基于PLC和MCGS的全自动酥皮机控制系统.pdf

l 匐 似 基于P L C 和MC GS 的全 自动酥皮机控制系统 Th e cont r oI s ys t em f or aut om at i c cr i s p ski n m achi ne bas ed on PLC and M CGS 蒋焕新 J l ANG HB a n x i n 江南大学 机械工程学院，无锡 2 1 4 0 3 6 摘要介绍了酥皮机的工艺流程及控制要求，分析了控制系统硬件和软件设计方法，提出了以西门子 s 7 2 0 0 系 IJ P L O 及MO G S 嵌入式一体化工控机 触摸屏为核心的全自动酥皮机控制系统。 实际应用表明，系统可靠，效果良好， 人机界面功能友好。 关键词酥皮机 ；P L O；MC G S；组态设计 中图分类号T P 2 7 3 文献标识码 B 文章编号1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 2 0 2 上 一 0 0 2 4 0 3 Do i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 - 0 1 3 4 ． 2 0 1 2 ． 2 E ． 0 9 0 引言 酥皮机 又称起酥机 ，专业用于制作酥皮 、蛋 挞、千层酥等各种酥类食品 ，能将酥皮辗压成不 同 的形状 如 三角形 、圆形 、梯形 、平 行 四边 形 、不同厚度 十 多毫米、几毫米 、甚至更高 的精度 ，也可用于碾压面团，能将面 团轧成多 层次的薄 片，使面皮酥软均匀，色 、香 、味 、形 佳 。目前 ，国内生产的酥皮机大多采用手动 ，功 能单 一 ，效率 低 ，薄 皮精 度 不高 ， 自动 化程 度 低。全 自动酥皮机以西门子P L C 为控制中心，采用 MC GS 触摸屏做为人机界面 ，进行参数 的设定和显 示 ，并且 ，整个 产品的生产过程 采用动 画形式在 触摸屏上 显示 ，监控设备运行 。系统 自动化程度 高，性能可靠，效率高。 1 酥皮机工艺及控制方案 酥 皮机结构 简 图如 图1 所示 。机 构组成 输 送 带、连杆 、安全栅 、电机 、上挡刀、下挡刀 、 底 座、电源控制开关、承接板等。碾压面 团的工 艺 流程 将安全栅盖好 ，根据面 团厚度调节压面 辊 轮的进给距离 ，当面团置于右侧输送带上时 ， 启动 左启动按钮 ，主电机通过 左右离合器带动左 右输送带 向左运动 ，在输送带带动下面 团进入辗 压 区，辗压后 由输送带 自动 向左输 出，当被压面 团全部从 中间压辊输 出后，操作工人将面 团折叠 翻面 、转 向，同时调节压 面辊轮 的进给距离 ，主 电动机反转 ，输送带向右输送 ，面 团重新进入辗 压 区进行辗压 ，如此往复，直至达到面皮所要求 的厚度 ，最后，启动电动推杆马达 ，开始卷收面 皮 ，完成整个压面工作过程 。传统手动型酥 皮机 在辗 压过 程 中操作 繁 琐 ，工 作效 率低 ，也 不卫 生 ，精度控制不高，这大大降低 了机器的适 用范 围。因此，我们设计 的酥皮机要实现 自动循环 ， 面皮厚度可控制 ，每次辊轮的进给 量根据 客户需 求一次性设定，在参数设定后无需工人再按进给 开关 ，直到循环结束后 自动卷收，最终实现 进 给一 启动一辗压一卷收面皮 一停止全 自动控制 。 对于不 同长度面皮的辗压 与卷收 ，可以设定不同 的时 间参数 ，保 证 系统协 调工 作 ，实现 精确控 制。每次面皮辗压结束可 以由左右光电感应头检 测。为 了保证面团薄 片精度 ，压面辊轮的进给采 用伺服马达驱动 ，利用伺服马达 的正反转 ，实现 压面辊轮的前进和后退 ，压面辊轮的原点 由行程 开关校准 。主 电机和撤粉 马达采用普通三相交流 电机 ，可根据实际需要选择使用撒粉马达 。电动 推杆马达采用2 4 V直流电机 ，利用直流电机的正反 转实现推杆的前进和后退 ，完成面皮的卷收 ，推 杆位置 由电动推杆行程开关检测。 2 控制系统硬件设计 在硬件设计中选择 以西门子S 7 2 0 0 系列P L C⋯ 及MC GS 嵌入式一体化工控机 触摸屏 为中心构 成控制系统 ， P L C完成对输入设备的检测及对输 出设备的控制输 出，触摸屏 用于参数设 定 、按钮 动作和设备动画显示等，控制 系统硬件原理图如 图2 所示 。 