基于PLC和觸摸屏的食品包裝自動化生產線控制系統設計

[摘 要] 隨著社會經濟、科學技術的快速發展，人們對食品包裝也提出了更高的要求，傳統食品包裝生產線已不能適應現代化社會發展下人們的多樣化需求，為了食品包裝生產效率及其質量的提升，應快速提升食品生產包裝自動化水平。分析基于PLC和觸摸屏的食品包裝自動化生產線控制系統設計，并提出實用性應用策略。

[關 鍵 詞] PLC；觸摸屏；食品包裝自動化生產線；控制系統設計

[中圖分類號] TP273 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）18-0180-02

隨著人們生活水平的不斷提升，對食品的需求量也隨之增大。這時食品生產企業應基于市場實際訂單需求量，及時調整食品種類，合理安排食品生產線，適當改善生產線食品配方及其工藝參數，嚴格控制溫度及時間等顯得尤為重要。而傳統的手動、機械式食品包裝技術已經不能滿足多樣化、定制化的要求。西方國家的食品生產線自動化程度很高，國內的生產線大都是人工模式，或者是半自動控制，此類模式生產效率低，其間工藝參數的調整需要很多時間。這些問題都說明分析基于PLC和觸摸屏的食品包裝自動化生產線控制系統設計，對國內食品加工行業發展有著很大的推進意義。

一、食品包裝自動化生產線概論

食品包裝自動生產線包括自動包裝機、輔助設備、輸送裝置、食品包裝、檢測、自動調整補償設備控制幾個方面，需要包裝的產品要持續送上生產線，在一定位置加入包裝材料，產品根據相應的工藝流程，最后由另一端輸出，此類工藝流程不需要人工加入，可以直接自動化完成輸送和包裝。

（一）顆粒及粉末材料包裝流程

顆粒及粉末材料包裝流程主要是：1.包裝材料的輸送，這是為了有效避免柔性材料由于不同張力的伸縮而導致商標圖案不完整，而裝設的自動檢測補償裝置；2.包裝材料的成型，這是用成型機構將包裝材料設定成規定的形狀，之后再進行封邊，僅需給物料的填充保留一邊開口；3.物料的稱量及其填充：給稱量機上裝設物重檢測設備，以此進行物料高精度動態稱量，之后再基于自重或者是加料機構把已經成型的產品裝進袋中；4.封口（抽氣、充氣），填料完成之后的產品應進行封口，不同產品應選擇不同方式；5.切斷輸送，可以同時實現制袋和加料的包裝機大都是在產品全部包裝完成之后，進行送出切斷操作；6.物重選別，這主要是二次稱量之后篩選出合格的產品，未達標的產品則應及時分流。

（二）自動包裝線簡述

自動包裝線包括稱量機、成型充填封口機、物重選別機、打印器、輸送機等設備，基于規范的工藝流程要求合理控制系統功能：其一，著眼于包裝物品輸入，再到產品輸出等各個環節的順序控制；其二，稱量重量模擬量有效控制；其三，嚴格監視相關設備具體運行情況，及時輸入工作參數，同時合理簡化操作面板，這些都應具備科學有效的人機界面；其四，要具備科學完善的故障檢測及其警報功能。

（三）氣動執行元件

生產線上所有的動態稱量機及其成型充填封口機，或者是打印設備等，均應是基于氣動執行元件來實現，利用電磁閥來控制汽缸，確保其有效完成相應操作。其間包裝材料的輸送及其牽引，或者是包裝操作完成之后，再進行選別和輸送，這些程序及其設備均應以電動機來實現。

二、食品包裝自動化生產線工藝流程

傳統食品包裝都是采用手工來完成的，隨著社會的不斷發展，此類包裝方式早已適應不了現代化社會發展需求，為了提高生產線工作效率及其質量，降低工作人員的勞動量，為企業節約成本，積極研究開發新型自動化食品包裝控制系統就顯得非常必要。食品自動化包裝是基于自立袋而完成包裝的，此類自立袋可確保自動化包裝系統設計科學有效。將自立袋引入生產線流程中，從而設計新型流。生產流程改善之后，是通過高壓真空壓縮機來輸送物料，這也是物料的來源，再人工輔助將食品裝進自立袋中，同時利用自動運輸系統將其傳輸至封口機，再進行封口操作，于下個流程處進行自動噴碼，這些程序都完成之后再進行理料與整料，最終打包裝袋，整個流程的完成則表示食品包裝成功。

三、自動化生產整體方案設計

（一）設備外形

設備外形尺寸的大小是設備的長、寬、高，同時基于相應的生產流程和食品包裝特性進行設計，一般設備長度設計不可大于26200毫米，其寬度也不能大于3800毫米，高度也不能大于2400毫米。

