茶葉裝箱機PLC控制系統的改造與優化

李 紅

（成都紡織高等專科學校，四川成都 611731）

1 PLC控制系統簡介

PLC誕生于上個世紀，在八十到九十年代得到了飛速發展，現如今已經達到了十分成熟的地步。PLC控制系統是一種可編程邏輯控制器，它在早期的時候對生產線的控制只存在邏輯控制，隨著現在高新技術的發展，尤其是電腦技術的飛速發展，它現在已經被用于各行各業的流水線操作系統之中，并且在一套控制系統中它是作為大腦而存在，操作人員可以通過改變PLC內部的編程來改變對生產線的控制，大大的提高了工作的效率，同時也就降低了工作的犯錯幾率。現如今PLC控制系統的快速發展已經使產業自動化的進程得到快速的推進，PLC控制系統也將越加成熟。

2 茶葉裝箱機組的特征和工作原理

茶葉裝箱機組主要是用來將茶企業所生產的茶葉稱重然后裝箱的，是茶葉生產流水線上必不可少的一部分，也是茶企業在生產過程中必須要解決的技術難題之一。茶葉裝箱機組主要分為兩種裝箱程序：一是茶葉裝箱程序。在利用該程序工作時，首先需要有人工放置空箱子，然后茶葉裝箱機會自動稱重、裝箱、移箱、搖箱等，實現茶葉自動裝箱的操作控制；二是茶葉裝袋程序。在該操控模式下的茶葉裝箱機組在工作時，需要人工放置空袋并且按下裝箱機組的開關，然后就由裝箱機組自動進行稱重、裝袋、搖袋等操作，實現茶葉自動裝箱的操作控制。同時該茶葉裝箱機組具有自動和手動控制兩種功能，還安裝有產量自動顯示裝置和稱重程序指示裝置，方便工作人員控制，提高工作效率。

2.1 茶葉裝箱機組的主要數據特性

茶箱規格大小：長為0.60米、寬為0.55米、高為0.55米；裝箱速度：70箱/小時；誤差范圍：<0.5%；存儲茶葉的茶斗容積約為2.1立方米；茶葉稱重的茶斗容積約為0.2立方米；電機功率：搖箱電機0.61kW，送箱電機0.71kW；電源220伏、50赫茲；整機重量：860千克。

2.2 茶葉裝箱機的工作原理

茶葉裝箱程序在工作時，是不斷循環操作一個相同的程序，第一步：儲存茶葉的茶斗下茶；第二步：自動對已經下來的茶葉進行稱重；第三步：茶葉稱重的茶斗下茶裝箱;第四步：對已經裝好箱的茶葉進行搖箱；第五步：將包裝好的箱子送到指定的位置。即先將茶葉存儲在儲存茶葉的茶斗里，當工作人員按下茶葉裝箱機組的自動程序開關后，存儲茶葉的茶斗門的啟動裝置就會將茶斗的大門打開，茶葉就會由于重力的關系掉落在稱重茶葉的茶斗上，然后稱重茶葉的茶斗會對里面的茶葉自動稱重，假如重量超過了所設定的值，稱茶葉的茶斗就會自動打開小門的啟閉裝置，將多余的茶葉通過風送管道送回存儲茶葉的茶斗；當重量達不到所設定的值時，存儲茶葉的茶斗將會再次打開落下茶葉，直到稱重茶葉的茶斗里面茶葉的重量達到所設定的值為止。然后稱重茶葉的茶斗啟動裝置會被激活，其大門將會打開向箱中倒入茶葉，搖箱機也會啟動，將茶葉搖晃均勻，使之盡可能的多裝些茶葉，搖箱機在此過程中會不斷降低搖箱的頻率，以防止在搖動的過程中將茶葉拋出，裝箱完畢后，送箱機的開關被激活，裝滿茶葉的箱子按照指定的路徑送到指定的地方，下一個空箱子緊隨其后到達稱重茶葉的茶斗下面，等待下一次裝茶。

茶葉裝袋程序在工作時，屬于半自動裝茶，整個袋裝過的程序設定與箱裝的程序設定基本相同，只存在有少部分的差異。具體裝茶步驟如下：首先裝茶茶斗中的茶葉在程序激活后，從下方的小口中落入稱茶茶斗；然后通過小門的多退少補的程序設定，使稱茶茶斗中茶葉的重量達到標準值；再然后就需要激活下茶程序的開關，將已經達到標準重量的茶葉裝入袋中，同時搖箱機開始工作，搖箱的幅度相同。下茶完畢后，將包裝袋扎好推出，同時稱重茶葉茶斗的斗門關閉，重復以上裝袋過程，等待下一次裝茶[1]。

