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 1 前言

眾所周知，我國的自動化水平正不斷提高，自動控制技術在眾多領域的應用變得越來越廣泛。包裝工業(yè)由來已久，在大致經(jīng)歷了手工稱量，繼電器控制，稱重儀表控制后，PLC控制技術開始被廣泛應用。
我國的包裝行業(yè)由三大塊組成。第一塊是以包裝原輔材料和包裝機械設備為主的包裝基礎工業(yè)，這一塊屬于資金密集型和技術密集型工業(yè)，具有相對較高的產(chǎn)業(yè)附加值，也有較高的行業(yè)進入門檻和產(chǎn)業(yè)競爭障礙。第二塊是由紙、塑料、金屬、玻璃這四大包裝和包裝印刷組成的包裝制品制造業(yè)，這一大塊的企業(yè)基本上屬于勞動密集型企業(yè)，是一般競爭性的加工行業(yè)，具有地理成本優(yōu)勢，進入壁壘較低，生產(chǎn)附加值相對較低，但現(xiàn)在的市場競爭也非常激烈。第三塊是由包裝代理、研、管理機構(gòu)等包裝服務和包裝管理行業(yè)，這部分屬于知識密集型行業(yè)，附加值高，進入門檻低，這類企業(yè)正在快速發(fā)展，但總體發(fā)展水平還不是很高，整個產(chǎn)業(yè)不夠規(guī)范。這三大塊的發(fā)展就構(gòu)成了我國包裝行業(yè)的整體發(fā)展。
包裝機械的最大特點是動作復雜，頻繁，且有較多的執(zhí)行元件，在這種場合使用其他控制設備如繼電器控制邏輯必然需要大量的中間繼電器，而這些中間繼電器在用 PLC 控制的情況下，就可以對其內(nèi)部的輔助繼電器進行編程后取代。
再從物理角度來闡述：前者需要具體的電氣元件來組合，而PLC 的內(nèi)部寄存器在 PLC 編程容量許可的范圍內(nèi)，可以不花費額外的費用來實現(xiàn)復雜的控制邏輯。包裝機的種類繁多，按產(chǎn)品狀態(tài)分，有液體、塊狀、散粒體包裝機；按包裝行業(yè)分，有食品、日用化工、紡織品等包裝機；按包裝工位分，有單工位、多工位包裝機；

按自動化程度分，有半自動、全自動包裝機等。液體包裝機即包裝液體產(chǎn)品的包裝設備，諸如飲料灌裝機、乳品灌裝機、粘稠液態(tài)食品包裝機、液態(tài)清潔用品及個人護理品包裝機等等都屬于液體包裝機的范疇。塊狀包裝機即是包裝塊狀產(chǎn)品的包裝設備，現(xiàn)在市面上的肥皂，小蛋糕，面包等都使用這種設備，一般一次成形，快捷，方便。散粒體包裝機又可以分為顆粒包裝機和粉料包裝機。顆粒包裝機由于物料是顆粒型，流動性好，易于控制，通常采

用重力式給料，包裝精度高、效果良好。粉料包裝機又叫粉料包裝秤，是針對肥料、化工、食品、制藥等行業(yè)粉料包裝而研制，可完全適用于 5-50Kg 粉狀物料的半自動計量充填包裝；配套螺旋提升機、皮帶輸送機、封包裝置，人工套袋，自動夾袋、計量、充填、落袋、輸送，人工輔助入封合工位，熱封內(nèi)袋或縫制外袋，完成半自動包裝過程。由于粉料的特性，對粉料包裝機的要求大大提高，粉料由于流動性差，容易結(jié)塊和堵塞管道，因此對于粉料包裝機的性能和包裝精度也有更高的要求。針對粉料包裝的特點，設計基于 PLC 的粉料包裝機控制系統(tǒng)，提高粉料包裝的精度。
 

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個包裝系統(tǒng)由 PLC（西門子 S7-200），包裝機，數(shù)字稱重傳感器（三菱 F701），變頻器，伺服電機組成，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。PLC 接受數(shù)字稱重傳感器 F701 的重量達標信號，從而控制變頻器。變頻器通過改變輸出頻率控制電機轉(zhuǎn)速，從而改變包裝機上輸料螺旋桿的轉(zhuǎn)動速度來控制給料的快慢。從上述過程可以看出整個系統(tǒng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)

根據(jù)稱重式自動定量粉料包裝機（針對粉狀物料的包裝）的控制操作要求，控制系統(tǒng)選用西門子 S7-200 系列 PLC，此系列的 PLC 具有結(jié)構(gòu)緊湊，模塊化，可擴展性強，指令集豐富等特點。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)字量輸出，輸入/輸出接口電路均采

