基于包裝生產線自動化控制的關鍵技術研究

趙建國 袁娜娜 楊 東 于紅偉 姜深革

(1.青島連成金展包裝有限公司 山東 青島 266000 2.青島宏運包裝印刷物資有限公司 山東 青島 266000)

引言

為不斷提升包裝生產線的整體運行效率與安全,為企業創造更多的經濟收益,則應當積極引進自動化控制系統。基于可編程邏輯控制器PLC技術的支持,架構自動化控制系統,打造全新的包裝生產線運行模式,發揮出自動化控制系統運行的價值與作用。

1 包裝生產線自動化控制的意義

1.1 自動化管理

現代企業的包裝生產線運行時,合理引進自動化控制系統,建構自動化控制運行的包裝生產線,能夠完成對包裝各個環節設備機械的自動化、智能化管理,極大地降低生產運營成本,使得設備機械的綜合利用率得到有效提升。

1.2 高效率生產

通過對自動化控制的包裝生產模式分析可知,在該種運行模式中,設備的故障率降低、人員的誤操作規避、產品的殘次率下降,能夠保證產品的高效率生產,不斷提升企業的產能,為企業創造更多的經濟效益[1]。

2 包裝生產線自動化控制的主要流程

2.1 包裝生產線工藝流程

A公司的某食品進行包裝生產線自動化控制時,則主要包含以下五道包裝生產工藝。

⑴ 原材料的清洗。為保證食品加工的質量,必須對食品加工的原材料進行徹底有效的清洗處理,必要時可適用殺菌設備,對材料進行深度清洗,達到滅菌清洗的預期效果。

⑵ 原材料的烘干處理。在對原材料進行清洗時,將使得材料的表面殘留一定水分與殺菌劑,為此則需要對原材料進行有效的烘干處理。為達到預期烘干的效果,則可以采取輻射傳熱的方式,加快原材料烘干的效率。

⑶ 整料工藝。為達到食品加工的預期效果,則需要針對原材料進行特殊處理,提高食品包裝生產的整體效率與質量。

⑷ 包裝處理。在原材料進行統一的整料處理后,則應當在相關設備的作用下,快速完成包裝處理。

⑸ 利用專用的滾子和孔帶,進而對包裝好的商品進行分級分類,為后續商品的銷售提供保障。

2.2 全自動包裝單元作業流程

A公司的某產品進行包裝生產時,采用塑料薄膜作為包裝材料,并通過兩頭扎口的方式完成食品的包裝。為有效提升包裝生產的效率,則可以設定全自動包裝單元作業流程,如配置供袋設備、送袋設備、切袋設備、開口設備、收口設備等,在多個機械設備的相互配合輔助下,快速完成食品的包裝生產。為達到自動化包裝生產的預期效果,則可以合理設置輥軸轉動參數、配置真空管路、刀具運行參數,以保證食品加工的安全性與高效性,避免由于相關機械設備匹配不當,對包裝生產線的整體運行造成不利影響[2]。

3 包裝生產線自動化控制系統的硬件構成

3.1 上位機系統設計

A公司的產品進行包裝生產時,為實現高效生產、安全生產、環保生產的總體目標,公司技術部門進行上機位系統設計時,依據國家相關部門的包裝生產要求,針對刀具的規格、夾具的參數、電氣原理圖進行深化,以保證后續自動化控制包裝生產運行的整體安全性與可靠性。

在上機位系統進行設計時,技術人員不僅需要考量包裝生產線所有電器元件的運行安全性能,同時需要分析評估自動化控制系統的魯棒性,以及電氣控制系統的抗干擾能力,避免系統運行過程中,相關電氣設備相互干擾,直接影響到包裝生產的安全性與可靠性。為達到上述工作目標,技術人員則選擇PCL技術,將其作為自動化控制系統的核心,為后續公司產品的自動化包裝生產控制管理提供有力保障。