根 据酥 皮机 工 艺及 控 制要 求 ，控 制 系统 共 需输入点9 个 ，输 出点也是9 个，选用S 7 2 0 0 系列 收稿日期2 0 1 1 - 0 7 - 2 5 作者简介蒋焕新 1 9 6 6一，男，江苏宜兴人，讲师，主要从事包装与食品机械 自动控制的教学和研究。 【 2 4 】 第3 4 卷第2 期2 0 1 2 0 2 上 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 务1 匐 似 1 一 主传 动马达 ；2 一 伺服马达 ；3 一 撒粉马达；4 一 电动推杆 马达 ；5 一 左电磁离合器 ；6 一 右电磁 离合 器；7 一 左光电感应头；8 - 右光电感应头；9 - 左启动按钮；1 0 一 右启动按钮；1 1 - 左安全网微动开 关 ；1 2 一 右安全网微动 开关；1 3 一 行程开关 ；1 4 一 电动推杆行程开关。 图1酥皮机结构简 图 P L C，型号C P U2 2 4 一 l AD 。该P L C 共 有1 4 个开关量输入通道 ，1 0 个DC输 出 通道，1 4 - RS 一 4 8 5 通讯 口P OR T 0 ， 自带 2 4 V DC 供开关量输入通道使用 。 为了操作方便，除了在触摸屏上有左启 动 、右启 动 按钮 外 ，在机 器外 壳上 也 设 置左启动按钮 1 0 ． 1 和右启动按钮 1 0 ． O 。光电感应头 1 1 ． 2 和I 1 ． 4 选 用K1 CT U0 8 1 0 0 0 D E I 2 B 2 型 2 4 V D C， NP N，用于检测面团位置。左右安全 网微动开关 1 0 ． 3 和1 0 ． 2 用于安全 网的 限位 ，电动推杆行程开关1 和2 1 0 ． 5 和 1 0 ． 6用于 电动推杆的限位 ，行程 开关 1 0 ． 4 用于伺服马达的后退限位。P L C 的输 出通道QO ． 0 可输 出高速脉冲，最高 频率为2 0 KHz ，用于控制伺服马达 的转 速和转角 ，Q O ． 1 用于控制伺服马达 的转 式一体化触摸 屏，采用7 英寸高 亮 度T F T液 晶显示屏 分辨 率 8 0 0 4 8 0 ，四线 电阻式触摸 屏 ，还预装 了微软嵌 入 式实时 多任务操作系统Wi n C E ． NE T 中 文版 和MCGS 嵌 入式组态软件 运行版 ，有 1 个RS 4 8 5 口， 1 个US B口和一个L AN口。数据 信息可 以用U盘通过US B口进行 存储 ，打 印机 也可连 接到US B 口，进行数 据 、报 表打 印 ，可 以用L AN口和上 位P C机相连 ， 或通过L AN口连 接到 以太 网。 T P C 7 0 6 2 K主要用于监控、数据 处理 、动画、报表等功能，它用 一 个R S 4 8 5 口与西门子S 7 2 0 0 P L C 的R S 4 8 5 口相连进行通信。 向。输 出通道QO ． 3 至Q1 ． 1 分别连接 中间继 电器2 K 至8 K，中间继电器工作电压为2 4 V DC。其 中，中 间继 电器2 K连接1 个交流接触器 ，控制撒粉马达的 运行；中间继 电器3 K和4 K分 别连接2 个交流接触 器，控制主电机的正反转；中间继 电器5 K至8 K分 别和 由2 4 V DC 供电的离合器 、电动推杆直流马达 直接相连 ，控制它们的各种动作 。 MCGS 嵌入式 一体化 工控机 选T P C7 0 6 2 K 型，它是以主频4 0 0 MH z C P U为核心的高性能嵌入 图2 控制系统硬件原理 图 3 控制系统软件设计 3 ． 1 P L C 软件设计 西 门子 S 7 2 0 0系y lJ P L C具有 丰富 的编程指 令，S T E P 7 一 Mi c r o ／ WI N可视化编程 软件设计环 境 良好，可进行结构化编程设 计 ，可采用梯形 图 L AD、功能块图 F B D和指令表 S T L等 基本的编程语言，该编程软件可方便地在Wi n d o ws 环境下对P L C 编程、调试和监控 。