用了光耦合電路，對外界接口具有很強的適應性。并且 2 個RS485 通訊/編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議，MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。可以很方便地與外界進行通信。且其采用的 CPU 可以很快地進行 I/O 處理和擴展，便于安裝。PLC 自動循環(huán)掃描各個輸入輸出點的當前狀態(tài)，并根據(jù)程序所確定的邏輯關系刷新輸出點的狀態(tài)，通過變頻器來控制相應的電機的動作，從而完成工藝流程的自動控制。選用三菱數(shù)字稱重傳感器 F701 是因為其具有高操作性和良好的數(shù)據(jù)校準功能，可以準確地測量粉料重量。此外使用它的定量投料/排出控制功能可以控制料斗定量秤/打包稱量秤。它的時序控制功能和豐富的外部接口（SI/F,BCD 輸出,RS-232C,RS-485,D/A 轉(zhuǎn)換器等）可以方便地與 PC 或程序發(fā)生器等外部設備連接。其自檢功能可檢查內(nèi)部電路，發(fā)生異常報警，監(jiān)視 CPU 動作，大大增加了可靠性，除此外數(shù)字模擬濾波功能也集成在其內(nèi)部。包裝機為粉料包裝機，粉料包裝機顧名思義是包裝粉料使用的，它包括的部件有出料斗，插板，給料門，卸料門，放料斗，卡帶機構(gòu)，傳料螺旋桿等，通過外部電機驅(qū)動螺旋桿輸送物料。
所選三菱變頻器具有最高水準的驅(qū)動性能，電機不論是否有編碼器都可得到高精度和高響應的速度控制，甚至 V/F控制和先進磁通矢量控制也可選用。長壽命元件和先進的壽命診斷方式使變頻器壽命長達 10 年；除此外，還具有豐富的網(wǎng)絡功能，支持 CC-Link 通訊，RS-485 通訊，支持 SSCNT3,支持各種主要的網(wǎng)絡；產(chǎn)生的噪音低，操作方便。對于給料電機的選擇，我們考慮的主要是其功率。包裝產(chǎn)品主要針對小袋，電機功率我們選擇較小，控制在 1.1kw左右，再考慮室內(nèi)常溫。灰塵較大，單向運行，啟動頻繁電壓為 380v 的三相交流電源等特點，我們選擇三菱電機。 

3 控制系統(tǒng)

3.1 設計要求

該系統(tǒng)的主要控制為開關量控制，除了一個加料電機，其他的動作都是由氣缸完成的，但整個系統(tǒng)都由 PLC 控制。系統(tǒng)啟動后，包裝機卡帶夾緊包裝袋，同時數(shù)字稱重傳感器啟動，去除包裝袋的皮重，然后內(nèi)部氣缸開啟給料門（在物料充足的情況下），外部伺服電機在 PLC 控制下以快檔驅(qū)動給料螺旋桿給料，在稱重傳感器未達到設定的快加重量時，系統(tǒng)持續(xù)快速加料；當物料重量達到稱重傳感器快加設定值時，傳感器給 PLC 一個快加料結(jié)束信號，PLC 控制變頻器輸出頻率改變伺服電機轉(zhuǎn)速以慢檔加料，當物料重量達到稱重傳感器慢加重量時，傳感器再給 PLC 一個慢加料結(jié)束信號，插板關閉并且控制電機停止，稱重儀表給出稱重結(jié)束信號后，卡帶松開包裝袋，整個過程完成。

3.2 軟件設計

PLC 終端軟件采用梯形圖語言編寫，軟件采用 MicroWinV3.2。S7-200 系列的最大優(yōu)點在于其自由口的同通信模式，自由口通信是通過用戶程序控制 S7-200cpu 通信口的操作模式，利用自由模式可以實現(xiàn)用戶定義的通信協(xié)議，連接多種智能設備?？紤]到實際情況，在包裝機存料罐中設置下限位開關保證此次裝袋的物料充足。如遇緊急停車情況，在處理完事故后，可以通過手動快加或慢加來實現(xiàn)過程的順利完成。以上是在實際情況下設計的相對完善的附加處理功能，以保證此次包裝過程實施順利。

本包裝機控制系統(tǒng)已在包裝工廠長期運行，實踐證明，大大提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，為企業(yè)節(jié)約了成本。在運行期間系統(tǒng)表現(xiàn)穩(wěn)定，包裝準確度精良，產(chǎn)品銷量大大提高，用戶滿意度也大幅增加。
 

4 結(jié)語

控制技術的發(fā)展大大提高了生產(chǎn)效率，降低了工人的勞動強度和生產(chǎn)成本?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中越來越重視自動化水平的提高，本系統(tǒng)充分發(fā)揮了 PLC 在控制領域的優(yōu)越性，整個物料傳送工藝在一個完整的控制系統(tǒng)下完成，各個分工藝之間的協(xié)調(diào)和設計嚴密，確保生產(chǎn)在安全，高效的條件下進行。

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