基于 PLC 的全自动包装机控制系统开发与实现.pdf

第 2 4卷第 4 期 2 0 1 4年 8 月 广东石油化工学院学报 J o u ma l o f G u a n g d o n g U n i v e r s i t y o f P e t r o c h e mi c a l T e c h n o l o g y Vo 1 ． 2 4 No． 4 A u g u s t 2 0 1 4 基 于 P L C的全 自动包装 机控 制 系统开发 与实现 邓 昌奇 广东石油化工学院 机电学院， 广东 茂名 5 2 5 0 0 0 摘要 针对化肥粉末料的特点 ， 提出了一种基于 P L C控制器的自动计量混合包装机的控制系统， 实现称量、 混合、 包装以及 封口等工作过程的自动控制， 具有浪费少、 控制方便和动态称量等特点， 可用于各种粉末状、 颗粒状等肥料称重包装。系统 在现场实验和运行中的各项性能指标稳定可靠， 计量精度达到了设计的要求， 实现了包装机 自动控制的目的。 关键词 P L C ； 触摸屏 ； 包装机 ； 全 自动 中图分类号 T B 4 8 6 文献标识码 A 文章编号 2 0 9 5256 2 2 0 1 4 0 4 0 0 3 0 0 4 随着生产和生活的不断发展， 人们对包装技术提出了更高的要求。各类物料的计量精度直接关系到 包装企业 的产品销售 ， 进而对企业的生存 、 发展和经济效益产生影响。大多数机械生产企业都重视采用高 度 自动化 的生产线 ， 相 比之下， 化肥产品的生产包装本身就不够重视 自动化生产线 ， 其应用很少 ， 相关研究 也不多 ， 在化肥行业中各物料 的计量精度 ， 更没有引起企业的高度重视 。提高化肥各物料的计量包装精度 一 直是困扰企业的难题L 1 ] 。笔者根据化肥的特点研制开发了化肥 的 自动计量混合包装机控制系统 ， 着重 介绍了一种基于 P L C和触摸屏的全自动包装机控制系统， 并对控制系统的流程和实现作详细介绍。 1 计量 包装机的构成 1 ． 1 全 自动计量包装机的设计与实现 全 自动计量包装机主要用于各粉状、 颗粒状肥 料的定量计量包装 ， 混料搅拌桶 内设有涡轮搅拌器 ， 驱动涡轮由输入轴穿过密封固定座联接传动机构 。 以电动机为动力 ， 实现了混料机对物料的 自动搅拌 、 自动下料控制 ， 运输机的 自动运输 ， 包装机的自动打 包 ， 以达到混料机 内部任何位置物料混合均匀 的 目 的 ， 可在无人操 作 的条件下 达到 自动包装 的 目的。 下料泵 、 搅拌器、 混料搅拌桶主体 含驱动 叶轮 、 工 艺管、 附件及计量检测装置的定位等设计见图 1 _2 J 。 1 ． 2自动运输机的结构设计与实现 图 1 全 自动计量包装机结构图 全 自动计量包装机 中各物料的定量计量是本机的关键技术 ， 包括称重采用波纹管称重压力传感器检 测装置、 A ／ D转换器采用 F x 2 一 4 A D模拟量输入模块、 气动电磁阀、 P I E采用三菱 F 一 3 2 M R等装置。皮 带运输处理装置包括上级皮带运输机 、 热锁口机和下级皮带运输机 。在混料机 中经混合搅拌后 的均匀 物料放到包装袋后 ， 经过上级皮带运输机运送到锁 口机锁 口， 锁 口后送到下级皮带运输处理机 ， 将包装好 的包装袋输送上汽车装运。为了满足工艺要求 ， 不使皮带运输机超载和货物堆积 ， 在启动时反启 ， 停止时 收稿 日期 2 0 1 40 5 1 6 ； 修 回 日期 2 0 1 4 0 6 0 8 基金项 目 2 0 1 1 年广东省部产学研引导项 目 2 0 1 1 B 0 9 0 4 0 0 2 0 9 ； 2 0 1 1 年广东省科技型中小企业技术创新专项资金项 目 2 0 1 1 C Y 1 7 9 作者简介 邓 昌奇 1 9 6 3 一 ， 男 ， 四川 自贡人 ， 硕士 ， 教授 ， 主要从事数控机床 、 机电一体化技术方 面的研究 。 第 4期 邓 昌奇 基于 P L C的全 自动包装机控制系统开发与实现 3 l 顺停 。皮带运输机结构见 图 2 。 2 自动计量处理装置的设计与实现 计量处理会影响整个包装机的性能质量。在称 重计量环节 ， 各计量桶内壁会粘附混合后的粉料 ， 对 实际称重有一定 的影 响， 各计 量桶采用不锈钢 内壁 的结构来减少影响。为校正误差 ， 在每次进料之前 ， 空斗质量 G 。 由可编程 控制器控 制 自动称量 ， 并把 G 。 作为下料称量质量 G 的参考点 ， 物料的总重量 停车地 料仓1 丝 夹布 。 图 2 皮带运输机结构 图 地面 G 通过系统运算得 G G 一G 。 。外界因素引起 的零点漂移现象对实际进料值受 到的影响降低 到最小 值 [ 4 ] 。在包装进料环节 ， 为使进料速度和计量包装的准确性得到保证 ， 系统采用快速进料和微调进料相结 合 的方式。将快速进料 阈值设置为 目标值的 9 0 ％， 快进料速度较快L 5 j ， 到达 目标值后 电磁阀关闭一部分。 加料精确度可 以通过微调进料来提高 ， 微调进料的阈值等于 目标值与过冲量之差。