基于PLC的面粉包裝機(jī)開發(fā)過程

劉金雯 馬曉錄

摘 要：PLC控制的面粉包裝機(jī)已經(jīng)十分普及，通過對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的考察，我們提出了更加具有操作性、控制過程更加完備的觸屏操作包裝機(jī)設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)可以通過觸屏設(shè)定各個(gè)運(yùn)行參數(shù)并帶有變頻節(jié)能功能，也可以通過手動(dòng)操作控制每個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)的工作，對(duì)于大型面粉廠來說，通過這種系統(tǒng)進(jìn)行不同生產(chǎn)線的控制能一定程度上節(jié)約資源，優(yōu)化配置。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)包裝；PLC；變頻

傳統(tǒng)的面粉包裝采用人工干預(yù)的半機(jī)械化操作，雖然相對(duì)于過去的人工操作效率略有提升，但準(zhǔn)確度和品控往往出現(xiàn)問題。近年來，全自動(dòng)的面粉包裝機(jī)已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用，基于各類傳感器和執(zhí)行器的面粉包裝機(jī)無論從生產(chǎn)效率和質(zhì)量控制上來說都有著明顯的提高，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，我們采用了三菱的PLC進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了面粉自動(dòng)包裝的智能化和觸屏參數(shù)微調(diào)控制。

三菱PLC可以精確的計(jì)量包裝精度，通過觸屏監(jiān)控其運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)實(shí)際需求隨時(shí)調(diào)節(jié)，充分發(fā)揮了可編程控制器在自動(dòng)化方面的優(yōu)勢(shì)，此次采用的PLC還有變頻調(diào)速功能，提高了資源的利用率。在多生產(chǎn)線、多產(chǎn)品線和大規(guī)模自動(dòng)化升級(jí)的面粉加工廠能發(fā)揮出最大優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景廣闊。

一、工作流程

機(jī)械部分采用氣壓傳動(dòng)，主要元件包括單作用氣缸和電磁閥。通過電磁閥對(duì)氣缸的控制，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)料倉(cāng)門開閉、包裝袋取袋、送袋、開袋、夾緊和傳遞等過程，工藝流程如圖所示：

如圖所示，光電開關(guān)確定包裝袋就緒，有問題則產(chǎn)生中斷報(bào)警，否則進(jìn)行下一步驅(qū)動(dòng)電磁閥使用吸盤抓取包裝袋，由壓力定位輥輪進(jìn)行定位后開始灌裝，稱重系統(tǒng)用于判斷是否灌裝合格。

二、硬件結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)包括開關(guān)控制和模擬量變頻調(diào)速控制。允許連續(xù)自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行兩種模式，在手動(dòng)模式下，需要顯示的動(dòng)作狀態(tài)信息較多，無法采用信號(hào)燈或電器按鈕的方式進(jìn)行，必須采用觸摸屏和總線的方式。經(jīng)過參數(shù)比較，采用三菱公司的觸摸屏。

經(jīng)過計(jì)算，本系統(tǒng)需要數(shù)字量輸入端口23各，其中光電傳感器2個(gè)，壓力開關(guān)2個(gè)，氣缸運(yùn)動(dòng)限位器19個(gè)。數(shù)字輸出量15個(gè)，其中用于控制傳送帶電機(jī)接觸器的1個(gè)，控制氣缸電磁閥的14個(gè)。變頻調(diào)速器需單獨(dú)占用兩個(gè)輸入和一個(gè)輸出。稱量傳感器測(cè)量裝袋質(zhì)量，電壓信號(hào)輸入模擬量輸入通道，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值后關(guān)閉料倉(cāng)。速度傳感器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速并轉(zhuǎn)化為模擬量輸入通道與設(shè)定值比較。通過PID計(jì)算，運(yùn)算結(jié)果使用模擬量通道來控制變頻器，實(shí)現(xiàn)節(jié)能變頻。這里的變頻器采用三菱公司FR-D740-7.5K-CHT型，傳動(dòng)部分使用減速機(jī)構(gòu)和鏈條構(gòu)成，最大化減少震動(dòng)。

主控單元使用三菱公司的FX2N-48MR，增加模擬量擴(kuò)展FX2N-3A，增加GOT1155觸摸屏幕。FX2N-48MR-001是日本三菱公司的可編程控制器（PLC），繼電器輸出及輸入24點(diǎn)，輸出24點(diǎn)。FX2N是FX系列中功能最強(qiáng)、速度最高的微型PLC，內(nèi)置用戶存儲(chǔ)器8Kb，可擴(kuò)展到16Kb，最大可擴(kuò)展到256個(gè)I/O點(diǎn)，可有多種特殊功能擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)多種特殊控制功能（PID、高速計(jì)數(shù)、A/D、D/A、等）。有功能很強(qiáng)的數(shù)學(xué)指令集。通過通信擴(kuò)展板或特殊適配器可實(shí)現(xiàn)多種通信和數(shù)據(jù)鏈接。其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)配置靈活，具有簡(jiǎn)單的外部機(jī)器通訊功能，外部設(shè)備通用性也比較強(qiáng)，且運(yùn)算速度較高。

三、軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)核心功能即自動(dòng)運(yùn)行包裝，主線步驟為運(yùn)行、暫停、結(jié)束、復(fù)位。手動(dòng)功能較為復(fù)雜，包括所有執(zhí)行部件的進(jìn)退啟停操作。編程過程主要采用GT-Designer軟件進(jìn)行編輯，設(shè)定分別在按鈕按下、抬起時(shí)對(duì)執(zhí)行部件進(jìn)行操作。參數(shù)設(shè)定部分，可以按照生產(chǎn)實(shí)際的需求，設(shè)定任意轉(zhuǎn)速和計(jì)數(shù)參數(shù)，并能夠?qū)γ總€(gè)參數(shù)的上限進(jìn)行分別設(shè)置，超過臨界值的狀態(tài)設(shè)定保護(hù)中斷或報(bào)警中斷，具體編程過程略過不表。

四、總結(jié)

通過一定時(shí)間的試用調(diào)整，本次設(shè)計(jì)采用的氣壓傳動(dòng)、變頻調(diào)速和觸屏控制均發(fā)揮了應(yīng)有的作用，使面粉包裝更精確更可靠，維護(hù)性和安全性顯著提高。由于有全參數(shù)的觸屏控制，對(duì)于新生產(chǎn)線的研發(fā)設(shè)計(jì)也更加有用，對(duì)于提高生產(chǎn)效率和節(jié)約成本有非常客觀的應(yīng)用前景。

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作者簡(jiǎn)介：劉金雯（1987-），女，漢族，河南鶴壁人，本科，講師，研究方向：通信工程，機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)；馬曉錄（1964-），男，河南武陟人，教授，研究方向：糧油食品機(jī)械設(shè)計(jì)及理論，新材料及加工技術(shù)。