PLC在種子包裝生產(chǎn)線上的運(yùn)用研究

李亞清

（玉溪中煙種子有限責(zé)任公司，云南 玉溪 653100）

可編輯控制器具有安全可靠、定時(shí)控制閉環(huán)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、抗干擾、組裝零活、體積小等特點(diǎn)。它采用的存儲(chǔ)器是可編程序的，可以用來運(yùn)算存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯、計(jì)數(shù)、定時(shí)等。隨著時(shí)代的進(jìn)步，PLC不但能夠進(jìn)行順序控制、邏輯控制，還能夠進(jìn)行位置以及模擬量的控制，將其應(yīng)用到種子包裝生產(chǎn)線中，能夠大幅度地降低財(cái)力、物力以及人力的投入。

1 PLC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 基本結(jié)構(gòu)

PLC主要是用于控制工業(yè)的計(jì)算機(jī)，它的硬件構(gòu)成與我們常用的微型計(jì)算機(jī)基本相同（如圖1）。其基本構(gòu)成為：（1）電源。PLC的電源對于整個(gè)系統(tǒng)來說有著非常大的作用。如果沒有一個(gè)安全可靠、良好的電源，PLC是無法正常工作的。一般情況下，PLC電源的交流電壓波動(dòng)都會(huì)設(shè)定在10%～15%，同時(shí)，不需要采取任何防范措施就可以將PLC連接到電網(wǎng)中。（2）中央處理單元，俗稱CPU，它是PLC的控制中樞，它可以根據(jù)PLC系統(tǒng)中的功能將用戶的數(shù)據(jù)和程序利用編程器進(jìn)行鍵入和儲(chǔ)存。同時(shí)，檢查I/O、存儲(chǔ)器、警戒定時(shí)器以及電源的狀態(tài)和對用戶的語法進(jìn)行診斷。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先，中央處理單元應(yīng)用掃描的方式對各個(gè)輸入裝置的數(shù)據(jù)和狀態(tài)進(jìn)行現(xiàn)場接收，并且將這些數(shù)據(jù)分別存入I/O映象中。其次，逐條讀取存儲(chǔ)器中的用戶程序，經(jīng)過PLC命令解釋后，按照規(guī)范的指令進(jìn)行算數(shù)運(yùn)算和邏輯執(zhí)行。最后，將I/O映象中的數(shù)據(jù)輸入輸出裝置，循環(huán)運(yùn)行，直至運(yùn)動(dòng)停止。（3）存儲(chǔ)器。主要分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器，前者主要是存放系統(tǒng)軟件的，后者主要是存放應(yīng)用軟件的。（4）輸入輸出接口的電路。輸入接口主要是由微機(jī)和耦合電路構(gòu)成控制接口界面的輸入通道，輸出接口電路主要是控制現(xiàn)場各個(gè)部件的信號(hào)。

