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隨著生產(chǎn)和生活的不斷發(fā)展，人們對包裝技術(shù)提出了更高的要求。各類物料的計(jì)量精度直接關(guān)系到包裝企業(yè)的產(chǎn)品銷售，進(jìn)而對企業(yè)的生存、發(fā)展和經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生影響。大多數(shù)機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)都重視采用高度自動(dòng)化的生產(chǎn)線，相比之下，化肥產(chǎn)品的生產(chǎn)包裝本身就不夠重視自動(dòng)化生產(chǎn)線，其應(yīng)用很少，相關(guān)研究也不多，在化肥行業(yè)中各物料的計(jì)量精度，更沒有引起企業(yè)的高度重視。提高化肥各物料的計(jì)量包裝精度一直是困擾企業(yè)的難題［１］。筆者根據(jù)化肥的特點(diǎn)研制開發(fā)了化肥的自動(dòng)計(jì)量混合包裝機(jī)控制系統(tǒng)，著重介紹了一種基于PLC和觸摸屏的全自動(dòng)包裝機(jī)控制系統(tǒng)，并對控制系統(tǒng)的流程和實(shí)現(xiàn)作詳細(xì)介紹。
１計(jì)量包裝機(jī)的構(gòu)成
１．１全自動(dòng)計(jì)量包裝機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
全自動(dòng)計(jì)量包裝機(jī)主要用于各粉狀、顆粒狀肥料的定量計(jì)量包裝，混料攪拌桶內(nèi)設(shè)有渦輪攪拌器，驅(qū)動(dòng)渦輪由輸入軸穿過密封固定座聯(lián)接傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了混料機(jī)對物料的自動(dòng)攪拌、自動(dòng)下料控制，運(yùn)輸機(jī)的自動(dòng)運(yùn)輸，包裝機(jī)的自動(dòng)打包，以達(dá)到混料機(jī)內(nèi)部任何位置物料混合均勻的目的，可在無人操作的條件下達(dá)到自動(dòng)包裝的目的。下料泵、攪拌器、混料攪拌桶主體（含驅(qū)動(dòng)葉輪）、工藝管、附件及計(jì)量檢測裝置的定位等設(shè)計(jì)見圖１

１．２自動(dòng)運(yùn)輸機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
全自動(dòng)計(jì)量包裝機(jī)中各物料的定量計(jì)量是本機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)，包括稱重采用波紋管稱重壓力傳感器檢測裝置、A/D轉(zhuǎn)換器采用FX２N－４AD模擬量輸入模塊、氣動(dòng)電磁閥、PLC采用三菱FX２N－３２MR等裝置。皮帶運(yùn)輸處理裝置包括上級皮帶運(yùn)輸機(jī)、熱鎖口機(jī)和下級皮帶運(yùn)輸機(jī)［３］。在混料機(jī)中經(jīng)混合攪拌后的均勻
物料放到包裝袋后，經(jīng)過上級皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)送到鎖口機(jī)鎖口，鎖口后送到下級皮帶運(yùn)輸處理機(jī)，將包裝好的包裝袋輸送上汽車裝運(yùn)。為了滿足工藝要求，不使皮帶運(yùn)輸機(jī)超載和貨物堆積，在啟動(dòng)時(shí)反啟，停止時(shí)順停。皮帶運(yùn)輸機(jī)結(jié)構(gòu)見圖２。

２自動(dòng)計(jì)量處理裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
計(jì)量處理會(huì)影響整個(gè)包裝機(jī)的性能質(zhì)量。在稱重計(jì)量環(huán)節(jié)，各計(jì)量桶內(nèi)壁會(huì)粘附混合后的粉料，對實(shí)際稱重有一定的影響，各計(jì)量桶采用不銹鋼內(nèi)壁的結(jié)構(gòu)來減少影響。為校正誤差，在每次進(jìn)料之前，空斗質(zhì)量G０由可編程控制器控制自動(dòng)稱量，并把G０作為下料稱量質(zhì)量（G１）的參考點(diǎn)，物料的總重量G２通過系統(tǒng)運(yùn)算得G２＝G１－G０。外界因素引起的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象對實(shí)際進(jìn)料值受到的影響降低到最小值［４］。在包裝進(jìn)料環(huán)節(jié)，為使進(jìn)料速度和計(jì)量包裝的準(zhǔn)確性得到保證，系統(tǒng)采用快速進(jìn)料和微調(diào)進(jìn)料相結(jié)合的方式。將快速進(jìn)料閾值設(shè)置為目標(biāo)值的９０％，快進(jìn)料速度較快［５］，到達(dá)目標(biāo)值后電磁閥關(guān)閉一部分。加料精確度可以通過微調(diào)進(jìn)料來提高，微調(diào)進(jìn)料的閾值等于目標(biāo)值與過沖量之差。系統(tǒng)加料達(dá)到設(shè)定值時(shí)，微調(diào)進(jìn)料閥會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，在加料裝袋過程中，物料的下料的沖擊對系統(tǒng)造成振動(dòng)，會(huì)造成包裝質(zhì)量瞬時(shí)增加，會(huì)造成過沖現(xiàn)象。實(shí)際加料量等于微調(diào)進(jìn)料加上過沖量，為了使過沖量能使系統(tǒng)自動(dòng)校正，系統(tǒng)采用閉環(huán)前饋控制技術(shù)?；驹硎歉鶕?jù)上次裝袋的誤差來調(diào)整本次稱量計(jì)量過程中產(chǎn)生的過沖量，稱量值與目標(biāo)值的偏差通過微進(jìn)料閥門開關(guān)時(shí)間來調(diào)整，可以提高定量包裝的精確度［６］。
３系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)
３．１觸摸屏畫面設(shè)計(jì)
觸摸屏是專為PLC（可編程邏輯控制器）而設(shè)計(jì)的互動(dòng)式工作站，具有與各種品牌PLC連線的監(jiān)控能力，適用于惡劣的工作環(huán)境，能夠替代普通工控機(jī)。觸摸屏可以隨時(shí)跟蹤設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，通過人機(jī)界面向PLC發(fā)出指令和傳送數(shù)據(jù)，再通過可編程控制器完成對系統(tǒng)或設(shè)備的開關(guān)量和數(shù)據(jù)量進(jìn)行控制。人機(jī)界面可以制作成多幅多種監(jiān)控畫面，替代傳統(tǒng)的電氣操作面板及顯示記錄儀等，而且具有功能更加強(qiáng)大的特點(diǎn)。人機(jī)界面觸摸屏選用２５６色的三菱F９４０WGOT－TWD作為顯示、操作設(shè)定單元。計(jì)算機(jī)均采用RS－２３２通訊口，PLC的通訊口是RS－４２２，F(xiàn)９４０WGOT－TWD通訊口有兩個(gè)，分別為RS２３２C與RS－４２２/４８５。FX系列設(shè)備通訊連接線圖如圖３所示。

