面粉自動包裝機PLC控制系統設計

【摘 要】本文介紹了一個面粉自動包裝設備， 采用PLC 和觸摸屏電控系統進行控制，并對控制系統的軟、硬件設計和設備工作過程進行了詳細地分析。

【關鍵詞】PLC；面粉自動包裝機；觸摸屏

0 概述

面粉包裝機械能夠大大節省勞動力成本， 減輕勞動強度， 提高勞動生產率，提高包裝品質，符合現代社會對多種質量包裝食品的需求，促進面粉加工生產線的自動化。充分借鑒各種包裝機械先進控制技術，采用三菱PLC和觸摸屏對國產設備進行了技術升級改造，實現了智能化的自動包裝控制過程和可視化的參數控制。

控制系統由三菱PLC控制確定計量精度，通過三菱觸摸屏監控自動包裝機的運行狀態，可隨時根據生產要求修改控制參數。可編程序控制器在工業自動化控制領域得到了廣泛應用，具有編程功能強大、工作使用方便可靠等特點[1]。觸摸屏是人機界面友好，功能較強大的可編程終端，它集中了顯示部件和觸摸開關， 是工業控制領域應用廣泛的人機界面產品。本系統采用變頻調速技術，不但能實現控制系統對速度的控制，而且能夠節約能源、提高效率。PLC和觸摸屏相結合的控制系統，軟件和硬件簡潔可靠，適合在工業復雜環境使用，而且易于維護，有廣闊的應用前景。

1 工作原理

整個系統的運動控制主要采用氣壓傳動，氣動系統主要包括各種電磁換向閥和單作用氣缸，氣缸控制著包裝過程的一系列動作。主要包括儲料斗倉門的啟閉，還有取包裝袋、送袋，張開袋口、套裝袋、袋口夾緊、向后拉等過程。工藝流程如圖1所示。

包裝的工藝過程包括以下步驟：1）通過光電開關確定包裝袋箱是否有袋，如果有，繼續下一步，否則發出報警信息；2）取袋氣缸驅動吸盤上下運動，自動去抓取包裝袋，將包裝袋放到拖板上，通過帶傳動傳送到定位平臺，將包裝袋口輸送到兩個上下吸盤之間，定位裝置是由壓力定位輥輪構成；3）氣缸驅動吸盤吸牢袋口后，并張開袋口，通過氣缸驅動將包裝袋套入儲料斗上；4）原料由前一道工序的帶式輸送機存入儲料斗，在儲料斗套好料袋后，打開儲料斗倉門，在振動器的震動下，面粉通過出料口流入包裝袋，通過稱重傳感器實時測量灌裝質量，到達設定值后，迅速關閉儲料斗出料口；5）當灌裝結束時，通過氣缸驅動夾緊裝置，夾緊包裝袋口，然后拖到封口工序，通過封口機封口，最后拖到傳送帶上，完成了整個包裝過程。

圖1 工藝流程圖

2 硬件系統設計

2.1 系統結構

該系統既包括開關量控制， 還有模擬量變頻調速控制。設備運行方式包括自動連續運行和人工手動點動操作，這樣相對于各種操作的輸入端口、需要用于動作狀態信息顯示的輸出端口有很多。這些I/O信號如果采用的方式是常規的電器按鈕、指示燈，會很大程度增加硬件模塊及電氣連線數量，由此產生的故障率也會加大。所以我們采用的方案是PLC與觸摸屏相結合。觸摸屏的畫面是用使用三菱公司的 GT-Designer2組態軟件設計完成后，再通過上位計算機的串行通訊口下載到三菱觸摸屏。三菱PLC與觸摸屏之間的通訊連線簡潔。系統框架如圖2所示。

圖2 硬件系統框圖

2.2 I/O端口的分配

自動包裝設備共需要有數字量輸入端口22個，其中：氣缸運動限位開關19 個，壓力開關2個，光電傳感器1個。需要數字量輸出端口15個，其中氣缸運動電磁閥線圈控制14個，傳送帶電機接觸器控制1個。

變頻器調速系統共需要2個模擬量輸入端口，以及一個模擬量輸出端口。稱量傳感器測量已經流入包裝袋中料的質量，電壓值信號輸入模擬量輸入通道1，當到達設定值后， 將儲料斗倉口關閉。測速傳感器測量電機的轉速，將轉速信號轉換為電壓值信號輸入模擬量輸入通道2，經過與設定值比較、通過PID運算后，將運算結果從模擬量輸出通道輸出，輸出電壓信號作為變頻器的控制信號，實現節能變頻調速。采用三菱公司的FR-D740-7.5K-CHT型變頻器，傳動部分由減速機構與鏈條傳動部分組成，能夠起到減小振動，運行平穩的作用[2]。

主控單元采用了三菱公司的FX2N系列的PLC產品FX2N—48MR， 另外需要添加一個模擬量擴展模塊FX2N—3A[3]。 觸摸屏采用三菱公司生產 GOT1155型。

3 軟件設計

3.1 軟件總體功能

圖3是采用觸摸屏控制程序框圖。控制程序的編制是采用菜單形式。自動功能主要包括：運行、暫停、結束、復位等四個步驟。手動功能主要包括：所有進、退、起、停等運動部件的運動方式。編程主要利用GT-Designer2觸摸屏編程軟件中的交替性按鈕功能。分別在按鈕按下、抬起時，對PLC相應的輔助繼電器置位，實現PLC對某運動部件的進退控制。參數設定方法：可以按照用戶的需求，可以任意設定轉速以及計數值等參數，并能夠對參數的上限進行監控，一旦超過極限值，即給出報警提示。狀態監控部分：監視自動包裝系統的各個部件的狀態，如變頻器以及電機等的異常狀態，及時采取保護措施，并給出報警提示顯示。

3.2 PLC編程

圖3 程序框圖

采用三菱公司GX-Develop 編程軟件，在上位機上使用較為直觀的圖形化編程方法，按照順序控制設計法和步進梯形圖進行編程，梯形圖程序編譯成功后，通過上位機和PLC的通信電纜，將程序下載至三菱PLC 中。

4 結論

面粉自動包裝機采用PLC和觸摸屏相結合的自動控制方案， 采用氣壓傳動、變頻調速技術、光電傳感器技術一體化，因此本包裝設備使用簡單，性能可靠，并且設備的功能更加強大，可維護性及安全可靠性顯著提高。相對于傳統產品中存在的缺陷，比如操作復雜，工藝參數難于修改等缺點有了顯著改善，在食品加工等行業中有廣闊應用前景。

【參考文獻】

[1]常斗南.可編程序控制器原理·應用·實驗[M].北京：機械工業出版社，2003.

[2]陳其純.PLC控制器應用技術[M].北京：高等教育出版社，2004.

[3]姚國強.觸摸屏人機界面控制方式及應用[T].工程機械與維修，2004（10）.

[責任編輯：楊玉潔]