圖1 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖

1.2 工作原理

PLC的工作原理主要分為三個(gè)階段：（1）輸入采樣階段。在這個(gè)階段中，PLC采用掃描的方式依次讀出所有輸入的數(shù)據(jù)，并且將這些輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到I/O映象去中的每個(gè)對應(yīng)的單元內(nèi)。在采樣輸入完成后，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)入出入刷新和用戶程序執(zhí)行階段。在轉(zhuǎn)入這兩個(gè)階段過程中，即便是輸入的數(shù)據(jù)狀態(tài)發(fā)生比較大的變化，I/O映象區(qū)中數(shù)據(jù)狀態(tài)也不會(huì)發(fā)生改變。因此，如果在實(shí)際應(yīng)用過程中，如果輸入的是脈沖信號(hào)，那么這個(gè)信號(hào)的寬度要保證比一個(gè)掃描周期要大，才能保證無論在什么情況下，輸入的數(shù)據(jù)都能夠被讀入。（2）用戶程序執(zhí)行階段。在這個(gè)階段中，PLC在掃描用戶程序過程中一直遵循著由上而下的順序（梯形圖），在對每個(gè)梯形圖進(jìn)行掃描時(shí)，又總是優(yōu)先對梯形圖左邊的控制線路進(jìn)行掃描，并且按照先左后右和先上后下的順序?qū)刂凭€路進(jìn)行邏輯運(yùn)算。然后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)運(yùn)算的結(jié)果將存儲(chǔ)區(qū)中各個(gè)單元的數(shù)據(jù)狀態(tài)進(jìn)行刷新，以此來確定梯形圖中的特殊功能指令是否要執(zhí)行。（3）輸出刷新階段。在完成用戶程序掃描工作之后，PLC會(huì)直接進(jìn)行輸出刷新階段。在這個(gè)階段中，CPU會(huì)根據(jù)各個(gè)單元的數(shù)據(jù)狀態(tài)輸出鎖存電路，然后，對電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這樣才算是PLC的真正輸出。由此可見，輸入刷新、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段構(gòu)成PLC一個(gè)工作周期，由此循環(huán)往復(fù)，因此稱為循環(huán)掃描工作方式。由于輸入刷新階段是緊接輸出刷新階段后馬上進(jìn)行的，所以也將這兩個(gè)階段統(tǒng)稱為I/O刷新階段。實(shí)際上，除了執(zhí)行程序和I/O刷新外，PLC還要進(jìn)行各種錯(cuò)誤檢測（自診斷功能）并與編程工具通信，這些操作統(tǒng)稱為“監(jiān)視服務(wù)”，一般在程序執(zhí)行后進(jìn)行。綜上述，PLC的掃描工作過程圖2所示。

圖2 PLC工作原理圖

2 PLC在種子包裝生產(chǎn)線上的運(yùn)用

2.1 在一次包裝中的應(yīng)用

在種子包裝生產(chǎn)線上，一次包裝的流程為：將散裝種子提升到自動(dòng)稱量機(jī)中，使其自動(dòng)稱重，在稱重后，放到底端的包裝機(jī)里，然后通過底端的包裝機(jī)進(jìn)行自動(dòng)制袋、填充、封口，最終將成品輸出。一次包裝中的部分?jǐn)?shù)參數(shù)有：計(jì)量精度，其精度范圍在±1～2g；小袋的包裝質(zhì)量在500～3000g；包裝的速度為40～50包/min；包裝機(jī)制袋的尺寸為長度為50～480mm，寬度為80～350mm；要求的壓縮空氣為每分鐘0.6～0.65MPa；最大包材外徑的允許值為Φ400mm；卷材紙芯的內(nèi)徑為Φ75mm。PLC在一次包裝中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在對機(jī)組的開關(guān)量進(jìn)行邏輯控制。它將傳統(tǒng)的繼電器電路替換掉，對種子包裝生產(chǎn)線上的機(jī)群進(jìn)行控制，如包裝機(jī)在制袋過程中，PLC通過采集包裝機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)的信息，合理分析其是處于“1”的狀態(tài)還是處于“0”的狀態(tài)，從而判斷是開還是關(guān)，如果是“1”即開，如果是“0”即關(guān)。

2.2 在二次包裝中的應(yīng)用

在種子包裝生產(chǎn)線上，二次包裝流程為小袋產(chǎn)品經(jīng)過水平輸送、雙層爬坡輸送和高速輸送等，進(jìn)入小袋整形理包階段，在此階段，要對小袋進(jìn)行防偽碼讀取。讀取后進(jìn)入編織袋包裝機(jī)中，編織袋包裝機(jī)會(huì)自動(dòng)取大袋，并且將大袋和小袋的防偽碼進(jìn)行關(guān)聯(lián)，然后通過整理和計(jì)數(shù)自動(dòng)將大袋套在小袋上，隨后進(jìn)入全自動(dòng)縫包機(jī)中，最終輸出編織袋產(chǎn)品。PLC在種子二次包裝中的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在對模擬量控制。在種子二次包裝過程中，有非常多的連續(xù)變化量，如速度、流量、溫度、液位、壓力等。PLC在控制這些模擬量過程中，能夠?qū)⒛M量和數(shù)字量之間的D/A和A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換。除此之外，PLC還會(huì)對這些模擬量進(jìn)行閉環(huán)控制，在種子二次包裝過程中，PLC能夠?qū)刂扑惴ǔ绦蜻M(jìn)行編輯，調(diào)節(jié)閉環(huán)控制系統(tǒng)，以此來完成閉環(huán)控制。這樣可以有效地實(shí)現(xiàn)二次包裝的全自動(dòng)化，同時(shí)避免了生產(chǎn)中出現(xiàn)安全事故。

