基于PLC 控制的小麥自動包裝機系統設計

孔慶龍 管保晉 王延玉

（濰坊科技學院，山東 濰坊262700）

現階段，我國小麥的種植面積不斷擴大，且基本年年豐收，因此小麥在包裝方面的效率問題也逐漸出現，現在我國大部分地區(qū)仍使用傳統的包裝機和人工包裝方式，這兩種方式已經不能滿足高效率、高質量的包裝要求，為了提高包裝效率，設計一種具有高效率、高精準度的新型包裝機是市場迫切需要的。由此，對系統控制要求也越來越高。本系統設計的新型包裝機采用三菱PLCFX2N-64MT-001 型可編程控制器，伺服電動機精準控制機械運動位置，配有重量傳感器、接近開關傳感器等器件，建立完整控制體系，增加系統的可靠性、準確性、高效性，減少成本。

1 系統運行過程及結構組成圖

自動包裝機具有運輸原料、稱重、填充、封口、打印日期和計數等功能，同時能自動的進行成品輸出。其工作過程是人工將紙箱敞開安置到傳送帶①上，每個紙箱由兩塊黑色金屬鐵塊組成來固定位置，防止紙箱在運輸的過程中發(fā)生錯位，影響后續(xù)步驟。先啟動由三相異步電動機帶動的傳送帶②，進行運輸小麥工作，將小麥送入原料料斗中。當小麥到達料斗中時，啟動設備，料斗中進行稱重動作，同時伺服電動機①收到特定的脈沖信號，帶動傳送帶①前進輸送紙箱，紙箱到達指定位置，伺服電動機①停止工作，接近開關作用，出料口打開開始填充。填充完成，傳送帶①開始運行，將紙箱輸送到人工封箱區(qū)，完成封箱，輸送到日期打印區(qū)，完成打印。重復此過程。成品將輸送到倉庫，在傳送帶③末端設有計數器，統計成品數量。包裝機的基本結構組成圖如圖1 所示。

圖1 包裝機基本結構組成圖

2 硬件描述

根據設計要求，選用三菱PLCFX2N-64MT-001 型可編程控制器，基本單元帶32 點輸入和32 點繼電器輸出，選用渦流式接近開關，伺服電動機選用三菱MR-J2S 系列。系統搭載的主要硬件描述如下：

2.1 可編程控制器（PLC）。簡稱PLC，是一種以微處理器為核心的控制設備。內設存儲器，可以對儲存器進行編輯，并在其內部進行運算，并且以數字量或模擬量的形式輸入和輸出，達到對各種類型機械的控制。

2.2 伺服電動機。伺服電動機為執(zhí)行部件，位置精度極高，有直流和交流兩種電動機。伺服電動機區(qū)別與其它電動機的是它能將電信號轉化為電動機軸上的角位移或角速度輸出，達到對機械的精確控制。三菱MR-J2S 系列電動機有與其配套的編碼器，采用分辨率為131072 脈沖/轉的絕對位置編碼器，有更精準的控制能力。

2.3 接近開關。接近開關又稱為無觸點開關，它是不需要與機械運動部件接觸及施加任何壓力就能操作的開關。它具有行程開關、微動開關的作用，同時還有傳感性能。

2.4 料斗設計。料斗設計分為三層：第一層儲存層，第二層稱重層，第三層儲料層。當小麥進入第一層后，第一層的擋板打開，將小麥送到第二層，第二層開始稱重，重量達到預先設定的重量時，第一層擋板關閉，第二層擋板打開，將稱好的料送到第三層，當紙箱到達指定位置后，打開第三層擋板，完成填裝，最后關閉第三層擋板。重復此稱重過程。

3 工作原理及程序梯形圖

3.1 工作原理

本系統中，在出口擋板左下側安裝接近開關。接近開關在工作時，開關中的振蕩電路會產生高頻磁場，當黑色金屬鐵塊接近磁場時，在電磁感應的作用下，金屬鐵塊中會產生感應電流。隨著黑色金屬鐵塊靠近，感應電流增強，震蕩電路中的負載增大，使震蕩減弱直至停止，當黑色金屬鐵塊與接近開關的距離為檢出距離時，傳感器會通過檢測電路的震蕩變化來發(fā)出信號，使開關作用。并采用伺服電動機①對傳送帶①進行控制，當開啟設備，接近開關開始工作，伺服電動機①接收來自PLC 的脈沖信號，將脈沖信號轉換為相應的角位移，帶動傳送帶①前進，輸送紙箱，當電動機①走完相應的脈沖數時，PLC 接收到到位信號，控制伺服電動機①停止，紙箱到達位置，伺服電動機①再等待下一個脈沖指令，實現精確定位。當紙箱到達指定位置時，黑色金屬鐵塊與接近開關正好處于檢出距離，傳感器檢測振幅變化并輸出檢測信號，使開關打開，將稱量好的小麥進行填充操作。填充完畢，伺服電動機①接收命令走相應的脈沖數，將前一個紙箱運到封口區(qū)，此時檢出距離變化，出口擋板關閉，同時第二個紙箱送到指定位置，開始填充，重復此過程。填充好的紙箱運到人工封口處，封好口的紙箱繼續(xù)前進，到達日期打印處，同時在打印機右下方安裝接近開關，當封口完成的紙箱運往打印區(qū)時，黑色金屬鐵塊靠近接近開關，達到檢出距離，接近開關作用，打印機向下運動進行打印動作，打印完成，通過傳送帶③運出。并在最后設有計數器，統計成品數量。

3.2 程序梯形圖

在本系統中, 三菱PLC-FX2N-64MT-001 型控制器在其編程軟件運行環(huán)境下采用梯形圖的編碼是一種簡單直觀的方式，程序經過編譯后下載到PLC，通過PLC 發(fā)出相應的指令來控制電機運轉、自動稱重、日期打印、計數等動作。其中，計數模塊與稱重模塊部分梯形圖如圖2 所示。

圖2 計數模塊與稱重模塊部分程序

在計數模塊中，將光電開關與X1 輸入點連接，紙箱通過光電開關，光電開關由閉到開一瞬間，觸點上升沿X1 接通，D10由零加一并儲存在D10 中，此時計數為1，重復此過程，每通過一個紙箱，計數器在前一基礎上加一。

4 結論

相比較其它控制器，本設計是基于三菱FX2N-64MT-001型PLC，對小麥完成自動稱重、裝箱、打包、打印裝箱日期、計數的控制設備，其具有結構簡單、性能可靠、成本低、實用性強的優(yōu)點，而且較大限度的節(jié)約了人力、物力，在一定程度上控制了資源的浪費，提高了生產效率和產品質量，減少在日期印刷及計數方面的誤差。具有很大的應用價值。