自動打包機控制系統(tǒng)設計

張心人境 孟亞男 張建勝 高思航

（1.吉林化工學院信息與控制工程學院；2.浙江中控技術有限公司）

傳統(tǒng)的工業(yè)打包機一般采用繼電器來控制，該方法問題相對較多：控制復雜，元件和接點多，線路連接復雜；可靠性差，故障率高；無法實現(xiàn)自動報警，安全性低。 相比于傳統(tǒng)繼電器方法，PLC在控制上就具有極大的優(yōu)勢［1］，該方法具有功能強大、安裝調(diào)試方便、適應性強及抗干擾能力強等優(yōu)勢。 PLC 技術應用于打包機控制系統(tǒng)可以提高打包機的自動化、智能化程度，提高機器的工作效率和準確性。 為此， 筆者設計了一款基于PLC 技術的自動打包機控制。

1 自動打包機控制系統(tǒng)

1.1 工藝流程

自動打包機的工藝流程（圖1）為：通過傳送帶將需要打包的產(chǎn)品運到進料門，進料門隨后打開，進完料后隨之關上，此時主預壓在電機和相關電磁閥的作用下同時上升，當?shù)竭_相應位置之后，預壓不再抬升，而主壓繼續(xù)上行，當主壓抬升到位后，在電機的作用下開始左右轉箱，目的是使產(chǎn)品位置均勻［2］。之后再下行到預壓上，在電機和相關電磁閥的作用下開始捆包，捆包完預壓右行［3］。 然后，進行放包布環(huán)節(jié)，放包布的動作由電機和相關電磁閥來完成的。 最后，產(chǎn)品包裝完畢后被移走，而預壓會左行回歸原位［4］。

圖1 自動打包機工藝流程

1.2 控制方案

自動打包機主要有以下幾個基本動作：給料、主預壓升降、左右旋轉、機械臂捆包、頂包升降、放包布。 由圖1 工藝流程可以看到，這些動作主要由電動機及其相關的電磁閥來完成控制。

控制系統(tǒng)以西門子S7-300 軟件為控制核心，主要程序分為手動和自動兩大類，手動程序按單步執(zhí)行，每執(zhí)行完一個動作，就停止運行；自動程序可以循環(huán)執(zhí)行，自動打包機在完成一個周期后繼續(xù)下一個周期的工作，直到最后結束，打包機回到初始狀態(tài)。

2 I/O 點表的建立及硬件選型

2.1 I/O 點表的建立

通過對現(xiàn)場工藝要求和控制方案的研究，確定整個打包機控制系統(tǒng)的I/O 點， 共有41 個DI點、31 個DO 點，部分I/O 點見表1。

表1 部分I/O 點

2.2 硬件選型

硬件選型是設計整體項目的構架，綜合考慮價格和系統(tǒng)設備維護， 對I/O 點的計算遵循20%裕量的原則，確定的硬件配置見表2。

表2 打包機硬件配置

3 自動打包機控制系統(tǒng)的設計

通過分析自動打包機的工作過程， 結合控制方案與I/O 點表，應用STEP7 軟件進行項目創(chuàng)建、硬件組態(tài)，編寫主程序OB1、手動控制子程序FC2、自動控制子程序FC3，應用STEP7 進行系統(tǒng)實現(xiàn)。

3.1 主程序OB1 和手動控制子程序FC2

主程序OB1 的主要作用是對各個子程序進行調(diào)用， 并在程序剛開始的時候進行上電初始化，然后根據(jù)操作者的指令進行子程序的調(diào)用。

手動控制子程序FC2 是讓操作者通過按鍵進行逐步打包，手動控制的另一個作用是作為調(diào)試工具， 通過手動按鈕完成對各個環(huán)節(jié)的調(diào)試。如工藝流程中提到的電機啟停動作就是通過手動調(diào)試進行直接控制，在此過程中，還可以更改電機的轉速和轉向。 圖2 所示為打包機系統(tǒng)的控制流程。

圖2 打包機系統(tǒng)的控制流程

3.2 自動控制子程序FC3

如圖3 所示，自動控制子程序FC3 的設計采用順序控制設計法，按照打包機系統(tǒng)工藝流程的要求進行設計。 順序控制設計法的具體表現(xiàn)形式為順序功能圖，它能清楚地表現(xiàn)出系統(tǒng)各個工作步的功能、轉換順序和轉換條件，讓程序簡單直觀地表達出來。 順序控制設計法在分析被控對象的控制要求后， 將系統(tǒng)的工作過程分為幾個“步”。 步是根據(jù)可編程邏輯控制器輸出量的狀態(tài)去劃分的，若輸出量狀態(tài)發(fā)生變化，系統(tǒng)就會進入新的步。順序控制設計法通過轉換條件控制元件，轉換條件是使系統(tǒng)從當前進入下一步的條件。 動作是每一步產(chǎn)生的結果， 它是設備在實際工作中各部件的輸出，如車床的切削、機器人末端執(zhí)行器的抓取等。每一個步可能對應一個動作，也可能對應好幾個動作。在自動打包之前，先檢查所有的執(zhí)行元件是否在原位，若不在原位，則需要先進行復位操作，復位后按開始按鈕完成打包。

圖3 自動控制子程序FC3 的控制流程

4 結束語

本設計運用STEP7 編程軟件實現(xiàn)了對打包機啟動、傳送、打包、停止的自動控制過程，創(chuàng)建了全自動打包機控制系統(tǒng)，增強了整個系統(tǒng)的可靠性、精準性，也減少了勞動強度，降低了打包成本，節(jié)約了能源。