基于施耐德Twido PLC的自动称重包装机的控制.pdf

参l 訇 化 基于施耐德T w i d o P L C 的 自动称重包装机的控制 Schnei der t w i do PL C- bas ed cont r ol of aut om at i c w ei ghi ng an d packi ng m achi ne 曾繁玲 ZENG F a n ． 1 i n g 罗定职业技术学院，罗定 5 2 7 2 0 0 摘要采用P L C 对自动称重包装机进行控制 ，能实现自动送料、自动称重下料、自动装袋、自动计数 等控制功能，并给出了完整的控制程序。控制系统启动平稳 ，性能稳定可靠 ，故障率低 ，具 有很好的实用价值。 关键词T wi d o P L C；称重；自动包装；控制 中图分类号 ；T P 2 7 3 文献标识码 B D o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 -0 1 3 4 ． 2 0 1 2 ． 5 上 ． 4 5 0 引言 在 粮食、化肥 、饲料等行业 中都 需要对成品 的物料进 行定量包装。称重包装技 术的发展大致 经历 了手 工称 量、继 电器控制、称 重仪表控制、 P LC 控 制等几个阶段 。而使用P L C控制 的装置具 有高可靠性 、可编程 、易于扩展、具 有强大的功 能 、丰 富的的通 信方式、适合工业控 制环境等优 点 ，成为 工业 自动控 制的首选产品。本文针对粉 状或颗粒状 物质的成品包装，选用施 耐德电气有 限公司的T wi d o 型可编程控制器为控制平台，能够 完成 自动送料 、 自动称 重下料 、 自动 装袋、 自动 计数的过程 。 1 自动双秤包装机的组成及工作原理 1 ． 1 包装机的组成 自动 双 秤 包装 机 主要 由供料 部 分 、称 重 部 分 、装料部分 和传送部 分组 成。供料 部分是将 成 品 的物 料 由传 送 设 备 输 送过 来称 量 。 称 重 部 分 是 采用双计量磅秤进行成品称量， 由A、B 秤振荡器 向A秤和B秤秤斗给料 ，测量物料重量。装料部分 是将完成标准重量 的成 品物料 的装袋 过程 。传送 部分是将成 品的物料通过传送设备进 行称 量及将 装袋的物料通过输送带运走 。包装机 的组 成原理 图 如 图 1 所 示 。 1 ． 2 工作原理 自动双秤 包装机 的工作 原理 流程 图如 图2 所 示 。当传送 设备将 成 品的物料送 来时 ，A秤 和B 秤 振 荡 器 起 荡 ，振 荡 器 挡 板 打 开 ， 当 到达 大 给 料 重 量 时 ，挡 板 关 闭 ，进 行 小 振 给 料 ，达 到 预 定 重 量时 ，停止给料 ，秤斗打开 ，经过渡料斗进行放 料，再落入袋内，完成一个包装循环。 文章编号1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 2 0 5 上 一0 1 4 7 0 3 图1 包装机 的组成原理 图 送料 振荡器起 振 打开振荡档板 到达大给料重量 关闭大振荡给料 关闭小振荡给料 到达 小给料重 量 打开秤 斗 装 袋 图2 自动双秤 包装机 的工作原理流程 图 收稿日期2 0 1 2 - 0 3 -2 5 作者简介曾繁玲 1 9 7 1 一，女，广东罗定人，本科，主要从事电机控制、P L C 和电力电子等技术的应用与研究。 第3 4 卷第5 期2 0 1 2 0 5 上 [ 1 4 7 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 务l 訇 似 2 控制系统的设计 本控制系统的要求如下 1 A、B 两秤的控制方案相同。 