在本系统的P L C 第3 4 卷第2 期2 0 1 2 0 2 上 [ 2 5 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 务l 匐 似 编程 中，主要是实现工艺流程的顺序控制功能 ， 分左启动和右启动子程序 ，左启动程 序框 图如 图 3 所示 。在顺序 控制程序 中，伺服马达 的控制程 序十分重要 ，因为伺服马达的进给控制精度直接 决定了面团薄皮精度 。利用S 7 - 2 0 0 P L C的脉冲 串 输 出功能 ，来精确控制伺服马达 的转速和位置 。 在S T E P 7 - Mi c r o ／ WI N编程软件 中建立脉冲串输 出 向导 ，指定一个脉冲发生器QO ． 0 ，脉冲发生器配 置为用于线性脉冲串输 出 P T O，线性P T O的 功能是提供 一个方波输 出，可以控制脉冲周期时 间 或频率和输 出脉冲数 ，并可设 定伺服马达 的最高速度 脉冲／ s 、最低速度和启动／ 停止速 度 ，最终完成脉冲串输 出向导的建立，主程序可 调用该向导子程序 ，实现对伺服马达的控制 。 服 马 达 证 纸延 H 寸1 I l 蔓 电 机芷转 赢离 器螽l ● ’ 眦 刚 l Y 讷 ＆ 马 达 进 绎 ，t f甑延 刊 ● 电 机 反 转 ， 粕 女 翰 器 台 l l 燧 审 十 数 每 于 髓 定 { Y 服 马 达 后 退 ， 归 位I I l屯 动 推 扦 】 l -起 ， 剐，f I - l电 动 推 杆 复 位 l 图3 P L C 左启动程序框 图 3 ．2 MC GS 嵌入式组态软件设计 MC GS 嵌入式组态软件系统包括组态环境和运 行环境两个部分，组 态环境相 当于一套完整的工 具软件 ，帮助用户设计和构造 自己的应用系统， 用户组态后可生成一个 “ 组态结果数据库 ”的文 件 。运 行环境 则按 照组 态环 境 中构造 的组 态工 程 ，以用户指定的方式运行 ，并进行各种处理 ， 完成用户组 态设计 的 目标和功能 。根据酥 皮机工 艺及控制要求 ，在P C 机上利用MCGS 嵌入式组 态 软件设计的组态工程，可下载到T P C 7 0 6 2 K型工控 【 2 6 】 第3 4 卷第2 期2 0 1 2 0 2 上 屏 中，对酥皮机进行 实时控制 。组态工程 包书 主控窗 口、设备窗 口、用户窗 口、实时数据库着 用户策略等五部分构成 。图4 是系统主界面，为月 户窗 口中的主窗 口，设计步骤 在 “ 用户窗 口” 中点击 “ 新建窗 口”按钮 ，建立 “ 窗 口0 ”，单 “ 窗 口属性 ”，进入 “ 用户窗 口属性设置 ”， 名称改为 “ 酥皮机控制 系统主界面 ”。双击 “ 酉 皮机 控制 系统 主界 面 ” 窗 口进入主界 面设计 ， 利用 工具箱 ，分别进行标签动 画组 态属性设置 、 单元属性设置和标准按钮构件 属性设置等 ，并 立画面图形对象与实时数据库数据变量之 间的 系，实现对系统的操作和监控 ，最终完成如图4 态界面 。在 画面 中可进行参数 的设定 与显示 、 钮操作和设备工作过程的动画显示。 图4酥皮机动画组态界面 4 结束语 基于西 门子S 7 2 0 0 系列 P L C 及MC G S 嵌入式一 体机 触摸屏 开发的全 自动酥皮机控制 系统 ， 具 有操作简单 、实时监控 、动 画显示等功能 ， 场实 际应用表明 ，该控制 系统性能稳定 、安全 靠。全 自动酥皮机的研制迎合 了国内市场需求 ， 满足了企业客户的需求。 参考文献 【 1 】S 7 2 0 0 可编程序控制器系统手册【 z 】 ． 北京 西门子 中国 有限公司自动化与驱动集团， 2 0 0 4 ． 【 2 】深入浅 出西 门子S 7 2 0 0 P L C[ Z ] ． 北京 西 门子 中国 有l 公司自动化与驱动集团， 2 0 0 7 ． 【 3 ]MC GS 用户手册 嵌入版 [ z 】 ． 北京 北京昆仑通态 自动1 软件有限公 司， 2 0 0 8 ． 【 4 】袁秀英 ． 组态控制技 术【 M】 ． 北京 电子工业 出版社， 2 0 0 6 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m