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_{隨著社會(huì)發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)指數(shù)的提升，品茶人數(shù)逐漸增 高,茶葉需求量不斷攀升，并且小克重、精品化、多樣化包裝成 為茶葉生產(chǎn)行業(yè)的主流趨勢(shì)。因此，提高茶葉包裝質(zhì)量和包 裝效率尤為重要。多功能茶葉包裝機(jī)是在一臺(tái)包裝設(shè)備上能 夠完成多個(gè)以上的茶葉包裝工序的設(shè)備，其能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)茶 葉包裝過(guò)程中制袋、稱量、充填、封口和切斷的工序[1~2]o包 裝封口是茶葉包裝過(guò)程核心工段之一,封口質(zhì)量將影響茶葉 的包裝質(zhì)量、儲(chǔ)存時(shí)間、銷售狀況。由于熱封裝置溫度的升/ 降速率大和熱量傳遞慣性大的特性，加之外界干擾因素和執(zhí) 行器電壓波動(dòng)影響，使溫度控制系統(tǒng)具有非線性和時(shí)滯性，利 用傳統(tǒng)PID控制經(jīng)常出現(xiàn)包裝材料燒穿和過(guò)度收縮、物料泄 露、封口不嚴(yán)、封口不牢固的現(xiàn)象，降低了茶葉包裝效率和包 裝成品的合格率TIA Portal是西門子推出的全集成的工 業(yè)自動(dòng)化軟件，可以完成高效靈活的項(xiàng)目組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)搭建、程 序編寫、在線診斷、遠(yuǎn)程操作及故障報(bào)警，其與傳統(tǒng)的WinCC + Step7方法相比無(wú)需花費(fèi)大量時(shí)間完成軟件集成，明顯節(jié)約 時(shí)間，提高工作效率，是未來(lái)工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展方向?yàn)榻?決上述問(wèn)題，本研究構(gòu)建由S7-1200PLC, PC Station, TCP7062Ti觸摸屏的TIA Portal的多功能茶葉包裝機(jī)控制系 統(tǒng)，設(shè)計(jì)模糊PID包裝機(jī)熱封裝置溫度控制程序，以期提高茶 葉包裝機(jī)的自動(dòng)化程度和包裝質(zhì)量。}

_{1多功能茶葉包裝機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理}

_{多功能茶葉包裝機(jī)結(jié)構(gòu)見圖1,主要包括橫封裝置、包材 送料裝置、縱封裝置、翻領(lǐng)成型器、包裝薄膜、稱重裝置及定 位裝置等⑴。本研究對(duì)多功能茶葉包裝機(jī)進(jìn)行以下幾方面 優(yōu)化改進(jìn)：①將橫封裝置與切斷機(jī)構(gòu)組合在一起，既可以減 小整機(jī)尺寸也能縮短工作周期；②橫封裝置使用獨(dú)立電機(jī) 驅(qū)動(dòng)，縱封裝置運(yùn)用氣缸驅(qū)動(dòng)，便于協(xié)調(diào)和控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu) 間的速度保持一致或匹配，避免因速度不匹配而造成封口褶 皺的問(wèn)題，還能簡(jiǎn)化傳動(dòng)鏈、減小設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和制造成本； ③導(dǎo)料器下方增設(shè)導(dǎo)料管至橫封裝置上方約30 mm處，降 低粉塵揚(yáng)起污染封口部位的程度。}

_{包裝材料被包材供送裝置經(jīng)自動(dòng)糾偏裝置調(diào)整后送達(dá) 成型器，包裝材料被翻領(lǐng)成型器成型卷成筒狀后，包裝機(jī)縱 封裝置以設(shè)定的溫度對(duì)包裝材料進(jìn)行燙邊封口，在此之前橫 封裝置已經(jīng)完成上一個(gè)包裝袋的頂封和下一個(gè)包裝袋的底 封，與此同時(shí)，稱重機(jī)構(gòu)已完成產(chǎn)品稱重并將物料填充至包 裝材料內(nèi)〔6一刁。包裝材料在牽引裝置的作用下繼續(xù)向下運(yùn) 動(dòng)到達(dá)橫封裝置位置，橫封裝置完成包裝袋頂封和切斷工 作，然后進(jìn)行產(chǎn)品包裝的質(zhì)量檢測(cè)，剔除次品，輸送出合格產(chǎn) 品。其中，產(chǎn)品的填充及包裝袋橫封、切斷位置的確定由色 標(biāo)進(jìn)行定位。}

_{2多功能茶葉包裝機(jī)控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng) 設(shè)計(jì)}

_{多功能茶葉包裝機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括兩方面：硬 件選型和軟件設(shè)計(jì)。整個(gè)控制系統(tǒng)中，設(shè)備的檢測(cè)裝置、執(zhí) 行機(jī)構(gòu)數(shù)量較多，彼此之間還存在一定的相互影響，對(duì)控制 系統(tǒng)性能要求較高〔旳。}