2 控制 系统设置 了外部计数功能 ，可以对包 装机完成的袋数进行统计 。同时为了掌握控制器的 工作情况 ，了解其使用寿命，设置 了内部计数器， 最大的计数值为5 0 0 0 ，且设置了计数复位功能。 3 当A秤 发生故障时，控 制系统会 自动切换 到B秤称重当B秤发生故障时 ，控制系统会 自动 切换NA秤称重。 4在称 斗控制 中，为 了防止A、B两秤 斗同 时打开，A秤斗和B 秤斗之间有有互锁功能。 2 ． 1称重部分设计 在控 制系统 的设计 中，物料定量是物料 包装 时 的一个重 要工序 ，定量精确 与否将直接影 响包 装质量 。根 据物料的物理化学性 质、 自然形 态 、 包装规格及 销售 、使用 习惯 的不 同，需选 用不 同 的定量方法 。常用的定量方法 有计数法 定量、容 积法定量 、称 重法定量三种 。由于该控 制系统是 针 对粉 状 或 颗粒 状 物质 ，且 要 求 的定 量 精度 较 高，所 以采用称量法定量。 称量 法定量法采 用杠杆力矩平衡原理 的间歇 称量法 。秤的基本组成部分 为秤梁 、配 重主砝码 与微调砝码、支承座 、称量料斗等，如图3 所示 。 由力矩平衡原理及m W／ g 可得 w wl L l w2 L 2 w3 L 3 ／ L o - Wo 或 m m1 L 1 m2 L 2 m3 L 3 ／ L 0 一 mo 式 中L 表示秤 梁重心 到支承 点0的水平距 离；L 表示主砝码到支承点O的水平距离 ；L ， 表示 微调砝码到支承点0的水平距离；L n 表示称量料 斗 重心到支承点。的水平距离；w表示称量物料的重 力 ；m表示所称量物料的质量 ；w 表示秤梁 的重 力；m 表示秤梁 的质量 ；w 表示主砝码的重力 m 表示主砝码 的质量 ；W， 表示微调砝码 的质量； m 表示微调砝码 的质量 ；w。 表示称量斗 的重力； r n 0 表示称量斗的质量。 对于给定的杠杆来说， 称量料 斗质量m。 、秤梁 质量m 及长度L 0 、L。 都为定量， 而主砝码质量m 、 微调砝码质量m3 及L 2 、L 3 为参变量， 一般称m L 为 粗调参量， m L 为细调参量 。称量时 ，先按计量值 m调好m L 、m L ， ，再 向称量料斗加入物料，使秤 梁 由向右倾料 转至水平状态 。通 常利用秤 梁的位 置变化 实现称 重定量的检测控制 ，从 而达 到对称 1 1 4 8 1 第3 4 卷第5 期2 0 1 2 - 0 5 I- 量过程的自动控制的 目的。 为 了减 少惯性 力的影响 ，常要 求给称量料斗 加料分为粗加料 、细加料 两个阶段进行 。这就需 要具有高灵敏度的检测控制装置加 以保证 。 码 O v 厂 _ ] 厂 _ ] L } _ 南 一 L 。 料斗 图 3杠杆 秤不意 图 2 ． 2称量定量检测控制装置设计 称 量 定 量检 测 控 制 装置 采 用无 触 点 检 测控 制 。无触 点检 测控制 装置应用差动变压器 、光敏 元件及 电子器件 检测传感器 ，对称量 系统 的预 定 称量程 序进行检测控制 ，得到相应信号 ，经电子 装置放 大后 ，自动控制执行机构按要 求程 序进行 称量工作。其控制的原理图如图4 所示。这种检测 控制装置工作可靠，精度高 ，速度快 。 图 4称量定最检 测控制装置 本控制系统 的秤斗A1 、B1 选择反射式光电检 测开关 ，A2 、B2 选取普通光电检 测开关 ，完全能 满足控制 系统 的要求 。其 中反射式光电检 测开关 的原理 图如 图5 所示 。 由振荡 回路 产生 的调制脉 冲经反射电路后 ，由发光管GL 辐射 出光脉冲。