2.3 在包裝稱量中的應(yīng)用

在種子包裝生產(chǎn)線中，包裝的稱量是非常重要的，影響其靜態(tài)精度的主要因素有PLC系統(tǒng)中的放大器和傳感器。因?yàn)镻LC在包裝稱量中的應(yīng)用主要種子包裝質(zhì)量經(jīng)過放大器和傳感器后會(huì)轉(zhuǎn)變成信號(hào)：U0=A(△Ux+△Un+△Ui）=A△Ux+A△Un+A△Ui。其中，△Ux為PLC工作時(shí)需要的電壓信號(hào)；△Un為靈敏度；△Ui為系統(tǒng)準(zhǔn)確度；A是兩級(jí)放大器中的放大倍數(shù)。△Un與放大器的頻帶有關(guān)。同時(shí)，PLC在包裝稱量中的應(yīng)用時(shí)所采用的是雙層屏蔽且將工頻周期調(diào)整為數(shù)倍的方法，使系統(tǒng)的靈敏度分辨率達(dá)到4kg。除此之外，為了降低A△Ui的影響，PLC選配溫度系統(tǒng)對放大器和傳感器進(jìn)行補(bǔ)償，使其靜態(tài)精度能夠控制在0.06%左右。這樣在種子包裝稱量過程中，PLC能夠有效地控制其質(zhì)量，使其不出現(xiàn)誤差。

2.4 在包裝碼垛中的應(yīng)用

包裝碼垛自動(dòng)生產(chǎn)線的主要功能包括稱重、裝袋、縫口和輸送等，PLC技術(shù)是其功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。從機(jī)械系統(tǒng)劃分情況來看，包裝碼垛生產(chǎn)線主要由自動(dòng)稱重單元、包裝單元、檢測單元和碼垛單元幾部分組成。在PCL技術(shù)的應(yīng)用過程中，首先為秤斗物料重量設(shè)置參數(shù)值，達(dá)到設(shè)定值后發(fā)出停止加料信號(hào)，待空中飛料落入后，完成一次稱重循環(huán)。然后等待裝袋機(jī)投料信號(hào)，完成上袋后，打開卸料裝置，向袋內(nèi)投料。完成裝袋后，通過立袋輸送機(jī)傳輸?shù)阶詣?dòng)折邊機(jī)，然后進(jìn)行縫口操作。同時(shí)，對包裝進(jìn)行檢測，合格后送入碼垛單元，按照設(shè)計(jì)形式對其進(jìn)行處理，最后由碼垛機(jī)將包裝袋統(tǒng)一堆放到托盤上，送出碼垛區(qū)。整個(gè)包裝過程均由PCL技術(shù)自動(dòng)控制完成，PLC技術(shù)的應(yīng)用關(guān)鍵點(diǎn)主要包括自動(dòng)供袋、取袋控制邏輯的編輯、自動(dòng)裝袋控制邏輯編輯、包裝袋折邊和縫口控制邏輯編輯、倒袋和輸送控制邏輯編輯、檢測控制邏輯編輯、碼垛控制邏輯編輯等。通過編程實(shí)現(xiàn)上述功能，可以確保種子包裝碼垛生產(chǎn)線的自動(dòng)化進(jìn)行。

3 結(jié)語

綜上所述，PLC是多種技術(shù)的結(jié)合體，在種子包裝生產(chǎn)線中的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)其自動(dòng)化的需求。經(jīng)過上文分析可得，在一次包裝中的應(yīng)用，能夠?qū)C(jī)組的開關(guān)量進(jìn)行合理的邏輯控制；在二次包裝中的應(yīng)用，可以有效地實(shí)現(xiàn)二次包裝的全自動(dòng)化；在包裝稱量中的應(yīng)用，能夠有效地控制其質(zhì)量，使其不出現(xiàn)誤差；在包裝碼垛中的應(yīng)用，可以確保種子包裝碼垛生產(chǎn)線的自動(dòng)化進(jìn)行。因此，PLC在種子包裝生產(chǎn)線中的應(yīng)用非常重要。