系统加料达到设定值 时 ， 微调进料阀会 自动关闭 ， 在加料装袋过程 中， 物料 的下料的冲击对系统造成振动 ， 会造成包装质量瞬时 增加， 会造成过冲现象。实际加料量等于微调进料加上过冲量， 为了使过冲量能使系统自动校正， 系统采 用闭环前馈控制技术 。基本原理是根据上次装袋的误差来调整本次称量计量过程 中产生的过冲量 ， 称量 值与 目标值的偏差通过微进料阀门开关时间来调整 ， 可 以提高定量包装的精确度 J 。 3 系统软件 的设计 3 ． 1 触摸屏画面设计 触摸屏是专 为 P L C 可编程逻辑控制器 而设计的互动式工作站 ， 具有与各种 品牌 P I E连线的监控能 力 ， 适用于恶劣的工作环境 ， 能够替代普通工控机 。触摸屏可 以随时跟踪设备和系统的运行状态 ， 通过人 机界面向 P I E发出指令和传送数据 ， 再通过可编程 控制器完成对系统或设备的开关量和数据量进行控 制。人机界面可以制作成多幅多种监控画面， 替代 传统的电气操作面板及显示记 录仪等 ， 而且具有功 能更加强大的特点。人机界面触摸屏选用 2 5 6色的 三菱 F 9 4 0 WG O TT W D作为显示、 操作设定单元。 计算机均采用 R S一2 3 2 通讯 口， P L C的通讯 口是 R S 一 4 2 2 ， F 、 9 4 o wG O TT WD通讯 口有两个 ， 分别 为 R S 一 2 3 2 C与 R S一4 2 2 ／ 4 8 5 。F X系列设备通讯连接线图 如图 3所示 。 3 ． 2 程序 流程 图 3 F X系列设备通讯连接线 图 初始化是对所有输入信号进行检测， 能否满足启动的条件包括检测输入信号是否有报警、 负载过载等 条件 。在满足启动条件没有报警时， 执行后面程序 ， 在人机界面选择手动还是 自动， 选择手动跳过 自动程 序 ， 执行手动程序 ， 选择 自动程序执行 自动程序 ， 跳过手动程序 ， 优点是执行程序 的时间缩短。在 自动程序 中首先对各混合原料分别进行称重计量， 所有原料达到要求的重量后， 开启各 自的气动电磁阀， 将各原料 放到混合桶 中进行充分混合搅拌 ， 搅拌均匀后开启混合物气动电磁阀 ， 将混合物下料到包装袋里 ， 同时开 启传送带电机 ， 将包装袋经传送带传送到锁 1 3 机进行锁 口。由于称重计量到达要求和开启气动电磁阀有 一 定的时间延时， 控制电磁阀要采用前馈控制。手动程序包括 各原料的手动计量、 各原料的电磁阀手动 开启、 手动混合搅拌、 手动混合物后的电磁阀、 手动传送带和手动锁口等操作。手动主要是为了调试设备 和出现故障时对故障设备进行维修 。系统控制流程如图 4所示 。 第 4期 邓 昌奇 基于 P L C的全 自动包装机控制系统开发与实现 3 3 等优势 ， 加之触摸屏友好的人机界面功能 ， 获得了用户满意的使用效果 ， 值得推广应用。 [ 参考文献] [ 1 ] 余勃． 包装生产线分布式监控系统的设计[ J ] ． 包装工程， 2 o o 6 5 6 3 6 5 ． [ 2 ]邓昌奇 ， 房伟新， 钟坤石， 等 ． 自动混料机 中国， Z L 2 0 1 1 2 0 0 5 9 6 0 3 ． 0 [ P ] ． 2 0 1 1 0 3 0 9 ． [ 3 ] 邓昌奇 ， 房伟新， 钟坤石， 等 ． 自动运输机 中国， Z L 2 0 1 1 2 0 0 6 9 9 1 3 ． 0 [ P ] ． 2 0 1 1 0 31 7 ． [ 4 ] 孙虎儿 ． 小杂粮 自动定量包装 自动控制系统的设计[ J ] ． 包装工程， 2 0 0 8 ， 2 9 1 2 8 1 8 2 [ 5 ]毛谦敏． 单片机控制的定量包装系统[ J ] ． 包装工程， 1 9 9 9 ， 2 0 3 5 3 5 5 ． [ 6 ]樊斌 ． 红外线传感器应用时的自动零位跟踪[ J ] ． 传感器技术， 2 0 0 1 ， 2 0 1 0 2 2 2 3 ． De v e l o p me n t a n d Ac hi e v e me nt o f Aut o Pa c k a g i n g M a c h i n e r y Co n t r o l S y s t e m Ba s e d o n P LC DENG Ch a n g q i C o l l e g e o f Me c h a n i c a l a n d E l ect r i c a l E n g i n e e r i n g ，G u ang d o n g U n i v e r s i t y o f P e t r o c h e m i c a l T ech n o l o g y ， M a o min g 5 2 5 0 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t A c o n t r o l s y s t e m o f a u t o w e i g h t i n g a u t o mix e d p ac k a g i n gma c h i n e c a n b e b a s