的自動化。充分借鑒各種包裝機(jī)械先進(jìn)控制技術(shù)，采用三菱PLC和觸摸屏對國產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行了技術(shù)升級改造，實(shí)現(xiàn)了智能化的自動包裝控制過程和可視化的參數(shù)控制。

控制系統(tǒng)由三菱PLC控制確定計(jì)量精度，通過三菱觸摸屏監(jiān)控自動包裝機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，可隨時(shí)根據(jù)生產(chǎn)要求修改控制參數(shù)?？删幊绦蚩刂破髟诠I(yè)自動化控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，具有編程功能強(qiáng)大、工作使用方便可靠等特點(diǎn)[1]。觸摸屏是人機(jī)界面友好，功能較強(qiáng)大的可編程終端，它集中了顯示部件和觸摸開關(guān)， 是工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的人機(jī)界面產(chǎn)品。本系統(tǒng)采用變頻調(diào)速技術(shù)，不但能實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)對速度的控制，而且能夠節(jié)約能源、提高效率。PLC和觸摸屏相結(jié)合的控制系統(tǒng)，軟件和硬件簡潔可靠，適合在工業(yè)復(fù)雜環(huán)境使用，而且易于維護(hù)，有廣闊的應(yīng)用前景。

1 工作原理

整個系統(tǒng)的運(yùn)動控制主要采用氣壓傳動，氣動系統(tǒng)主要包括各種電磁換向閥和單作用氣缸，氣缸控制著包裝過程的一系列動作。主要包括儲料斗倉門的啟閉，還有取包裝袋、送袋，張開袋口、套裝袋、袋口夾緊、向后拉等過程。工藝流程如圖1所示。

包裝的工藝過程包括以下步驟：1）通過光電開關(guān)確定包裝袋箱是否有袋，如果有，繼續(xù)下一步，否則發(fā)出報(bào)警信息；2）取袋氣缸驅(qū)動吸盤上下運(yùn)動，自動去抓取包裝袋，將包裝袋放到拖板上，通過帶傳動傳送到定位平臺，將包裝袋口輸送到兩個上下吸盤之間，定位裝置是由壓力定位輥輪構(gòu)成；3）氣缸驅(qū)動吸盤吸牢袋口后，并張開袋口，通過氣缸驅(qū)動將包裝袋套入儲料斗上；4）原料由前一道工序的帶式輸送機(jī)存入儲料斗，在儲料斗套好料袋后，打開儲料斗倉門，在振動器的震動下，面粉通過出料口流入包裝袋，通過稱重傳感器實(shí)時(shí)測量灌裝質(zhì)量，到達(dá)設(shè)定值后，迅速關(guān)閉儲料斗出料口；5）當(dāng)灌裝結(jié)束時(shí)，通過氣缸驅(qū)動夾緊裝置，夾緊包裝袋口，然后拖到封口工序，通過封口機(jī)封口，最后拖到傳送帶上，完成了整個包裝過程。

圖1 工藝流程圖

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)既包括開關(guān)量控制， 還有模擬量變頻調(diào)速控制。設(shè)備運(yùn)行方式包括自動連續(xù)運(yùn)行和人工手動點(diǎn)動操作，這樣相對于各種操作的輸入端口、需要用于動作狀態(tài)信息顯示的輸出端口有很多。這些I/O信號如果采用的方式是常規(guī)的電器按鈕、指示燈，會很大程度增加硬件模塊及電氣連線數(shù)量，由此產(chǎn)生的故障率也會加大。所以我們采用的方案是PLC與觸摸屏相結(jié)合。觸摸屏的畫面是用使用三菱公司的 GT-Designer2組態(tài)軟件設(shè)計(jì)完成后，再通過上位計(jì)算機(jī)的串行通訊口下載到三菱觸摸屏。三菱PLC與觸摸屏之間的通訊連線簡潔。系統(tǒng)框架如圖2所示。