_{2.1系統(tǒng)控制點(diǎn)統(tǒng)計(jì)}

_{根據(jù)多功能茶葉包裝機(jī)工藝流程分析和項(xiàng)目控制要求， 控制點(diǎn)分為：DI（數(shù)字量輸入信號(hào)）、DO（數(shù)字量輸出信號(hào)）、 AI（模擬量輸入信號(hào)）、AO（模擬量輸出信號(hào)）.}

_{2.2控制系統(tǒng)硬件選型}

_{（1）根據(jù)上述多功能茶葉包裝機(jī)I/O統(tǒng)計(jì)，選擇西門子 S7-1200系列的CPU1214C為控制器，其具有很快的處理速 度,單條基本指令處理時(shí)間約為0.1卩s,同時(shí)自帶Profinet網(wǎng) 絡(luò)接口"1?？刂颇K選擇：數(shù)字量輸入模塊SM1221 （6ES7221-1BF32-0XB0）、數(shù)字量輸岀模塊 SM1222 （6ES7222- 1BH32-OXBO）、模擬量輸入模塊 SM123K6ES721231-4HF32- 表1多功能茶葉包裝機(jī)I/O統(tǒng)計(jì)表}

_{（2） 觸摸屏選用昆侖通泰TPC7062Ti,屏幕尺寸為 190.5 mm,分辨率800X480。通過(guò)觸摸屏可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互， 在觸摸屏上能夠進(jìn)行參數(shù)值調(diào)整、控制對(duì)象監(jiān)控、手/自動(dòng)切 換命令。}

_{（3） 傳感器選擇。重力傳感器選用日本MT（）品牌，型 號(hào):LRS-50,檢測(cè)范圍0?100 g,該重量傳感器檢測(cè)靈敏，適 合茶葉的小包稱量；溫度傳感器選用ESMU型祐熱電阻，檢 測(cè)范圍0?200 K，檢測(cè)精度0.1 -C。}

_{（4） 執(zhí)行器選擇。加熱管選用Cr20Ni80型號(hào)鐐倍加熱 絲，電磁閥型號(hào)TM51-1HP,電機(jī)釆用伺服電機(jī)。}

_{本控制系統(tǒng)基于TIA Protal V13平臺(tái)，在完成工程項(xiàng)目 創(chuàng)建后，選擇“設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)”-,'組態(tài)設(shè)備”-“添加新設(shè)備”， 然后根據(jù)設(shè)備訂貨號(hào)在選項(xiàng)列表中所需模塊，如：PS模塊、 CPU模塊、SM模塊等}

_{3多功能茶葉包裝機(jī)控制系統(tǒng)軟件系統(tǒng) 設(shè)計(jì)}

_{3.1多功能包裝機(jī)主程序流程}

_{該多功能包裝機(jī)根據(jù)茶葉包裝工序，實(shí)現(xiàn)茶葉包裝過(guò)程 中制袋、稱量、充填、封口和切斷的工序與運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、異常 狀態(tài)中斷及報(bào)警功能。程序按照模塊化思路設(shè)計(jì)，主要分為 主程序、子程序及中斷程序。程序運(yùn)行時(shí)，首先執(zhí)行初始化程 序段，然后進(jìn)入主程序段判斷包裝機(jī)運(yùn)行的手/自動(dòng)狀態(tài)位, 若是自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài),則主程序調(diào)用包材縱封送料子程序、縱封 加熱子程序、送料子程序,PLC實(shí)時(shí)掃描釆集包材位置信號(hào)和 縱封溫度信號(hào)，當(dāng)滿足包裝袋縱封條件后，控制器啟動(dòng)縱封電 磁閥完成縱封工作。當(dāng)完成縱封工作后主程序調(diào)用橫封加熱 子程序、包材橫封供送子程序,PLC實(shí)時(shí)掃描采集包材位置信 號(hào)、橫封溫度信號(hào)、稱重傳感器信號(hào)，當(dāng)3個(gè)信號(hào)都滿足橫封 要求時(shí)，橫封電機(jī)啟動(dòng)，進(jìn)行橫封工作和切斷工作，茶葉包裝 過(guò)程完成。}

_{4結(jié)論}

_{基于TIA Portal V13平臺(tái)和S7-1200 CPU控制器實(shí)現(xiàn) 多功能茶葉包裝機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制，利用TIA Portal可 快速、直觀地開發(fā)和調(diào)試優(yōu)勢(shì)，解決包裝封口不嚴(yán)、外觀褶 皺、材料燒穿等包裝質(zhì)量問(wèn)題，結(jié)合()PC技術(shù)完成WinCC 與MATLAB的通訊，實(shí)現(xiàn)模糊PID的包裝機(jī)熱封溫度控制 算法的應(yīng)用，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)PID的3個(gè)參數(shù)，提高溫度系統(tǒng)的精 確度和穩(wěn)定性，應(yīng)用表明，該多功能茶葉包裝機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定、成品率高。具有一定的應(yīng)用價(jià)值。}

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