当 被测物体进入 受光器作 用范围时 ，被反射 回来 的 光脉冲进入光敏三极管DU；并在接收 回路 中将光 脉 冲解调 为电脉冲信号 ，再经放大器放 大和 同步 选 通 整 形 ，然 后 用数 字 积 分 或RC积分 方 式 排 除 干 扰 ，最 后经延时 或不延时 触发驱动 输 出光 电 开关控制信号。 一 I测I l J 唯 回 图 5反射式光 电检测开关原理 图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 訇 似 一 ／ 虹0 ． 0 ％ 日 0 0 ％ q 0 1 一 ％ 工 0 1 ％ 日 0 2 工0 2 一 ％ 日 0 3 虹 0 3 一／ 虹 0 4 ％ 日 0 4 L ％ 0 0 5 一 而 虹0 5 ％ q 0 6 L ． L J T wi d o P L C ％ 1 0 6％ q O T l 2 虹 0 T C 0 M 0 C O M 1 oD C 2 4 Vo 一 C 0 M C O M 2 图 6 [ ／ O接线图 2 ． 3 传送装置设计 控制 系统 的称量物料和完成装袋 的物料 是由 xC 0 D 一l R ％ C 0 E A DJ Y ％ C0P M4 S 1 0 D r_l F l J 西 AD J ” ％C v1 } 0 D 1 1 0 } 卜 _ _ _ j } 。 加 } ⋯ J s o } 名 1 0 0 Ⅲ⋯～ | 1 门 I ” ’ l 丫 P E l 0 TB 1 ms AD J Y 名T H 1 P 1 0 0 ％ 1 C I 1 名 TM1 0 鬈M1 t ， D ％M7 ％M2 l ， 名h 2 M0 M7 M_ 4 州 4 名h 4 ％h 5 名 TM2 D T YP E％T M2 一 l IN TA D JB OmNs Q ≈ T 2 0 0 M2P 4 ％ Q 7 ％， M 5、 制5 I ’ 、 ％M5 名 TM30 幺H6 M6 ≈H6 TH3 I N T YP E T ON口 r ●● TB 1 m{ AD J TM3P 名6 1 0 0 聋 M 7 T M1口 名 口00 鬈M1 00 1 XM4 i 洲1 4 加 0 2 传送带来进行传送 ，送料传送带和 出品传送带 分 别由一 台电机来带动 ，选用施耐德A T V3 1 变频器 实 现 电机 调 速 。施 耐 德 电气 公 司 的AT V3 1 变 频 器 具有以下优点1 简化传动系统，大大降低故障 率 ，2 提高控制功能 ，实现控制系统的软件化。 3 使生产的产 品质量稳定，通过补偿转矩，防止 再启动和失速等功能，实现不跳闸运行。 2 ． 4 硬件设计 2 ． 4 ． 1 P L C 选型 根据上述控制系统的要求和工作原理流程 图 分析 ，该控制系统主 要为开关量控制 ，料 门的全 部动作 由气缸 驱动 ，而气缸 由电磁 阀控制 。本控 制 系统 需 A、B 秤 光 电开关 A1 、A2 、Bi 、B2 ；夹 袋按钮 ；内部计数器复位按钮和A、B 秤故障开关 8 个开关输入量 。A、B秤振荡器 ；A、B挡板电磁 阀A、B秤斗门电磁阀 ，夹袋电磁阀8 个开关输 1 7 ％L 2 、 、 10 2 ％ T M 4 I 一 ‘ Y 8 O m N s。 } 磐 l 1 n n 1 ％1 0 2 ％T M4 I ． 一 L 一 ’ O N 。 } A D J Y I ％ T M 4 P I 1 0 0 1 l 0 3 鬈T M40 等h 1 1 1 J 0 2 ％M1 7 ≈H1 2 拍 1 2 I W o ％ M 1 7 ％ M 4 H 1 一 ／ ／ 一 一 ％TM5叫 。。 