e d o n P L C a c c o r d i n gt ot h e c h a r a c t e ri s t i c s o f f e r - t i li z e r p o w d e r y ． T h e s y s t e m c a n r e a l i z e a u t o m a ti c c o n t r o l o f w e i ght i n g ， m i x i ng， p a c k i n g ， a n d a u t o s e a l i n g o fff u n c ti o n ． I t h a s the c h a l C - t e ri s t i c s o f l e s s w a s t e ，c o n v e n i e n t c o n t r o l and d y n a mi c s we i g h i n g f u n c ti o n e t c ．I t C an be u s e d i n f e r t i l i z e r we i g h i n g p a c k nge of pow d e ry a n d a n u l a r ．V a r i o u s p e r f o r ma n c e i n d i c a t o r s a r e p r o v e d t o be s t a b l e an d r e l i a b l e b y fi e l d t e s t a n d r u n， an d me a s u r e me n t a c c u r a c y C a l l me e t the i d e al r e q u i reme n t s ， t h u s the r e s et of a u t oc o n t r o l i n pa c k a g i ng ma c h i n e i s r e a l i z e d． Ke y wo r ds P LC；To u c h s c r e e n；P a c k a g i ng ma c hin e； Ac hie v e me n t 责任编辑 梁晓道 上接 第 1 7页 E x p e r i me n t S t u d y o n S u r f a c t a n t t o I mp r o v e J a mi n E ffe c t i n Fu l i n g Da’ a n z h a i S ha l e Gas Re s e r v o i r Z HA O Z i t o n g ， T A I C h u n l e i ， J I A N G Q i m i n g S c h o o l of P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g ， Y ang t z e U n t v e r s i t y ， Wu h a n 4 3 0 1 0 0 ， C h i n a Ab s t r ac t I n rec e n t y e a r s，wi th t h e n a t u r a l g as p ric e s ris i ng s h a r p l y a n d t he d e v e l o p i ng t r e n d o f mi ning t e c h n o l o g y i n Ch i n a，s h a l e g a s d e - v e l o p m e n t h a s b e c o m e an i m por t a n t o b j e c ti v e o f f u t u r e e x p l o r a t i o n a n d d e v e l o p m e n t ． H o w e v e r ， i n th e d e v e l o p m e n t p r o c e s s th e re i s g r e a t im pac t o f J a mi n e ff e c t o n the o i l and g a s d e v e l o p me n t ，i t i s d i c u l t t o e l i minat e w i th c u r r e nt t echno l o gy ． Th e r e f o re，t h i s paper ma k e s a re- sea r c h o n s u r f a c t a n t s mi ti g a t i n g t h e J a mi n e ff e c t t o i mp mv e o i l r e c o v e ry． Ke y wo r d s S h a l e g as；J a mi n e ff ect ；E x p l o r a ti o n；S u r f a c t a n t 责任编辑 骆磊