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      隨著現(xiàn)代工業(yè)自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，企業(yè)中的生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備逐步成為集機(jī)、電、儀于一體的綜合體，人工手動工作已逐漸被高度自動化控制所取代。食鹽、糧食、化肥等顆粒物料的包裝、運(yùn)輸以及庫房碼垛離不開自動化包裝機(jī)械。目前，由于先進(jìn)的全自動包裝技術(shù)主要掌握在少數(shù)發(fā)達(dá)國家手里，國內(nèi)全自動包裝碼垛設(shè)備主要依賴進(jìn)口，國外設(shè)備成本較高，維修困難，各種先進(jìn)技術(shù)被壟斷，對此國內(nèi)對全自動包裝生產(chǎn)線國產(chǎn)化的呼聲越來越高。隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人工包裝的低效率與生產(chǎn)量的不斷提高之間的矛盾日益激化，因此對包裝碼垛自動生產(chǎn)線的研究具有重大的經(jīng)濟(jì)意義與現(xiàn)實(shí)意義。全自動包裝碼垛生產(chǎn)線是集機(jī)、電、氣于一體的高技術(shù)機(jī)械設(shè)備，它主要應(yīng)用于食鹽、糧食、化肥以及醫(yī)藥等行業(yè)中的粉、粒等物料的全自動包裝，即對包裝過程中的稱重、供袋、取袋、送袋、折邊、封袋、編碼打印、產(chǎn)品檢測、產(chǎn)品傳送、碼垛、托盤和垛盤的輸送等工作過程全部實(shí)現(xiàn)自動化。可編程控制器（PLC）因其具有抗干擾能力強(qiáng)、可擴(kuò)展性強(qiáng)、可靠性高、可編程能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在環(huán)境相對惡劣的工業(yè)控制領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。基于此本文提出了一種基于PLC的全自動包裝碼垛生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，采用西門S7-300和維綸MT8150iE觸摸屏作為控制系統(tǒng)的核心，二者相互配合共同完成整個(gè)生產(chǎn)線的自動控制與監(jiān)控。

1.全自動包裝碼垛生產(chǎn)線工藝流程

      全自動包裝碼垛生產(chǎn)線能夠自動完成稱重、供袋、取袋、裝袋、封口、輸送、重量復(fù)檢以及碼垛等工作任務(wù)。包裝碼垛生產(chǎn)線中主要機(jī)械系統(tǒng)包括自動稱重秤系統(tǒng)、倒袋系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、重量復(fù)檢系統(tǒng)、剔除系統(tǒng)、碼垛系統(tǒng)、托盤輸送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。工藝流程可總結(jié)為：物料從自稱重系統(tǒng)的料斗進(jìn)入包裝秤的給料裝置中，通過粗料和細(xì)料供給系統(tǒng)完成粗料和細(xì)料的混合完成物料的混配。當(dāng)自動稱重系統(tǒng)中的壓力傳感器檢測到物料重量與目標(biāo)重量相同時(shí)，則傳感器將信號傳送到PLC中，PLC發(fā)出停止加料命令加料系統(tǒng)停止加料，整個(gè)加料稱重循環(huán)完成，此時(shí)稱重機(jī)等待下一次稱重加料信號。當(dāng)自動裝袋機(jī)完成上袋后，傳感器檢測到信號后稱重箱中的卸料翻門打開，物料落入包裝袋中，卸料完成后翻門被關(guān)閉，包裝袋經(jīng)過折邊機(jī)進(jìn)行自動折邊，折邊完成后包裝袋被運(yùn)送到縫口機(jī)，分包裝袋一旦被縫口機(jī)中的傳感器檢測到，縫口機(jī)邊開始進(jìn)行縫合包裝袋口，縫合完成后自動將縫合線割斷。包裝完成后，產(chǎn)品經(jīng)過輸送機(jī)被輸送到重量復(fù)檢系統(tǒng)，對包裝質(zhì)量進(jìn)行最后的檢查，當(dāng)復(fù)檢系統(tǒng)檢測到包裝質(zhì)量不合格時(shí)，包裝袋經(jīng)過自動剔除系統(tǒng)被剔除，而符合標(biāo)準(zhǔn)的包裝袋將以此通過噴墨打印機(jī)等設(shè)備，最后到達(dá)碼垛機(jī)系統(tǒng)中，碼垛機(jī)器人按照移動的排列方式進(jìn)行自動擺放