3.2 PLC選型

通過對PLC系統進行分析可知,該系統主要是基于用戶的要求進行預編程,進而設定相關的功能性程序,而后則基于CPU的控制運行相關程序。在程序運行過程中對應包裝生產線工藝的銜接與切換,實現對包裝生產線的自動化控制。鑒于PLC控制系統的指令信號傳輸方式為單向性,使得PLC控制的系統程序,只能由一個指令轉變為下一個指令完成單向的運行。同時,在相關的時間段內僅可以運行一段程序,并對該程序進行無限循環,完成包裝生產的自動化重復。

在現代互聯網工業發展背景下,PLC系統在工業生產中得到廣泛應用。為滿足企業包裝生產線的自動化控制,則需要合理開展PLC選型,如接口電路、電源、通信模塊等。在PLC控制系統運行過程中,電源模塊非常重要,為確保PLC系統整體運行的穩定性與可靠性,則需要選擇安全性相對較高的電源模塊,保證電源模塊穩定的提供電力輸出。在電源支持下,CPU則會基于PLC系統既定程序進行研判,根據包裝生產線相關機械設備的運行參數反饋信息,進而作出不同的研判結論,并下達相關的控制指令,完成對包裝生產線的自動化控制[3]。

比如,A公司的復雜產品進行包裝生產加工時,設計人員選擇S7-200軟件與PLC系統。鑒于生產包裝現場的走線復雜較多,若不對線束進行有效的集成與管理升級,將必然影響到后續系統運行維護的成本,同時可能會影響到包裝生產線整體運行的安全性與可靠性。為此,技術人員在進行PLC硬件組成選型時,則選擇了PROFIBUS-DP數據通信功能模塊,進而應對復雜的數據通信工作挑戰,有效提高了包裝生產線的控制效果,并實現對生產線運行成本的有效控制。

通過對PLC控制系統的作業流程進行分析,則可以發現該系統主要包含以下五個階段:①系統內處理階段,主要完成PLC既定程序的分析處理;②數據信號的處理階段,該階段需要針對包裝生產線相關機械設備反饋的信號進行有效集成處理,一般由通信模塊進負責;③輸入掃描階段,該環節系統主要是識別用戶輸入的操作指令,并根據用戶輸入的操作指令,針對系統控制的程序做出調整,保證包裝生產的整體有效性與安全性;④用戶程序執行階段,該階段主要是完成邏輯判斷,避免由于用戶的誤操作,進而對包裝生產線的安全運行造成不利影響;⑤輸出階段,該階段需要將用戶程序執行結果,快速輸出到數據通信模塊當中,并基于電信號的轉換處理,生成最終的主控指令,完成對包裝生產線各類機械設備運行的自動化控制,充分發揮出PLC系統運行的價值與優勢。

3.3 PLC相關模塊的選用

PLC相關模塊的選用,將直接影響到自動化系統硬件的整體運行效能。鑒于PLC系統運行的特點,使得該系統主要包含模擬量輸入模塊、輸入輸出接口、I/O模塊等。為保證相關模塊之間的兼容性,A公司的設計人員則選擇西門子公司的S7-300PLC主控軟件,并基于該軟件選擇相關的模塊組件。

其一,在數字量輸入/輸出模塊進行選擇時,設計人員選擇SM322、SM321的輸入模塊,并保證模塊與PLC系統的運行電源統一為24V,而在數量選擇時,則需要根據A公司產品包裝生產的具體需求。

其二,分布式I/O模塊的選用,為匹配S7-300PLC主控軟件的運行,設計人員選用ET200系列的I/O模塊,因為該模塊中帶有IM153-1接口,使得該模塊具備很強的擴展性,能夠滿足包裝生產線自動化控制運行的程序調試需求。

其三,模擬量輸入/輸出模塊,鑒于該模塊主要是負責傳感器信號的傳輸,以保證PLC控制系統運行的整體穩定性。為此,在該模塊選用時,可選擇SM331,通過對相關模塊運行參數的調試,以保證系統運行的整體穩定性與可靠性。