（二）小袋人工放料速度設計

可根據每小袋10秒的速度來設計，之后的大包裝應是一個人來完成。

（三）包裝自動化生產節拍

包裝自動化生產節拍可設計成每禮包3.75秒。

（四）自立袋放置人數

應著眼于食品包裝需求和企業規模來設計，一般自立袋放置人數可設置成30個座位，具體生產中可對其進行調整。

四、生產線自動化控制設計

生產線自動化控制系統應注意以下幾方面要求：

（一）緊急操作按鈕

生產線運行中極易出現意外的情況，這時就應裝設相應的緊急按鈕在控制系統中，如果產生了意外情況，可及時按壓該按鈕，這時系統就會即刻停止，也避免了安全事故的發生。

（二）運行方式設置

生產線具體操作時，應設置相應的自動方式，并且設置一定的手動方式，這有助于系統運行產生故障時，手動方式設備維修及其調試的有效率提升。

（三）報警裝置

設備運行中出現故障時，報警設備可及時提醒相關工作人員，從而提升系統運行的安全性。

（四）互鎖及聯鎖

自動化生產控制是基于相應的程序控制來實現的，其工作方式可以是多種多樣的，但是這些方式不可以同時工作，這時就應在控制系統中設計聯鎖或者是互鎖。

（五）觸摸屏上進度條顯示

系統運行進度可利用屏幕上的進度條顯示，及時了解系統運行進度。

五、軟硬件設計

（一）硬件設計

PLC（可編程控制器），其可靠性高且編程簡單，維修方便。為了更直觀的了解生產過程以及監控信號的動態變化需上位機、觸摸屏與可編程控制器的配合，這樣才能形成科學有效的食品包裝自動生產線控制系統。其間PLC（CPU）單元為整個生產過程控制的關鍵單元，觸摸屏的RS-232串口與CPU通訊，可確保系統輸出模塊給外部設備傳輸信號，推動各個執行機構展開操作。傳感器能夠把信號充分反饋于輸入模塊，以此來改變各個執行機構運行狀態。CPU單元在輸入模塊中進行數據讀取，獲得數據變化控制的相應執行機構動態，使其形成良好的控制回路。應基于生產線需要的點數量及其系統控制來選擇適宜的PLC、觸摸屏。

（二）軟件設計

通常控制系統都是選擇三菱GT 1055（320*240）的觸摸屏，再是5.7英寸的彩色液晶屏。其結構穩定，相應的控制參數可靈活設計，也能更好地管理實時監控系統運行狀態及其整個系統。GT 1555是基于GT Designer 3而設計的程序，其具備多種控制器件、其圖形控件和功能控件，能構建各類動態功能及其控制功能，從而使得系統故障可視化，亦可深層讀取PLC中的海量數據，同時充分顯示現場各類數據。

1.變量設定

相關的變量與觸摸屏組態功能、PLC響應接點以及相應的儲存單元構建聯系，這樣觸摸屏敏感元件的PLC參數進行輸入時，PLC的豎直及其警報信號可以給觸摸屏相應的輸出信號。

2.設置通訊參數以確保觸摸屏及PLC的通信

基于生產線相關控制要求來設計控制各功能的實際操作界面。下級界面都會設置返回上級界面的按鈕，設置參數的子界面及其手動模式等也會設置相應的統計界面切換按鈕。其間相應的手動模式可提供生產線的變頻器啟停控制、上料和卸料的皮帶正反轉控制、閘口的開關控制。自立袋生產數量及其閘口傳輸帶的具體情況，可根據工程狀況來設置適宜的數值進行調整，同時其參數可充分顯示于觸摸屏上，自動畫面上會顯示變頻器運行

速度，以及其相應的生產數量及生產設置。

3.PLC程序設計

食品包裝自動化生產線控制系統多采用CT simulator 3 PLC模擬，此類軟件是調試軟件，能夠快速地編寫程序，再展開相應的模擬調試。為了確保生產線具備適當的柔性，其程序可進行手動操作也可自動運行。基于生產線來完成相應的動作功能，PLC程序設計應全面考慮包裝對象的具體特征及其工序間的聯系。比如電機突然加減速，這時自立袋向其相應的護欄之間倒料或者是滑動，為了有效防止此類情況的出現，則程序設計的電機應是加減速模式，其速度以及加減速時間數值可隨時調節。同時封口機前面應設置報警器，如果物料堵塞了封口機會及時發出警報。噴碼處、禮包包裝處務必設置相應的計數器，以此來確保食品包裝自動化生產線及時轉為智能運行。注重滿載操作的各方面要求，相應的控制操作應以觸摸屏以及PLC控制系統來實現。

隨著人們生活水平的不斷提升，對食品的需求量也隨之增大。傳統食品生產線早已不能適應現代化社會發展要求，西方國家的食品生產線自動化程度很高，國內的生產線大都是人工模式，或者是半自動控制，此類模式生產效率低，其間工藝參數的調整需要很多時間，這嚴重影響了產品的快捷支付。這些問題都說明分析基于PLC和觸摸屏的食品包裝自動化生產線控制系統設計，對國內食品加工行業發展有著很大的推進意義。本文分析了基于PLC和觸摸屏的食品包裝自動化生產線控制系統設計，并提出實用性應用策略，以期提升國內食品包裝自動化生產線控制系統的設計水平。

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