面粉自动包装机PLC控制系统设计

【摘 要】本文介绍了一个面粉自动包装设备， 采用PLC 和触摸屏电控系统进行控制，并对控制系统的软、硬件设计和设备工作过程进行了详细地分析。

【关键词】PLC；面粉自动包装机；触摸屏

0 概述

面粉包装机械能够大大节省劳动力成本， 减轻劳动强度， 提高劳动生产率，提高包装品质，符合现代社会对多种质量包装食品的需求，促进面粉加工生产线的自动化。充分借鉴各种包装机械先进控制技术，采用三菱PLC和触摸屏对国产设备进行了技术升级改造，实现了智能化的自动包装控制过程和可视化的参数控制。

控制系统由三菱PLC控制确定计量精度，通过三菱触摸屏监控自动包装机的运行状态，可随时根据生产要求修改控制参数。可编程序控制器在工业自动化控制领域得到了广泛应用，具有编程功能强大、工作使用方便可靠等特点[1]。触摸屏是人机界面友好，功能较强大的可编程终端，它集中了显示部件和触摸开关， 是工业控制领域应用广泛的人机界面产品。本系统采用变频调速技术，不但能实现控制系统对速度的控制，而且能够节约能源、提高效率。PLC和触摸屏相结合的控制系统，软件和硬件简洁可靠，适合在工业复杂环境使用，而且易于维护，有广阔的应用前景。

1 工作原理

整个系统的运动控制主要采用气压传动，气动系统主要包括各种电磁换向阀和单作用气缸，气缸控制着包装过程的一系列动作。主要包括储料斗仓门的启闭，还有取包装袋、送袋，张开袋口、套装袋、袋口夹紧、向后拉等过程。工艺流程如图1所示。

包装的工艺过程包括以下步骤：1）通过光电开关确定包装袋箱是否有袋，如果有，继续下一步，否则发出报警信息；2）取袋气缸驱动吸盘上下运动，自动去抓取包装袋，将包装袋放到拖板上，通过带传动传送到定位平台，将包装袋口输送到两个上下吸盘之间，定位装置是由压力定位辊轮构成；3）气缸驱动吸盘吸牢袋口后，并张开袋口，通过气缸驱动将包装袋套入储料斗上；4）原料由前一道工序的带式输送机存入储料斗，在储料斗套好料袋后，打开储料斗仓门，在振动器的震动下，面粉通过出料口流入包装袋，通过称重传感器实时测量灌装质量，到达设定值后，迅速关闭储料斗出料口；5）当灌装结束时，通过气缸驱动夹紧装置，夹紧包装袋口，然后拖到封口工序，通过封口机封口，最后拖到传送带上，完成了整个包装过程。

图1 工艺流程图

2 硬件系统设计

2.1 系统结构

该系统既包括开关量控制， 还有模拟量变频调速控制。设备运行方式包括自动连续运行和人工手动点动操作，这样相对于各种操作的输入端口、需要用于动作状态信息显示的输出端口有很多。这些I/O信号如果采用的方式是常规的电器按钮、指示灯，会很大程度增加硬件模块及电气连线数量，由此产生的故障率也会加大。所以我们采用的方案是PLC与触摸屏相结合。触摸屏的画面是用使用三菱公司的 GT-Designer2组态软件设计完成后，再通过上位计算机的串行通讯口下载到三菱触摸屏。三菱PLC与触摸屏之间的通讯连线简洁。系统框架如图2所示。

图2 硬件系统框图

2.2 I/O端口的分配

自动包装设备共需要有数字量输入端口22个，其中：气缸运动限位开关19 个，压力开关2个，光电传感器1个。需要数字量输出端口15个，其中气缸运动电磁阀线圈控制14个，传送带电机接触器控制1个。

变频器调速系统共需要2个模拟量输入端口，以及一个模拟量输出端口。称量传感器测量已经流入包装袋中料的质量，电压值信号输入模拟量输入通道1，当到达设定值后， 将储料斗仓口关闭。测速传感器测量电机的转速，将转速信号转换为电压值信号输入模拟量输入通道2，经过与设定值比较、通过PID运算后，将运算结果从模拟量输出通道输出，输出电压信号作为变频器的控制信号，实现节能变频调速。采用三菱公司的FR-D740-7.5K-CHT型变频器，传动部分由减速机构与链条传动部分组成，能够起到减小振动，运行平稳的作用[2]。

主控单元采用了三菱公司的FX2N系列的PLC产品FX2N—48MR， 另外需要添加一个模拟量扩展模块FX2N—3A[3]。 触摸屏采用三菱公司生产 GOT1155型。

3 软件设计

3.1 软件总体功能

图3是采用触摸屏控制程序框图。控制程序的编制是采用菜单形式。自动功能主要包括：运行、暂停、结束、复位等四个步骤。手动功能主要包括：所有进、退、起、停等运动部件的运动方式。编程主要利用GT-Designer2触摸屏编程软件中的交替性按钮功能。分别在按钮按下、抬起时，对PLC相应的辅助继电器置位，实现PLC对某运动部件的进退控制。参数设定方法：可以按照用户的需求，可以任意设定转速以及计数值等参数，并能够对参数的上限进行监控，一旦超过极限值，即给出报警提示。状态监控部分：监视自动包装系统的各个部件的状态，如变频器以及电机等的异常状态，及时采取保护措施，并给出报警提示显示。

3.2 PLC编程

图3 程序框图

采用三菱公司GX-Develop 编程软件，在上位机上使用较为直观的图形化编程方法，按照顺序控制设计法和步进梯形图进行编程，梯形图程序编译成功后，通过上位机和PLC的通信电缆，将程序下载至三菱PLC 中。

4 结论

面粉自动包装机采用PLC和触摸屏相结合的自动控制方案， 采用气压传动、变频调速技术、光电传感器技术一体化，因此本包装设备使用简单，性能可靠，并且设备的功能更加强大，可维护性及安全可靠性显著提高。相对于传统产品中存在的缺陷，比如操作复杂，工艺参数难于修改等缺点有了显著改善，在食品加工等行业中有广阔应用前景。

【参考文献】

[1]常斗南.可编程序控制器原理·应用·实验[M].北京：机械工业出版社，2003.

[2]陈其纯.PLC控制器应用技术[M].北京：高等教育出版社，2004.

[3]姚国强.触摸屏人机界面控制方式及应用[T].工程机械与维修，2004（10）.

[责任编辑：杨玉洁]

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