３．２程序流程
初始化是對所有輸入信號進(jìn)行檢測，能否滿足啟動(dòng)的條件包括檢測輸入信號是否有報(bào)警、負(fù)載過載等條件。在滿足啟動(dòng)條件沒有報(bào)警時(shí)，執(zhí)行后面程序，在人機(jī)界面選擇手動(dòng)還是自動(dòng)，選擇手動(dòng)跳過自動(dòng)程序，執(zhí)行手動(dòng)程序，選擇自動(dòng)程序執(zhí)行自動(dòng)程序，跳過手動(dòng)程序，優(yōu)點(diǎn)是執(zhí)行程序的時(shí)間縮短。在自動(dòng)程序中首先對各混合原料分別進(jìn)行稱重計(jì)量，所有原料達(dá)到要求的重量后，開啟各自的氣動(dòng)電磁閥，將各原料放到混合桶中進(jìn)行充分混合攪拌，攪拌均勻后開啟混合物氣動(dòng)電磁閥，將混合物下料到包裝袋里，同時(shí)開啟傳送帶電機(jī)，將包裝袋經(jīng)傳送帶傳送到鎖口機(jī)進(jìn)行鎖口。由于稱重計(jì)量到達(dá)要求和開啟氣動(dòng)電磁閥有一定的時(shí)間延時(shí)，控制電磁閥要采用前饋控制。手動(dòng)程序包括：各原料的手動(dòng)計(jì)量、各原料的電磁閥手動(dòng)開啟、手動(dòng)混合攪拌、手動(dòng)混合物后的電磁閥、手動(dòng)傳送帶和手動(dòng)鎖口等操作。手動(dòng)主要是為了調(diào)試設(shè)備和出現(xiàn)故障時(shí)對故障設(shè)備進(jìn)行維修。系統(tǒng)控制流程如圖４所示。

３．３邏輯控制
由PLC控制的全自動(dòng)計(jì)量混合包裝機(jī)，采用了實(shí)現(xiàn)包裝機(jī)的自動(dòng)計(jì)量、混合、傳送及鎖口等功能。PLC選用三菱FX２N－３２MR，由于邏輯、順序較為固定，程序采用步進(jìn)梯形圖控制，由于數(shù)量較大，數(shù)據(jù)存儲器要采用３２位存儲器，否則數(shù)據(jù)會(huì)溢出。由步進(jìn)順控指令完成手動(dòng)/自動(dòng)完成狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，由功能指令完成稱量計(jì)量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和顯示、工作狀態(tài)及報(bào)警等信息。
４在線調(diào)試及仿真
在PC機(jī)上完成程序編制后，經(jīng)過電纜下載到三菱FX２N－３２MRPLC中，并經(jīng)過軟硬件測試才能最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制任務(wù)。GXSimulator是在Windows上運(yùn)行的軟元件包，安裝GXDeveloper的計(jì)算機(jī)內(nèi)安裝GXSimulator就能實(shí)現(xiàn)不在現(xiàn)時(shí)的調(diào)試。打開菜單欄的“工具”菜單，點(diǎn)擊“梯形圖邏輯測試啟動(dòng)（L）”子菜單，啟動(dòng)梯形圖邏輯測試。根據(jù)自己配置的輸入輸出進(jìn)行測試見圖５。
打開“GTSORTWARECHINESE”安裝文件夾，將”EnvMEL”文件進(jìn)行軟件的使用環(huán)境的安裝。創(chuàng)建觸摸屏工程，針對全自動(dòng)包裝機(jī)一個(gè)子系統(tǒng)的觸摸屏系統(tǒng)見圖６。在上位機(jī)建立了趨勢曲線，讓操作人員更直觀地了解系統(tǒng)及設(shè)備的運(yùn)行的穩(wěn)定程度，見圖７。

４結(jié)論
實(shí)際使用證明，使用了基于PLC的全自動(dòng)控制系統(tǒng)后，與以前采用人工稱量計(jì)量相比較，精度得到了大大的提高，得到質(zhì)量計(jì)量主管部門和用戶的肯定和認(rèn)同。該控制系統(tǒng)已連續(xù)運(yùn)行一年多，運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠、自動(dòng)化程度高、操作方便，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，充分發(fā)揮了可編程控制器運(yùn)算速度快、功能強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)固定簡便、修改程序方便、維護(hù)便捷、接線少、故障率低、維修保養(yǎng)容易、使用靈活、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢，加之觸摸屏友好的人機(jī)界面功能，獲得了用戶滿意的使用效果，值得推廣應(yīng)用。
 

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