2.控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

      裝袋、輸送以及縫合等多個(gè)動作均是自動完成，工作過程中動作較多且復(fù)雜，工作環(huán)境也較為惡劣。而基于PLC的全自動包裝碼垛生產(chǎn)線控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行速度快、穩(wěn)定性高、可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，比較適合本文所研究的生產(chǎn)線所處的工作環(huán)境條件。根據(jù)生產(chǎn)線的工藝流程，該控制系統(tǒng)應(yīng)該滿足以下幾個(gè)要求：

（1）各工序能夠協(xié)調(diào)控制，使自動化生產(chǎn)線穩(wěn)定、可靠高速運(yùn)行

（2）程序的可變性強(qiáng)，能夠根據(jù)不同作業(yè)要求隨時(shí)對運(yùn)行程序進(jìn)行調(diào)整。

（3）實(shí)時(shí)性高，動態(tài)響應(yīng)性能好，能夠隨時(shí)對各種傳感器信號進(jìn)行采集并及時(shí)反饋。

（4）高可靠性、安全性和穩(wěn)定性。

（5）理性化的人機(jī)界面，便于工人操作以及監(jiān)控。

（6）硬件結(jié)構(gòu)緊湊，且具有后期擴(kuò)展性。根據(jù)包裝工藝流程，本文采用了“HMI+PLC”的控制模式，控制系統(tǒng)整體框圖如圖3所示。PLC可編程控制器作為觸摸屏與各信號傳感器之間的橋梁，將觸摸屏與各個(gè)信號緊密連接起來。因此觸摸屏、PLC、I/O輸入輸出模塊等組合在一起便構(gòu)成了全自動包裝碼垛生產(chǎn)線控制系統(tǒng)。

2.1觸摸屏

      觸摸屏，簡稱HMI，是控制包裝機(jī)的直接媒介。由于該生產(chǎn)線的工作環(huán)境復(fù)雜惡劣，為了保證設(shè)備能夠在復(fù)雜的工作環(huán)境中穩(wěn)定可靠運(yùn)行同時(shí)考慮到其實(shí)用性和成本等特點(diǎn)，該控制系統(tǒng)中上位機(jī)選用威綸MT8150iE系列觸摸屏。通過該觸摸屏可實(shí)現(xiàn)包裝速度、傳送帶速度等參數(shù)的輸入，并實(shí)時(shí)對生產(chǎn)線目前的生產(chǎn)狀態(tài)等信息進(jìn)行顯示。MT8150iE系列觸摸屏具有多個(gè)串口（RS-232/RS-485）可同時(shí)與下位機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊，擁有400MHz的32位RISC處理速度、輸入電源為24VDC，能夠?qū)崿F(xiàn)1分鐘的500VAC超高耐壓。

2.2PLC

       針對控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)功能，選擇模塊式的PLC，主要組成單元有CPU模塊、電源模塊、基本I/O模塊。對控制系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，只需要在原系統(tǒng)上增加相應(yīng)的功能模塊，就可以完成功能的添加，設(shè)計(jì)成本低、效率高。PLC作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，包裝生產(chǎn)線工作過程中動作多且復(fù)雜，而生產(chǎn)線中的I/O點(diǎn)數(shù)較多，綜合分析該系統(tǒng)選擇西門子PLCS7-300系列，該款PLC功能多、運(yùn)算速度快，能夠根據(jù)生產(chǎn)線不同需求進(jìn)行組合配置。在分析整個(gè)包裝碼垛流水線工藝流程的基礎(chǔ)上，選擇S7-300系列中的CPU315-2DP，該生產(chǎn)線中主要包括自動包裝系統(tǒng)和自動碼垛系統(tǒng)兩大部分，根據(jù)包裝流程的動作分析，包裝和碼垛部分總共需要約60個(gè)輸入點(diǎn)和50個(gè)輸出點(diǎn)，選擇輸入模塊SM321，數(shù)字輸出模塊SM322。

