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1引言
近幾年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，小袋包裝食品已走進千家萬戶，目前小袋包裝食品已進入成長期，大多數(shù)食品定量主要采用容積計量，速度快，精度較低，定量商品的合格率遠不能達到人們滿意的要求。為此經(jīng)常引起消費者和生產(chǎn)廠家的經(jīng)濟糾紛，嚴重影響消費關健詞/Keywords者的權(quán)益和生產(chǎn)廠家的信譽。針對此情PLC-況，我公司結(jié)合自身多年生產(chǎn)衡器的經(jīng)綠色設計與制造檢驗，充分了解吸收國外先進技術，開發(fā)出定量包裝機，一種模塊化全自動定量包裝機。該系統(tǒng)可控制系統(tǒng)廣泛應用于化工、醫(yī)藥、食品、糧食、飼料、檢測等行業(yè)，適用于顆粒狀、塊狀、條狀、片狀等物料。
2綠色設計與制造
綠色設計與制造是人類可持續(xù)發(fā)展的必由之路，特別是進入21世紀的中國，環(huán)境保護問題是人類最為關心的問題之一，它將生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟社會連結(jié)成一個協(xié)調(diào)發(fā)展的有機整體，要求經(jīng)濟發(fā)展必須考慮自然生態(tài)環(huán)境的長期承載能力，滿足人類長遠生成的需要。
在系統(tǒng)的設計過程中，從系統(tǒng)的方案設計到成品的生成，包括生產(chǎn)過程中的周轉(zhuǎn)物、回收物及廢棄物等，都充分地利用綠色設計的新思想。例如系統(tǒng)方案設計選擇時，將綠色設計新思想擺在首位，在滿足生產(chǎn)工藝、保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡可能多地采用綠色設計；當在滿足生產(chǎn)工藝、保證產(chǎn)品質(zhì)量和采用綠色設計產(chǎn)生沖突時，釆取資金傾斜政策，以滿足實際需要。在系統(tǒng)設計階段，將影響環(huán)境因素及預防污染的措施納入產(chǎn)品設計中，將環(huán)境性能作為產(chǎn)品設計的目標和出發(fā)點，使生產(chǎn)對環(huán)境的污染減少到最小，從根本上防治了污染，節(jié)約了能源和資源。設計中，釆用組態(tài)軟件進行控制，真正體現(xiàn)人性化設計，全面實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，大大減少勞動強度、提高生產(chǎn)效率、降低噪聲污染、節(jié)約電能及減少對電網(wǎng)的沖擊。在物流過程中，實現(xiàn)將物料進行全密封裝置,從而杜絕了粉狀及粉粒狀物料對周圍環(huán)境的污染，保護工人的身體健康，物料從原料開始到包裝成品的過程中，采用全密封，全過程自動監(jiān)控。
3系統(tǒng)特點及功能
該系統(tǒng)是一種集自動控制技術、計量技術、新傳感器技術、計算機管理技術于一體的機電一體化產(chǎn)品，它是根據(jù)預先設置的程序自動完成物料的供給、計量、充填、包裝及成品輸送等功能。
(1)自動化程度高
系統(tǒng)采用當前最為流行的組態(tài)軟件進行開發(fā)設計，畫面逼真，組態(tài)靈活，將PLC及二次儀表等設備進行連接，構(gòu)成有機的整體。
(2)模塊化設計
采用模塊化設計思想，根據(jù)需要選用雙頭秤、三頭秤或四頭秤自由組合的方式，這樣既可保證定量準確，又能提高計量速度。
(3)可操作性好
只需按下操作按鈕或在組態(tài)畫面上點擊相應按鈕就能完成所需要的工作，大大提高了勞動生產(chǎn)率，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。
(4)可靠性好
由于采用高可靠性能的三菱公司生產(chǎn)的FX2N型PLC及工控機進行控制，同時采用CAD進行優(yōu)化設計，保證系統(tǒng)具有較高的可靠性。
(5)可塑性強
與上位機進行通信，并將數(shù)據(jù)傳送給上位機進行處理，并可通過PLC的裕量接口與外圍設備進行聯(lián)絡，保證現(xiàn)場的設備都能準確完成所需的功能。
4主要技術指標
最大秤量：20~2000g；
稱量速度：20~120袋/min;
稱量精度：±0.2%~±1.0%(取決于物料的性質(zhì))；
外形尺寸：1880mmx1800mmx860mm;自重：480kg;
平均功耗：2kWo
5系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成
該系統(tǒng)主要由工控機(內(nèi)裝工業(yè)控制用組態(tài)軟件)、自動定量秤、自動包裝機三大部分組成。工業(yè)控制機主要用于完成設備的操作、對流水線的工藝裝置的監(jiān)視及數(shù)據(jù)管理；自動定量秤主要由儲料倉、秤架、計量斗、稱重傳感器、狀態(tài)傳感器、給料機構(gòu)、氣路單元、控制單元等組成，主要用于完成物料的計量；自動包裝機主要由自動套袋機構(gòu)、熱合機構(gòu)、傳送機構(gòu)、編碼打印機構(gòu)、控制單元等組成,主要用于物料的包裝、編碼打印及成品輸送等功能。

