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前言
隨著化工自動化的普及， 自動定量稱重、 自動包裝系統(tǒng)逐步在許多企業(yè)中得到發(fā)展， 但大多數(shù)系統(tǒng)的自動化程度都較低，浪費過多的人力、物力，并且效率低、誤差大，造成不必要的損失，為解決這些缺點，采用自動定量包裝系統(tǒng)，提高稱重準(zhǔn)確度， 加強生產(chǎn)的自動控制稱為化工生產(chǎn)發(fā)展的重點。本文從基于 PCL 控制的化肥自動定量包裝系統(tǒng)出發(fā)，介紹了定量包裝的結(jié)構(gòu)及其控制原理， 以及該系統(tǒng) PLC 控制的硬件組成，且根據(jù)化肥定量包裝的工藝過程技術(shù)要求，從 PCL 控制系統(tǒng)的工作過程， 系統(tǒng)地考慮了化肥定量包裝的實際情況，以此可以提高管理、提高勞動生產(chǎn)率、降低勞動強度。
1 化肥自動定量包裝 PCL 系統(tǒng)組成及工作原理
化肥企業(yè)的稱重設(shè)備是針對粉粒狀物料設(shè)計的，基于PLC 的自動稱重包裝系統(tǒng)以 PLC 為核心的控制器來完成，稱重的精度也得到了保證，并能夠解決原稱重設(shè)備存在的不足，提高生產(chǎn)效率，提高控制系統(tǒng)的人機(jī)交互性。
在自動定量包裝控制系統(tǒng)中，PCL 控制過程的變更要通過改變其中的程序來實現(xiàn)對化肥量度的控制， 首先需要基于中央處理器， 這是編程的神經(jīng)中樞， 另外通過存儲器來存儲化肥的各項數(shù)據(jù)和程序， 通過輸入電平轉(zhuǎn)換來進(jìn)行輸出和輸入設(shè)置，以作為自動定量包裝的行為準(zhǔn)則。PCL 控制系統(tǒng)工作后， 稱重顯示儀對儀表進(jìn)行自檢， 同時可編程控制器對系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行自檢， 如果發(fā)現(xiàn)化肥重量有異常， 則不會進(jìn)行自動包裝。 自檢結(jié)束后， 如果情況正常， 則開始包裝功能選擇。運行過程分別分為空秤判別、裝載化肥、超差判別、自動包裝 5 個步驟進(jìn)行。
2  PCL 自動定量和包裝控制系統(tǒng)的設(shè)計
自動定量包裝 PCL 控制系統(tǒng)可提高生產(chǎn)效率， 化肥的自動定量過程由該控制器完成， 本自動定量包裝系統(tǒng)的硬件可由定量、 控制和包裝行為 3 階段組成。 在定量裝置的受力支撐點外安裝一個力傳感器,用來測量包裝中每次輸進(jìn)化肥的質(zhì)量， 并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。 電壓信號通過放大處理后，通過 A /D 轉(zhuǎn)換模塊，將所測得的模擬量轉(zhuǎn)換成具體的數(shù)字信號,進(jìn)一步輸入到 PLC 中央處理器,即可得到化肥規(guī)定重量，并顯示出來，定量的精度可得到了保證，其中也可增加了化肥的自動傳送部分， 這樣化肥的生產(chǎn)過程自動、 連續(xù)，提高了其包裝速度。
自動定量和包裝控制系統(tǒng)是開放的、 模塊化的結(jié)構(gòu)， 首先要有大量的調(diào)查研究,制定出切實可行的方案，涵蓋各執(zhí)行動作的控制要求,同時還要設(shè)計出檢測控制單元。其一是進(jìn)行廣泛的調(diào)研,以通用方式分解定量和包裝設(shè)備的具體功能， 把它們作為模塊， 其二是對所有功能模塊及統(tǒng)一的接口進(jìn)行編程的自動化控制， 形成不同的功能控制模塊； 其三是將功能自動化控制模塊按照一定順序儲存在功能庫中,構(gòu)成一個功能控制模塊庫；最后按照生產(chǎn)的特定要求,選擇功能控制模塊，連同他們的接口一起形成全機(jī)的控制框架。
3 化肥的 PCL 自動定量系統(tǒng)及其精度
化肥的 PCL 控制系統(tǒng)是固定重量的， 不可以出項超重和少重，誤差范圍保持在±5 克，為滿足定量精度和稱量的快速性， 本系統(tǒng)可采用飽和非線性的方法來實現(xiàn)， 其控制方法如圖3 所示。給定一個電壓限幅值 U，針對不同需要的化肥重量采取不同的 U 值，當(dāng)化肥放料開始時 U f 較小，U=K，化肥持續(xù)放料。當(dāng) U f 逐漸接近并達(dá)到設(shè)定值時，U=K，△U 為了提高稱量精度，采用了精度高、線性度好，力傳感器要選擇好且要設(shè)置得當(dāng)，可在電子稱底部互成 120°，保證定量結(jié)果準(zhǔn)確， 也可采用高精度的放大器， 輸入端采用光電隔離來消除干擾源。 軟件方面則通過控制變頻器輸入電子信號來控制化肥給料的速度， 快速給料后， 當(dāng)化肥加到一定接近特定定量值時， 使給料速度減緩， 這樣通過調(diào)整變頻器啟來控制化肥給料的實際速度， 從而提高各種物料的稱量精度。