3 用PLC改造茶葉生產線的電氣控制電路

3.1 茶葉裝箱機的具體改造方案

針對茶葉裝箱機的改造，最好的方案是在原有的基礎上對其內部設計成新的梯形圖。在這樣的改造方式之下，原來茶葉裝箱機組控制系統的外部特征沒有改變，但是其內部特征卻得到了很大的改善，在一定程度上降低了繼電控制時中間繼電器和時間繼電器的維修難度，也增強了繼電控制在使用時的可靠性。從生產線操作人員的角度來看，這次改造不僅使控制系統的可靠性提高了不少，而且還沒有過多的改變茶葉裝箱機組的操作方式，與原有的操作方式基本一樣，在操作習慣上不需要做太大的轉變。從另一方面來看，由于對茶葉裝箱機的內部沒有太大的改造，因此不需要對茶葉裝箱機的改造投入太大的財力。具體改造方案如下：第一點，在不改變茶葉裝箱機原有的主電路的基礎上，來保證茶葉裝箱機的運動方式和操作控制系統電氣控制方式不變；第二點，改裝后的茶葉裝箱機組在自動裝箱、自動裝袋、手動裝箱、手動裝袋等的操作方式上不變；第三點，電氣控制系統中的按鈕、行程開關、熱繼電器等元件的作用基本上與原來的控制線路相同；第四點，將原PLC編程插入繼電器控制中。

3.2 茶葉裝箱機組系統硬件設計

現有的茶葉裝箱機繼電控制梯形圖是在原有的原理圖的基礎上改造的，因此現有的梯形圖和原有的原理圖在構造上有許多的相似點，比如說有相同的動合觸點連接。從茶葉裝箱機的電動機來看，它的主電路的接觸器的線圈采用的不是220V的交流電源，而是使用的110V交流電源，并且它的電源指示燈僅僅只使用24V的交流電，因此，使用電壓的不同使它們的公共端分了開來。為了保證線路的安全，接觸器的線圈則使用另一公共端[2]。

3.3 PLC控制軟件改造

設計師在設計改造PLC梯形圖時，考慮到減少工作人員在編程和閱讀程序時的負擔，為了方便操作，便將PLC內部的時間繼電器的設定值保持與原電路相應的時間繼電器的設定值一致。

盡管茶葉裝箱控制與茶葉裝袋控制在操作過程中有許多相似的地方，但是他們仍然還是有不小的區別，因此，設計師在設計時要將兩者隔離開來，避免兩套程序相互干擾。同時，設計師還需要將裝箱的自動控制程序和手動控制程序隔離開來。因此，設計師在設計時就得必須選擇跳轉指令進行控制，以此來保證程序在運作的過程中不會出現意外。另一方面，為了能夠有效地確保裝箱啟動按鈕和停止按鈕在運行時不會出錯，設計師在設計裝箱控制程序時，采用主控指令的控制方式來進行控制。在裝箱自動和手動控制過程中，在控制稱重茶葉所對應的PLC接點輸入相應的信號，來完成對應的大門、小門得到控制，完成自動關閉和自動開啟的指令，以此來平衡自動下茶的重量，達到控制自動下茶的目的[3]。

4 程序調試

為了確保程序在運作時能夠及時的切斷大門和小門的接點，設計人員可以利用PLC內部時間繼電器的磅秤精度調節，其原理是以秤桿的穩定來保證對大門和小門的及時切斷，最終達到保證所得到的茶葉量是標準量的目的。其中的時間間隔大約保持在兩秒附近，時間太長，則可能導致大門、小門多次反復開關；時間太短，則可能導致茶葉沒有達到標準量。因此，工作人員需要多次的進行試驗，根據實際情況反復的增加或減少茶葉的重量，一直到茶葉的重量和設定值相同時即可。這個操作步驟是整個程序調控不可缺少的步驟，也是茶葉裝箱的重中之中。

5 結語

對PLC的利用，可以使整個茶葉裝箱流水線實現自動化，所有的裝箱步驟都可以通過流水線自動完成，使其自動化程度得到進一步提高。從另一方面來看，PLC解決了原茶葉裝箱機組故障率高的問題，使整個產業鏈的生產效率得到了提高，也降低了維修成本，提高了企業效益。

[1]范永勝，王岷.電氣控制與PLC應用［M］.北京:中國電力出版社，2016:178-188.

[2]李道霖.電氣控制與PLC原理及應用［M］.北京:電子工業出版社，2015:105-108.

[3]蔡紅斌，郭和偉.電氣與PLC控制技術［M］.北京:清華大學出版社，2016:184-186.