6PLC控制系統(tǒng)
6.1FX2N型PLC的性能特點
(1)可靠性高。I/。均采用光電耦合，二次電路設有C-R濾波器，防止混入輸入接點的振動噪聲和輸入線的噪聲引起誤動作，具有很強的抗干擾能力，能用于較惡劣的環(huán)境。
(2)抗干擾性好。采用模塊結(jié)構(gòu)和軟件控制，省去硬件開發(fā)工作，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。
(3)通用性好，使用方便、靈活。在不改變硬件的情況下，修改PLC內(nèi)部軟件可實現(xiàn)不同的控制要求，大大減少調(diào)試的工作量，提高工作效率，使系統(tǒng)的柔性大大提高。
(4)增加RS232BD接口板，方便地實現(xiàn)與上位機之間的通信。
6.2PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能
(1)用于控制該系統(tǒng)與周邊系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制。
(2)用于控制系統(tǒng)中電機的起停，大、小振動給料機的起停，擋板升降，料門開閉，計量斗切換等。
(3)用于檢測狀態(tài)傳感器的工作狀態(tài)。
(4)用于監(jiān)控現(xiàn)場的異常情況，并進行報警。
(5)將系統(tǒng)的工作情況傳送給上位機，并由上位機進行監(jiān)控。
6.3PLC控制系統(tǒng)硬件組成
系統(tǒng)涉及的周圍設備較多，用戶不同，連接的接口數(shù)量也不一樣，考慮到系統(tǒng)的通用性、可擴展性及技術的成熟性，系統(tǒng)設計時綜合考慮性能價格比，選用了三菱公司生產(chǎn)的FX2N型可編程控制器(帶RS232BD接口)，系統(tǒng)自身需32個輸入點；36個輸出點，同時考慮現(xiàn)場的可擴展性，選用三菱公司生產(chǎn)的FX2N—80MR型可編程控制器。其輸入信號主要包括狀態(tài)傳感器輸入信號、包裝機準包裝信號、儀表定值信號、自檢/工作信號、聯(lián)鎖信號等；輸出信號主要包括電機控制信號、電磁閥、報警、提示等信號。
6.4PLC控制系統(tǒng)的軟件設計
PLC控制系統(tǒng)是該系統(tǒng)的控制核心，PLC流程圖如圖2所示。

系統(tǒng)采用現(xiàn)場控制、盤控和上位機三級控制方式?，F(xiàn)場控制優(yōu)先于盤控，盤控優(yōu)先于上位機控制，即當處于現(xiàn)場控制時，盤控和上位機不能進行控制，但上位機能夠采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)。系統(tǒng)運行前首先判斷是否處于運行狀態(tài)，還是處于校準狀態(tài)。若處于校準狀態(tài)，可對儀表進行功能參數(shù)設定和校秤；若處于運行狀態(tài)，則進行自檢和工作狀態(tài)判斷。自檢狀態(tài)下，可檢測給料機構(gòu)及氣路系統(tǒng)是否工作完好;若處于工作狀態(tài)，先運行初始化程序，利用M8002運行開始接通、然后斷開的特性，使循環(huán)程序在工作前將計量斗中的物料卸完。計量斗去皮后，循環(huán)程序準備工作；同時還用來檢測儀表是否出錯，若有錯誤，程序不能正常工作，發(fā)出報警信號，以便排除。接著進行手動和自動狀態(tài)判斷，若處于手動狀態(tài)，進行手動操作，若處于自動狀態(tài)，循環(huán)程序工作，粗細給料機同時給料，當重量達到提前量時，停止粗給料，當達到終值時，停止細給料，儀表顯示穩(wěn)定后，計量斗門打開放料。程序設計中，充分考慮到計量斗卸料程序，開始時不受計量斗順序影響，當包裝機發(fā)出準包裝信號時，無論哪頭秤先到達終值，都可以卸料，當有1頭秤處于卸料狀態(tài)時，其他幾頭秤禁止卸料，即所謂卸料互鎖。若有2頭秤(或3、4頭秤)同時到達終值時，程序設計從1號稱到4號秤順序卸料。
6.5儀表及PLC與上位機的通信連接及程序設計
設計中，4臺儀表采用RS485總線型式與上位機COM1端口進行連接；而PLC采用內(nèi)置RS232與上位機COM2端口連接，通信方式采用半雙工方式，同步起動停止，波特率為9600,數(shù)據(jù)位8位,停止位2位，偶校驗，點對點傳輸方式。由于上位機和PLC控制柜距離較遠，約100m左右，直接進行通信，信號不能有效傳輸。設計時采用OEA1D1通用型RS232-RS485轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)RS232電平和RS485電平互相轉(zhuǎn)換，保證數(shù)據(jù)進行遠距離傳輸。同時對PLC軟件進行編程處理，利用特殊數(shù)據(jù)寄存器D8120來實現(xiàn)PLC和上位機之間的通信，其通信連接程序如圖3所示。

7組態(tài)軟件設計
(1)采集的數(shù)據(jù)：①采集4臺儀表的重量、毛重、凈重、超量及欠量值。②采集PLC的開關量參數(shù)。③采集中控室上位機有關參數(shù)。
(2)軟件功能：①釆集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，便于集中管理，并將數(shù)據(jù)傳到上位機。②采集現(xiàn)場信號，監(jiān)視與控制流水線的工作狀況。③點擊組態(tài)畫面上相應的按鈕，完成需要的工作。
8結(jié)束語
通過現(xiàn)場調(diào)試及用戶現(xiàn)場的使用情況來看，系統(tǒng)的可靠性好、操作簡單、維護方便，系統(tǒng)的精度高，不但保證了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，同時又克服了環(huán)境污染問題，為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益。

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