基于PLC的面粉包裝機開發過程

劉金雯 馬曉錄

摘 要：PLC控制的面粉包裝機已經十分普及，通過對現有產品的考察，我們提出了更加具有操作性、控制過程更加完備的觸屏操作包裝機設計。該設計可以通過觸屏設定各個運行參數并帶有變頻節能功能，也可以通過手動操作控制每個機械結構的工作，對于大型面粉廠來說，通過這種系統進行不同生產線的控制能一定程度上節約資源，優化配置。

關鍵詞：自動包裝；PLC；變頻

傳統的面粉包裝采用人工干預的半機械化操作，雖然相對于過去的人工操作效率略有提升，但準確度和品控往往出現問題。近年來，全自動的面粉包裝機已經開始廣泛應用，基于各類傳感器和執行器的面粉包裝機無論從生產效率和質量控制上來說都有著明顯的提高，根據以往的經驗，我們采用了三菱的PLC進行重新設計，實現了面粉自動包裝的智能化和觸屏參數微調控制。

三菱PLC可以精確的計量包裝精度，通過觸屏監控其運行狀態，根據實際需求隨時調節，充分發揮了可編程控制器在自動化方面的優勢，此次采用的PLC還有變頻調速功能，提高了資源的利用率。在多生產線、多產品線和大規模自動化升級的面粉加工廠能發揮出最大優勢，應用前景廣闊。

一、工作流程

機械部分采用氣壓傳動，主要元件包括單作用氣缸和電磁閥。通過電磁閥對氣缸的控制，實現儲料倉門開閉、包裝袋取袋、送袋、開袋、夾緊和傳遞等過程，工藝流程如圖所示：

如圖所示，光電開關確定包裝袋就緒，有問題則產生中斷報警，否則進行下一步驅動電磁閥使用吸盤抓取包裝袋，由壓力定位輥輪進行定位后開始灌裝，稱重系統用于判斷是否灌裝合格。

二、硬件結構

本系統硬件結構包括開關控制和模擬量變頻調速控制。允許連續自動運行和手動運行兩種模式，在手動模式下，需要顯示的動作狀態信息較多，無法采用信號燈或電器按鈕的方式進行，必須采用觸摸屏和總線的方式。經過參數比較，采用三菱公司的觸摸屏。

經過計算，本系統需要數字量輸入端口23各，其中光電傳感器2個，壓力開關2個，氣缸運動限位器19個。數字輸出量15個，其中用于控制傳送帶電機接觸器的1個，控制氣缸電磁閥的14個。變頻調速器需單獨占用兩個輸入和一個輸出。稱量傳感器測量裝袋質量，電壓信號輸入模擬量輸入通道，當達到設定值后關閉料倉。速度傳感器測量電機轉速并轉化為模擬量輸入通道與設定值比較。通過PID計算，運算結果使用模擬量通道來控制變頻器，實現節能變頻。這里的變頻器采用三菱公司FR-D740-7.5K-CHT型，傳動部分使用減速機構和鏈條構成，最大化減少震動。

主控單元使用三菱公司的FX2N-48MR，增加模擬量擴展FX2N-3A，增加GOT1155觸摸屏幕。FX2N-48MR-001是日本三菱公司的可編程控制器（PLC），繼電器輸出及輸入24點，輸出24點。FX2N是FX系列中功能最強、速度最高的微型PLC，內置用戶存儲器8Kb，可擴展到16Kb，最大可擴展到256個I/O點，可有多種特殊功能擴展，實現多種特殊控制功能（PID、高速計數、A/D、D/A、等）。有功能很強的數學指令集。通過通信擴展板或特殊適配器可實現多種通信和數據鏈接。其優點是系統配置靈活，具有簡單的外部機器通訊功能，外部設備通用性也比較強，且運算速度較高。

三、軟件設計

本系統核心功能即自動運行包裝，主線步驟為運行、暫停、結束、復位。手動功能較為復雜，包括所有執行部件的進退啟停操作。編程過程主要采用GT-Designer軟件進行編輯，設定分別在按鈕按下、抬起時對執行部件進行操作。參數設定部分，可以按照生產實際的需求，設定任意轉速和計數參數，并能夠對每個參數的上限進行分別設置，超過臨界值的狀態設定保護中斷或報警中斷，具體編程過程略過不表。

四、總結

通過一定時間的試用調整，本次設計采用的氣壓傳動、變頻調速和觸屏控制均發揮了應有的作用，使面粉包裝更精確更可靠，維護性和安全性顯著提高。由于有全參數的觸屏控制，對于新生產線的研發設計也更加有用，對于提高生產效率和節約成本有非常客觀的應用前景。

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作者簡介：劉金雯（1987-），女，漢族，河南鶴壁人，本科，講師，研究方向：通信工程，機械自動化設計；馬曉錄（1964-），男，河南武陟人，教授，研究方向：糧油食品機械設計及理論，新材料及加工技術。