圖2 硬件系統(tǒng)框圖

2.2 I/O端口的分配

自動包裝設(shè)備共需要有數(shù)字量輸入端口22個，其中：氣缸運(yùn)動限位開關(guān)19 個，壓力開關(guān)2個，光電傳感器1個。需要數(shù)字量輸出端口15個，其中氣缸運(yùn)動電磁閥線圈控制14個，傳送帶電機(jī)接觸器控制1個。

變頻器調(diào)速系統(tǒng)共需要2個模擬量輸入端口，以及一個模擬量輸出端口。稱量傳感器測量已經(jīng)流入包裝袋中料的質(zhì)量，電壓值信號輸入模擬量輸入通道1，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定值后， 將儲料斗倉口關(guān)閉。測速傳感器測量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，將轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換為電壓值信號輸入模擬量輸入通道2，經(jīng)過與設(shè)定值比較、通過PID運(yùn)算后，將運(yùn)算結(jié)果從模擬量輸出通道輸出，輸出電壓信號作為變頻器的控制信號，實(shí)現(xiàn)節(jié)能變頻調(diào)速。采用三菱公司的FR-D740-7.5K-CHT型變頻器，傳動部分由減速機(jī)構(gòu)與鏈條傳動部分組成，能夠起到減小振動，運(yùn)行平穩(wěn)的作用[2]。

主控單元采用了三菱公司的FX2N系列的PLC產(chǎn)品FX2N—48MR， 另外需要添加一個模擬量擴(kuò)展模塊FX2N—3A[3]。 觸摸屏采用三菱公司生產(chǎn) GOT1155型。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件總體功能

圖3是采用觸摸屏控制程序框圖。控制程序的編制是采用菜單形式。自動功能主要包括：運(yùn)行、暫停、結(jié)束、復(fù)位等四個步驟。手動功能主要包括：所有進(jìn)、退、起、停等運(yùn)動部件的運(yùn)動方式。編程主要利用GT-Designer2觸摸屏編程軟件中的交替性按鈕功能。分別在按鈕按下、抬起時(shí)，對PLC相應(yīng)的輔助繼電器置位，實(shí)現(xiàn)PLC對某運(yùn)動部件的進(jìn)退控制。參數(shù)設(shè)定方法：可以按照用戶的需求，可以任意設(shè)定轉(zhuǎn)速以及計(jì)數(shù)值等參數(shù)，并能夠?qū)?shù)的上限進(jìn)行監(jiān)控，一旦超過極限值，即給出報(bào)警提示。狀態(tài)監(jiān)控部分：監(jiān)視自動包裝系統(tǒng)的各個部件的狀態(tài)，如變頻器以及電機(jī)等的異常狀態(tài)，及時(shí)采取保護(hù)措施，并給出報(bào)警提示顯示。

3.2 PLC編程

圖3 程序框圖

采用三菱公司GX-Develop 編程軟件，在上位機(jī)上使用較為直觀的圖形化編程方法，按照順序控制設(shè)計(jì)法和步進(jìn)梯形圖進(jìn)行編程，梯形圖程序編譯成功后，通過上位機(jī)和PLC的通信電纜，將程序下載至三菱PLC 中。

4 結(jié)論

面粉自動包裝機(jī)采用PLC和觸摸屏相結(jié)合的自動控制方案， 采用氣壓傳動、變頻調(diào)速技術(shù)、光電傳感器技術(shù)一體化，因此本包裝設(shè)備使用簡單，性能可靠，并且設(shè)備的功能更加強(qiáng)大，可維護(hù)性及安全可靠性顯著提高。相對于傳統(tǒng)產(chǎn)品中存在的缺陷，比如操作復(fù)雜，工藝參數(shù)難于修改等缺點(diǎn)有了顯著改善，在食品加工等行業(yè)中有廣闊應(yīng)用前景。

【參考文獻(xiàn)】

[1]常斗南.可編程序控制器原理·應(yīng)用·實(shí)驗(yàn)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[2]陳其純.PLC控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2004.

[3]姚國強(qiáng).觸摸屏人機(jī)界面控制方式及應(yīng)用[T].工程機(jī)械與維修，2004（10）.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]