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0引言
人類科學技術水平不斷攀升,機械自動化控制技術日益成熟，定量包裝生產(chǎn)中運用自動化控制技術逐漸廣泛，尤其是能源、機械、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂等行業(yè)，更是經(jīng)常使用。相對于傳統(tǒng)的稱重儀表控制，應用PLC和稱重儀表控制組成的控制系統(tǒng)將開關量控制操作、復位操作以及設定和修改系統(tǒng)參數(shù)功能有機的結(jié)合，提高機器速度和精度。下面就簡單介紹PLC在定量自動灌包機稱重系統(tǒng)中的應用和作用。
1定量自動灌包機的工作原理
1.1定量自動灌包機的組成結(jié)構(gòu)與主要功能
定量自動灌包機由供料機構(gòu)、稱重系統(tǒng)、卸料機構(gòu)與放料機構(gòu)等主要部分組成。供料機構(gòu)由備料倉和皮帶供料裝置組成。備料倉用于存儲灌裝的物料，而皮帶供料裝置將物料通過皮帶輸送至備料倉。稱重系統(tǒng)則由稱量斗、PLC、稱重傳感器、PQP文本顯示器以及配套的汽缸組成。PLC通過與稱重傳感器相連，檢測出稱斗中的物料重量是否滿足實際需要值，通過對配料門的配料，完成稱斗中的物料達到目標值的要求。卸料機構(gòu)由卸料門、及配套汽缸組成。它用來完成稱斗中的物料卸料,:放料機構(gòu)由放料倉和夾帶門組成，它用來完成物料的灌裝。如圖1：

1.2定量自動灌包機的主要工作原理
配料倉的配料門有兩種打開方式：完全打開、打開一半。即對物料進行兩種配料：粗加料、細加料（完全打開倉門時，進入粗加料、細加料:伏態(tài)。打開一半，粗加料停止，進行細加料配料）物料經(jīng)過配料倉進入稱量斗，當稱量斗到達給定粗加料重量時，倉門關閉一半，進入細給料狀態(tài)。當稱量斗的重量到達給定的接近目標重量時，完全關閉配料門，細加料停止。完成配料。物料經(jīng)過空中落入稱量斗中，稱量斗的重量穩(wěn)定時，稱重完畢。當夾帶門打開，卸料門隨即打開，物料從稱量斗中落下，經(jīng)過放料倉，再落入包裝袋內(nèi)。經(jīng)過次,卸料門關閉，夾帶門關閉，包裝帶中裝好物料，并從夾帶門中下落，完成灌包。同時，稱量斗的重量為零，穩(wěn)定后，自動開啟下一次的配料及灌包。
如圖2,當皮帶由供料裝置將物料放置備料倉中，物料在重力的作用下，經(jīng)過進料板進入配料倉。（其中：進料板,是控制物料進入配料倉的流量）

2控制系統(tǒng)的硬件設計
該系統(tǒng)主要為開關量控制，開關由按鈕和繼電器觸頭組成,,而配料門的開關狀態(tài)由氣缸驅(qū)動完成，氣缸由相應的電磁閥控制。i亥包裝機分手動、自動兩種操作。手動操作可以用按鈕對機器的每一步運作單獨進行操作控制。自動操作則按一下自動/手動選擇開關，整個設備自動地、連續(xù)不斷地周期性循環(huán),,兩種操作隨時可以進行切換。在工作中若按下自動/手動選擇開關，設備就從先前的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一個工作狀態(tài)。停止按鈕，可以使設備中斷自動狀態(tài)的任何一步。如圖3

按照操作和控制的要求，稱重式自動定量包裝機的控制系統(tǒng)選用西門子公司的SIMATICS7-200系列PLC,該種PLC的特點如下：結(jié)構(gòu)緊湊、模塊化、可擴展性強、指令集豐富。所選CPU的型號為CPU226AC/DC/REL,它提供24個數(shù)字量輸入和16個數(shù)字量輸岀，輸入/輸岀接口電路采用了光耦合電路，以提升對外部高頻的抗干擾性。其擁有2個RS485通訊/編程口，擁有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。處于處理稱斗傳感器的模擬量輸入信號的需要，它擴展了一個EM235模擬量處理模塊，該模塊擁有4路模擬量輸入。POP文本顯示器對整個系統(tǒng)進行過程監(jiān)控顯示以及參數(shù)設定等功能，它通過PPI協(xié)議和SIMATICS7-200系列PLC的編程口或擴展通訊口直接通訊。
3控制系統(tǒng)軟件設計
控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)設計，見圖4.