l 1 ％M1 4 ％T M5Q M1 7 鬈 M1 5 下～一 1 5 ％ T MG Q ％ M1 6 M1 6 H1 6 T M6 一 l N T YP E T ON Q r T B 1 0ms AD J Y TH6P 名M1 6 1 0 聋 1 7 名 TM40 ％Q O 3 M1 1 名口 0 4 ≈ M1 4 ％ M4 ％Q 0 5 麓 1 。．％M4 ． ％ 1 0 5 乏 M1 4 ------_一 L - - - - - 一 ％MO ％ M5 名M1 5 ％ MO 。 ⋯ l 、 “ 0 ％ Q 0 6 图 7自动双秤包装机 的梯形 图 【 下转第1 5 8 页】 第3 4 卷第5 期2 0 1 2 0 5 上 [ 1 4 9 ] 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 匐 似 4 摩托车桩考系统的调试 由于本 课题组主要 负责摩托车桩考 系统的场 地 部分设计 ，计 算机 管理软件 由另外 的课 题组负 责 ，所 以在 未提 供计算机管理软件 的情 况下 ，主 要采用以下测试 方案 1 系统功能的测试。 2 系统功耗的测试 。 1 0 结束语 本文 在分析现有摩 托车电子考核 系统 的基础 上 ，根据公 安部7 1 号令 的要 求设 计了一种新 的、 性能更为 优越的摩托车 电子桩考 系统 。系统 中利 用 了当今 的高性能传感器件 、先进的无线传输技 术和 电源低功耗技术等 。在使 用单片机进行数据 采 集和控 制 的 同时 ，本文提 出基 于ARM嵌 入式 处理器和p C ／ OS 一 Ⅱ嵌入式操作 系统技术进 行摩托 车桩考 系统的设计方案 ，并设 计了相应的硬件 电 路 ，编写 了软件程序。 参考文献 【 1 】兰图 ． 多场 地 汽车 电子桩 考仪 通信系统与管理软件 设计 【 D】 ．厦 门 厦 门大学， 2 0 0 7 ． [ 2 】唐优 华． 机 动 车驾 驶 员考 核 系统 设 计与 研 究 【 D】 ． 成都 西南交通大学 ．2 0 0 6 ． 【 3 】周立功． A R M嵌入式系统基础教程【 M】 ． 北京北京航空航天 大学 出版社， 2 0 0 5 ． [ 4 j4 刘建翔， 董浩斌． 基于P T R 8 0 0 0 的无线数据传输 系统设计【 J 】 ． 科技情报 与经 济， 2 0 0 7 ， 1 6 2 3 2 ． 2 3 4 ． 【 5 】Lu o Yu n Hu ， F a n g ， S h u Hu a ， Mu l t i f u n c t i o n a l a r mi n g c a r d b a s e d o n I S D2 5 1 2 0 a n d i t s a p p l i c a t i o n [ J ] ． Di a n l i Zi d o n g h u a Sh e be i ， El e c t r i c Powe r ． 2 006 38 4 0． 【 6 】张 良． 用MA X8 1 3 L 设计单 片机 看门狗与 电源监控电路 [ J ] ． 单片机与嵌入 式系统应用， 2 0 0 1 ， 0 5 ． 【 7 】Ne l s o n，E． C， P r a s e d ， K．V, Ra s i n N ， S i mo n d s ， C． J ． An e mb e d d e d ar chi t ec t ur al f r am eWor k f or i nt er act i on bet w ee n a ut om o bi l es a nd cons ume r devi c es ．[ J 】 ． Re a l Ti me a n d E mb e d d e d T e c h n o l o g y a n d Ap p l i c a t i o n s S y mp o s i u m， 2 0 0 4 ． p r oc e e di ng s ． RTAS 2 0 04． 