4 化肥的 PCL 自動包裝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
化肥的自動包裝結(jié)構(gòu)要進(jìn)行的工作是， 當(dāng)化肥計量到達(dá)設(shè)定值時，包裝動作則開始執(zhí)行、成品輸出,在此同時還要保證整個傳動系統(tǒng)的流暢。 定量操作控制結(jié)束則啟動封袋控制， 第二條控制鏈上指令給下一個操作控制,再經(jīng)過貼標(biāo)簽,最后輸出成品,完成整個包裝過程。各動作對應(yīng)的控制模塊直接從功能庫中在調(diào)用,適當(dāng)修改某些參數(shù)而無需重新設(shè)計控制模塊。
PCL 包裝控制包括了上袋和封口，由其程序控制空袋儲備、 拾取以及機(jī)械打包功能模塊， 程序設(shè)置將空袋進(jìn)入放料口下端，定量完畢后，化肥滿袋的運輸至封口機(jī)處，進(jìn)行程度控制封口，先通過邏輯判斷控制，控制該生產(chǎn)線路，并進(jìn)行數(shù)字交換， 最后可完成包裝的閉環(huán)控制， 以速度控制和過程控制為主導(dǎo)，在包裝階段形成多級的 PCL 控制系統(tǒng)。
5 PCL 自動定量和包裝控制系統(tǒng)工作過程
該自動定量包裝的 PCL 控制具有比計算機(jī)更強的與工業(yè)過程相連接的接口，具有更適應(yīng)與特殊要求的編程語言，因此， 該自動控制系統(tǒng)的工作過程可分為輸入采樣階段、 程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。
在化肥生產(chǎn)稱重定量控制中， 開始階段， 化肥放料開關(guān)啟動， 化肥從倉內(nèi)落入事先預(yù)備的包裝袋中， 化肥重量施加給力傳感器的壓力值轉(zhuǎn)換成 PCL 控制系統(tǒng)中的電壓信號， 該信號值達(dá)到定量設(shè)定值時， 裝料控制裝置停止， 稍作滯后停頓，進(jìn)行自動包裝動作，然后壓力復(fù)位，完成一次化肥的自動定量包裝過程。 基于該系統(tǒng)的 PCL 控制， 要使用到電磁閥、氣缸、力傳感器等裝置，根據(jù)現(xiàn)場的信號檢測，可采取力傳感器模擬量 4 路、 啟動按鈕開關(guān)量 4 路以及驅(qū)動電磁閥開關(guān)量 8 路， 因此 PLC 的配置為模擬量輸入收 4 點， 數(shù)字量輸入4 點，數(shù)字量輸出 8 點，以此基本控制完成化肥自動裝袋定量包裝功能。
定量化肥的輸入采樣階段，PCL 以事先掃描的形式，按順序?qū)⑺兄亓啃盘栕x入到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像等寄存器中存儲， 這一過程稱為采樣， 這個采樣結(jié)果的內(nèi)容不會改變，以作為定量的依據(jù)。到程序的執(zhí)行階段，PCL 按順序?qū)Τ绦蜻M(jìn)行掃描， 每條指令都是對定量和包裝的處理， 及從輸入映像寄存器和輸出映像寄存器中獲得所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行運算、 處理， 再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫入寄存執(zhí)行結(jié)果的輸出映像寄存器中保存， 但這個結(jié)果在整個程序為執(zhí)行完畢之前不會送到輸出端口上。 最后是刷出刷新階段， 在定量和包裝執(zhí)行完成后，PCL 將映像寄存器中的內(nèi)容送到寄存輸出狀態(tài)的鎖存器重，再以此的驅(qū)動控制系統(tǒng)，進(jìn)行執(zhí)行任務(wù)。
PCL 重復(fù)性的執(zhí)行以上階段，沒重復(fù)一次的時間為定量封裝周期，在一個共組周期內(nèi)，PCL 輸入和輸出刷新時間為4ms 左右，但是工作周期因程序執(zhí)行時間和長度不同時間不同，一般在 40ms~100ms 之內(nèi)。
6 結(jié)語
化肥的自動定量和包裝的 PCL 控制系統(tǒng)， 是將計算機(jī)應(yīng)用于定量包裝系統(tǒng)中， 使其成為該系統(tǒng)的核心， 既能獲取稱重信息，又能實現(xiàn)對稱重信息的執(zhí)行操作，穩(wěn)定性好，稱量速度快、精度高，可連續(xù)自動稱重，也實現(xiàn)了稱重數(shù)據(jù)的存儲，該 PCL 控制系統(tǒng)還實現(xiàn)可視化，監(jiān)視現(xiàn)場，捕獲定量包裝過程， 實現(xiàn)客戶和企業(yè)的利益雙贏。 該化肥的自動定量包裝系統(tǒng)可見是有效的一種控制途徑， 因此， 盡快地改變現(xiàn)有的定量裝置和包裝系統(tǒng)， 對我國化肥企業(yè)實現(xiàn)自動化， 提高生產(chǎn)的效率具有長遠(yuǎn)的意義。

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