3.控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

      上位機(jī)觸摸屏程序能夠?qū)崿F(xiàn)操作人員與PLC之間的交流，實(shí)現(xiàn)不同人機(jī)界面之間的切換，以及不同的操作不同的按鍵控制PLC中不同的程序運(yùn)行。觸摸屏能夠?qū)Πb碼垛生產(chǎn)線的運(yùn)行信息、報(bào)警信息以及控制信號以文字或者圖像的形式，直觀形象的展示給用戶。觸摸屏程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)好壞不僅僅影響人機(jī)界面美觀性，對整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行同樣具有重要影響。MT8150iE系列觸摸屏通過EasyBuilder8000編程軟件進(jìn)行離線模擬和在線模擬，極大的方便了程序的調(diào)試。該觸摸屏軟件程序中主要包括主控界面、參數(shù)設(shè)置界面以及監(jiān)控三大部分。主控界面中主要包括啟動、停止、自動模式以及手動模式。報(bào)警畫面中主要顯示生產(chǎn)線中的報(bào)警信息，主要包括倉物料報(bào)警、加料不足、加料過重、秤門未關(guān)、放料失敗、總重量超重、手加料不足、手加料過多等等。結(jié)合報(bào)警畫面中的信息，生產(chǎn)線的工作人員可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并排除故障，保證生產(chǎn)線的生產(chǎn)正常進(jìn)行。

3.2下位機(jī)部分程序設(shè)計(jì)

      全自動包裝碼垛生產(chǎn)線中的邏輯控制程序主要包括以下幾個(gè)模塊：自動供袋子程序、自動取袋子程序、自動裝袋子程序、拆邊縫口子程序、倒袋輸送子程序、重量檢測剔除子程序以及碼垛分層子程序。在此處給出了自動取袋子程序控制流程圖。袋子由供袋輥?zhàn)觽魉偷酵邪迳?，?dāng)傳感器檢測到袋子時(shí)，袋子便會被吸盤吸住。此時(shí)橫進(jìn)裝置處于生產(chǎn)線取袋位置，當(dāng)限位開關(guān)檢測到信號時(shí)，則停止下降，此時(shí)磕頭裝置就會傾斜，真空電磁閥啟動，袋子被吸盤吸住，吸袋后磕頭裝置豎起，斜托盤上升完成取袋操作，再進(jìn)行上述重復(fù)動作。

4.結(jié)語

     為了提高包裝碼垛生產(chǎn)線的自動化程度，提高企業(yè)生產(chǎn)效率，降低工人勞動強(qiáng)度，提出了一種基于PLC的全自動包裝碼垛生產(chǎn)線控制系統(tǒng)。上位機(jī)采用S7-300系列CPU315-2DP與數(shù)字輸入SM321、數(shù)字輸出SM322等模塊相組合的方式實(shí)現(xiàn)對包裝生產(chǎn)線全自動控制，上位機(jī)采用維綸MT8150iE觸摸屏對整個(gè)包裝生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測與控制，在完成硬件選型的基礎(chǔ)上，對控制系統(tǒng)主程序以及人機(jī)交互界面進(jìn)行了軟件編程。該控制系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)、成本低以及可編程能力強(qiáng)，大大提高了包裝、運(yùn)輸以及碼垛效率，顯著提高了企業(yè)自動化程度。

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