3.1稱重信號的處理
有鑒于稱重的信號易受外界因素干擾，因此需要預先進行濾波處理，處理過程中時刻關注稱重信號的穩(wěn)定性、可靠性、準確程度等。一般意義上的數(shù)字濾波，指得是利用科學的計算或判斷程序，弱化信號中干擾元素的比重，它是一種程序濾波，即軟件濾波。濾波的方式包括有限幅濾波、限速濾波、中值濾波、滑動平均濾波等。
本系統(tǒng)采用滑動平均濾波方法，系統(tǒng)采集的信號是與重量成正比的電壓信號。此種信號的存在一個平均值，在某一數(shù)值范圍作上下波動，以此來看，只憑借一個采樣值來判斷明顯是不科學不精細的。之所有使用滑動濾波方法，是因為它更有效更精確?；瑒訛V波采用最新采集的一個數(shù)據(jù)替換n個暫存數(shù)據(jù)中的最早的一個數(shù)據(jù)，使得n個暫存數(shù)據(jù)始終是最近的數(shù)據(jù),:求平均后所得數(shù)據(jù)，能夠體現(xiàn)數(shù)據(jù)變化的過程，還能避免隨即誤差產(chǎn)生的弊端。
3.2PLC的程序設計
根據(jù)稱重式自動定量包裝機的操作和控制規(guī)則，理清每個動作之間的先后排序和作用關系，繪出程序流程圖，然后通過PLC輸入輸出的邏輯關系編寫梯形圖。本系統(tǒng)輸入端口定義為自動手動按鈕、卡袋復位按鈕、單步執(zhí)行按鈕、總復位按鈕、停止按鈕、套袋開關等，輸出端口定義為稱量斗穩(wěn)定指示、粗加料氣缸動作、細加料氣缸動作、卸料氣缸動作、套袋氣缸動作、系統(tǒng)報警等。輸出采用西門子公司STEP7-Micro/WIN32軟件進行編寫。在啟動開關動作后，程序開始進入自動運行,,首先PLC對硬件和軟件進行檢測和初始化化。將稱斗中的重量值置零，軟件起始點回位，接著給料門打開，同時進行粗加料、細加料，稱斗中的重量值不斷增加，同時稱重傳感器把動態(tài)數(shù)值傳到EM235模擬量處理模塊中，經(jīng)過輸入點進入PLC.通過設定的數(shù)值與傳送的數(shù)值進行對比，當粗加料達到設定值后，PLC輸出指令，停止粗加料。當物料的落差值達到給定值，PLC輸岀停止細加料指令。當稱量斗中的重量達到設定目標值時，PLC輸岀指令，經(jīng)過汽缸電磁閥驅(qū)動汽缸關閉給料門,,接著當稱斗中的重量穩(wěn)定，且現(xiàn)場有夾帶請求信號輸出，夾帶門打開時，PLC才會輸岀卸料門信號。之前的粗加料、細加料操作都可以通過按鈕進行停止。包裝帶放在夾帶門后，卸料門開始打開，并保持2秒，之后卸料門自動關閉。同樣地，按鈕可以控制卸料的自動/手動轉(zhuǎn)換，當稱量斗的重量趨于穩(wěn)定，并接近零值時，PLC完成了一次灌包程序。物料從卸料門進入包裝帶中，也是保持2秒，夾帶門才關上（這些參數(shù)都是根據(jù)現(xiàn)場情況和實際要求進行設定的）。整個配料、卸料過程，稱量斗的重量（動態(tài)的、靜態(tài)的）都能從PQP文本顯示器上的數(shù)值讀出。最后，當稱量斗的重量值在PLC設定的置零允許范圍，POP文本顯示器自動顯示為零。【而實際上，稱量斗有未卸完的物料，物料的重量在物料目標值（按50KG算）的0.1%范圍內(nèi)，程序都認定為零】［說明：置零的目的是為了使稱量斗的初始重量為零，便于文本顯示讀數(shù)的準確。只有稱量斗的初始重量超出了5%的目標值才會影響PLC的自動運行狀態(tài)］PQP文本顯示器上的數(shù)值穩(wěn)定后，程序自動回到初始狀態(tài)，并開始進行下次的灌包程序。圖5表示整個流程：

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