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0簡介
隨著工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械設(shè)備已經(jīng)集成為一個(gè)機(jī)電一體化的綜合體，自動(dòng)控制逐漸取代人工操作。可編程控制器(PLC)是一種以微處理器為核心，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)于一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。進(jìn)入21世紀(jì)以來，可編程控制器已成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的領(lǐng)先控制設(shè)備，躍居工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化四大支柱(可編程控制器、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造)之首。它的應(yīng)用程度已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家先進(jìn)和自動(dòng)化程度的標(biāo)志。自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要基于PLC，結(jié)合WinCC、工業(yè)以太網(wǎng)和PLC實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)三層之間的通信和監(jiān)控，提高系統(tǒng)的綜合自動(dòng)化水平，提高生產(chǎn)系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)效益，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1包裝碼垛自動(dòng)化生產(chǎn)線流程
自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線可將PP、PE顆粒、PVC、糧食等顆粒狀、粉狀物料裝袋，完成自動(dòng)包裝碼垛作業(yè)。廣泛應(yīng)用于石化、化肥、食品、港口等行業(yè)[3]。便于產(chǎn)品的儲存、運(yùn)輸和銷售。該自動(dòng)化生產(chǎn)線操作簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、可視性強(qiáng)、維護(hù)方便。通過與主機(jī)或觸摸屏連接，還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷和網(wǎng)絡(luò)管理。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)在自動(dòng)控制領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。包裝碼垛生產(chǎn)線以PLC為控制核心，PC通過以太網(wǎng)與PLC通訊，完成對各電機(jī)正反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速、繼電器、接觸器的控制。主要兩部分是包裝和碼垛機(jī)械。裝袋后，物料最終通過該裝置在倉庫中碼垛。流程圖如圖1所示。

2自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線系統(tǒng)的組成及控制設(shè)計(jì)
自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線一般由五部分組成，包括動(dòng)力系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)控制、傳感器技術(shù)和執(zhí)行部件。生產(chǎn)線主要由包裝碼垛組成，包括自動(dòng)定量包裝機(jī)、自動(dòng)裝袋機(jī)、封口機(jī)、倒袋機(jī)、金屬檢測機(jī)、重量檢查機(jī)、分揀機(jī)、碼垛機(jī)等單元[5]。PLC自動(dòng)控制整條生產(chǎn)線的工作過程。當(dāng)出現(xiàn)故障或供應(yīng)不足，且供袋和堆垛輸出不及時(shí)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警。作為自動(dòng)包裝生產(chǎn)線的核心部分，PLC控制系統(tǒng)在整個(gè)包裝過程中動(dòng)作復(fù)雜、動(dòng)作多，這使得控制系統(tǒng)必須具有高可靠性、強(qiáng)故障診斷能力和良好的節(jié)能措施，以保證生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。作為一個(gè)開關(guān)量，包裝生產(chǎn)線的各種控制都有很多I/O點(diǎn)和復(fù)雜的動(dòng)作關(guān)系。系統(tǒng)選用西門子S7-300系列PLC，網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)，板卡種類全面，可根據(jù)控制系統(tǒng)的需要進(jìn)行配置。
3.控制系統(tǒng)通信與監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)
西門子S7-300用于包裝碼垛控制系統(tǒng)的底層，用于生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和功能執(zhí)行。WinCC運(yùn)行在工控機(jī)中，利用以太網(wǎng)與S7-300PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和控制。底層PLC通過CP1613采集數(shù)據(jù)，并將設(shè)備的實(shí)時(shí)參數(shù)WinCC傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行變量設(shè)置和動(dòng)作執(zhí)行。同時(shí)，WinCC還可以將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄钟蚓W(wǎng)上的管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。
WinCC作為監(jiān)控系統(tǒng)的框架基礎(chǔ)，起到了控制作用[6]。在工控機(jī)中，WinCC使用以太網(wǎng)與S7-300PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和控制。底層PLC通過CP1613采集數(shù)據(jù)，并將設(shè)備的實(shí)時(shí)參數(shù)WinCC傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行變量設(shè)置和動(dòng)作執(zhí)行。同時(shí)，WinCC將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄钟蚓W(wǎng)上的管理信息系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控[7]。信息監(jiān)控系統(tǒng)可分為三個(gè)部分:底層PLC數(shù)據(jù)采集層、中層WinCC監(jiān)控層和信息管理層。監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。該系統(tǒng)硬件主要包括傳感器、西門子S7-300(包括擴(kuò)展模擬I/O模塊、電源和數(shù)字I/O模塊等。)，服務(wù)器，工控機(jī)和工業(yè)以太網(wǎng)卡等。

系統(tǒng)功能通過WinCC實(shí)現(xiàn)過程監(jiān)控層。以下是配料系統(tǒng)涉及的所有操作設(shè)備的具體參數(shù)，下載的配料清單，以及實(shí)時(shí)監(jiān)控的整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)情況。當(dāng)遇到故障和報(bào)警時(shí)，定義相關(guān)的故障點(diǎn)，解除報(bào)警，維護(hù)生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，最大限度地提高工廠的生產(chǎn)效率?？刂葡到y(tǒng)分為參數(shù)配置和監(jiān)控兩部分。其中倉庫參數(shù)設(shè)置、攪拌機(jī)參數(shù)設(shè)置、稱重參數(shù)設(shè)置、配料單輸入、手動(dòng)投料參數(shù)設(shè)置為參數(shù)配置[8]。其中倉庫用于飼養(yǎng)。一般有幾個(gè)倉庫可以同時(shí)輸入不同的原料。據(jù)說是實(shí)時(shí)提供當(dāng)前的原料重量，用戶可以自己手動(dòng)投料，解決了部分原料數(shù)量少或者發(fā)生倉庫投料錯(cuò)誤的問題?；旌掀饔糜诟鶕?jù)設(shè)定的程序混合原料的部分。
監(jiān)控部分主要包括操作界面和控制界面，以及整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況。
在操作界面可以直觀的觀察到情況，包括倉庫、秤、攪拌機(jī)、手動(dòng)投料的運(yùn)行情況和實(shí)時(shí)報(bào)警信息[9]。圖形化直觀的界面可以讓工作人員一目了然。控制界面更適合工廠管理人員操作。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，詳細(xì)識別故障并及時(shí)排除，使系統(tǒng)在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常運(yùn)行?？刂平缑姘ㄔS多特定的控制單元。
4結(jié)論
生產(chǎn)線控制系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了各項(xiàng)功能的預(yù)期目標(biāo)。主要任務(wù)是PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與部分實(shí)現(xiàn)，以及一些現(xiàn)場調(diào)試和實(shí)驗(yàn)室調(diào)試，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

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