其四,則是進行人機交互界面系統的選用,設計人員可選用西門子公司的MP277型號觸摸屏產品,保證該產品與PLC控制系統具有一定的兼容性。同時,在該顯示屏運行時,具備防水防塵的功能,能夠適應車間的生產環境,避免進行頻繁的檢修維護[4]。

4 包裝生產線自動化控制系統的軟件設計

4.1 編程裝置和編程軟件的選擇

自動化控制系統進行軟件設計時,主要是基于PLC技術的支持,進而完成人機交互系統的設計。如編程器進行選擇時,應當基于A公式產品的包裝生產要求,選擇相對應的編程器,如簡單型的編程器,便于工作人員隨身攜帶,同時能夠對包裝生產線進行現場調試,具體工作進行時,工作人員通過編輯指令表程序,進而完成對PLC控制程序的重新編輯,進而達到對包裝生產線現場調試管理控制的效果。

若A公司的產品加工要求較為特殊,工作人員選擇編程器時,可采用智能型編程器,該種編程器屬于梯形圖PLC編程語言,具有很強的實用性,但在實際操作應用時,工作人員需要借助PC端發揮出編程器的各類功能,否則無法對包裝生產線完成現場調試。在智能型編程器的支持下,工作人員可基于梯形圖計算機語言,進而完成對多功能模塊負載控制系統邏輯代碼的快速編寫,并在軟件系統的支持下,生成相關的程序邏輯梯形圖,以及相關的功能圖與指令表。該種設計方式,非常適合產品起初包裝生產時的控制,逐漸形成系統嚴謹的程序控制體系。

4.2 STEP7軟件編程特性

A公司的某產品進行自動化包裝生產控制時,技術人員采用STEP7軟件,該軟件能夠基于S7-300、S7-400的PLC系統完成程序編寫,在現場調試領域具有非常高的實際應用價值。通過對STEP7軟件進行分析可知,該軟件中包含功能塊圖、表達語句、邏輯梯形圖等多個功能模塊,可以完成對PLC程序的項目管理、監控程序編寫、參數設置、硬件組態、通信網絡組態編輯。

在邏輯梯形圖的運行支持下,設計人員能夠可視化地了解電路運行的具體情況,便于對程序運行的邏輯代碼進行參數調試,以保證包裝生產線自動化控制系統整體運行的安全性與可靠性。而STEP7軟件的功能塊圖,則能夠直觀地展示電子電路的運行邏輯,為設計人員的調試工作開展提供依據。在語言表運行時,則主要是完成對匯編語言風格的統一呈現,工作人員可基于人機交互系統的支持,進而快速訪問目標存儲單元與控制單元。

同時,設計人員可基于STEP7軟件中的高級PLC編程語言包支持,進而依據公司產品包裝生產的具體要求,靈活對自動化控制系統的程序進行調試,進而充分發揮出STEP7軟件的應用價值與作用。筆者認為,在STEP7軟件應用時,設計人員應當深入學習,確保每一位設計人員均能夠熟悉STEP7軟件的編程語言與應用場景。

4.3 STEP7梯形圖程序運行流程設計

包裝生產線自動化控制系統進行軟件設計時,設計人員可基于STEP7軟件的支持,開展梯形圖程序運行流程的設計,而后則基于PLC系統的支持,完成主控核心輸入、輸出、模擬量的邏輯梳理,保證梯形圖程序運行的嚴謹性,為后續產品的包裝生產自動化控制管理提供保障。

5 結束語

綜上,筆者重點闡述了包裝生產線自動化控制系統的核心技術,旨在說明自動化控制系統設計運行的必要性。為全面升級包裝生產線,助力企業的高質量發展,則應當充分發揮出自動化系統的應用優勢,契合包裝生產線運行的特點,以及產品加工的要求,設計針對性的自動化控制系統,使得企業的包裝生產線工作效能得到質的提升。