1 0 t h I EEE， 2 0 04 1 92 1 9 9． j岛‘ {盎} {是 {＆● {出‘ {矗‘ ． ．{函‘ {文I {＆‘ {＆‘ ． h‘ {＆‘ {＆‘ ．． 岛‘ ＆‘幽． 出 重‘ {盘‘ {矗‘ 重‘ 【 上 接第 1 4 9 页 】 出量 。但从经济、维修、性价 比和控制系统的扩展 性等因素考虑，可选用施耐德T w i d o P L C系列可编 程控制器。C P U的型号为TWDI MDA4 0 D uK 2 4 点 输入、1 6 点输出，采用2 4 V直流电源供电。 2 ． 4 ． 2 I ／ O分配表 输入／ 输 出 I ／ O分配表见表l 所示。 表1 I／ O分配表 输 入 输出 A秤斗 光电开关A1 ％1 0 ． 0 A秤振荡器 ％QO ． 0 A秤挡板 电磁 阀 A秤斗 光电开关A2 ％1 0 ． 1 ％QO ． 1 YVO A秤秤 斗斗门电磁 B 秤斗 光电开关B1 ％1 0 ． 2 ％QO ． 2 阀 YV 1 B 秤 斗光电开关B 2 ％1 0 ．3 B秤振荡器 ％QO ． 3 B 秤 挡板 电磁 阀 夹袋按钮 S B 0 ％1 0 -4 ％QO ． 4 YV2 内部 计数器复位按 B 秤秤斗 门电磁 阀 ％ 1 0 ．5 ％QO ． 5 钮S B1 YV3 A秤 故障开关S 1 ％1 0 ． 6 夹 袋电磁阀Y V4 ％QO ． 6 B 秤故 障开关S 2 ％1 0 ．7 外部 计数 器 ％QO ． 7 2 ． 4 ． 3 I ／ O 接线图 I ／ o接线图如图6 所示 。 2 ． 4 ． 4软件设计 所 设 计 的 自动 双 秤 包 装 机 控 制 系 统 的 梯 形 图 如 图 7 所 示 。％M l ～ ％M7为A秤 的 辅 助 [ 1 5 8 ] 第3 4 卷第5 期2 0 1 2 - 0 5 上 继 电 器 ， ％TM 1 ～ ％TM 3 为 A秤 控 制 的 时 间 继 电 器 ， ％M l l ～ ％M l 7为 B秤 的 辅 助 继 电 器 ， ％TM 4～ ％ TM 6为 B秤 控 制 的 时 间 继 电 器，％M0 为夹袋控制辅助继 电器 。 对 内部计数程序说明如下 1 ％C 0 、％C1 、％C 2 为双 向计数器 ，采用加 计数功能 ，设置值 分别为1 O 、1 0 、5 0 ，因此 ，最 大计数为1 0 1 O 5 0 5 0 0 0 。 2 计数器利用秤斗门作为} J U l 触发信 号，％ M4 、 ％M1 4 分别为A、B秤斗辅助控制继 电器。 3 ％1 0 ． 5 为外部输入信号，作为计数器复位信号。 3 结束语 用P L C对 自动 称重包装机 进行控制 ，操作 简 单快捷 ，系统启动平稳 ，性能稳 定可靠 ，故障 率 低，具有很好 的实用价值。 参考文献 【 l 】张兴国． 可编程序 控制器 技术及应 用【 M】 ． 北京 中国电力 出版社， 2 0 0 6 ． 【 2 】曾繁玲． 施耐德P L C、变 频器入 门与应用实i l l [ M] ． 北京 中国 电力 出版社 ， 2 0 1 1 ． 【 3 】王永华． 现代 电气控制 及P L C应用技术 【 M】 ． 北京 北 京航 空航天大学 出版社 ， 2 0 0 3 ． 【 4 ]郭湘君， 李振 亮， 李亚 ． P L C 在称 重式 自动定 量包装机上 的 应用 f J 】 ． 微计算机信 息， 2 0 1 0 ， 1 1 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m