PLC在小型立式自动包装机控制系统中的应用

1、PLC 在小型立式自动包装机控制系统中的应用郭利霞,李秉玉(武汉船舶职业技术学院电子电气工程系,湖北武汉430050摘要分析了小型立式自动包装机的工作过程,提出了以PL C 为基础的全自动包装机控制系统的总体解决方案,阐述了PL C 控制系统的软硬件设计结构,给出了PL C 的I/O 分配表及外及控制程序流程图。关键词包装机;可编程控制器(PL C ;控制系统中图分类号TP23文献标志码A 文章编号1671-8100(200704-0034-03收稿日期:2007-03-27作者简介:郭利霞,女,讲师,主要从事机电一体化方面的教学和科研工作。控制系统是包装机械的重要组成部分,它的作用在于对整个

2、自动工作循环进行控制和协调,包括:使各种包装运动按一定顺序进行;必要的压力、温度、时间、速度的调节及其控制;各种质量检测,自动安全保护,自动计量、计数的实现;物料的供停,故障的自动报警等控制。常规控制系统有:机械式、气(液动式和电控式等。其中电控式应用最广。早期的电控式控制系统主要采用继电器接触器电路和仪表控制方法,其控制水平较低,已难以适应现代食品包装的控制要求。现代的自动包装机要求能完成多种物品的包装,要求定位准确,包装速度高。基于PL C 和触摸屏技术的全自动包装机控制系统,可以更好地满足包装生产的要求,提高生产效率。PL C 具有功能强、可编程、智能化等特点,可根据生产工艺要求编制程序

3、,直接对设备进行控制。触摸屏简称P T ,是专为PL C 应用而设计的一种高科技人机界面产品,具有强大显示和操作功能,对生产现场进行监控。本文介绍了一种基于PL C 的全自动包装机控制系统,对控制系统中硬件设计和软件设计做了详细的介绍。1小型全自动包装机的工作过程小型全自动袋包装机具有制袋、充填、封口、日期打印、切断袋膜、成品计数等功能,同时自动定量部分完成物料输送、加料、计量及投料等工作。其工作过程是将包装膜按照规定的供膜要求安装好后,包装膜由拉袋电机通过同步带轮带动两组同步带将薄膜带动行进。当薄膜通过打印器时,可自动打印需要的生产日期。薄膜经翻领成型器后,通过纵封器将薄膜制成袋筒,袋筒经横

4、封器进行下横封。物料通过料斗的料位检测,控制系统自动控制上料机的启停使料斗内的物料保持一定的高度,形成稳定的料压,以保证计量精度的稳定性。物料充填量杯后,超出杯口的物料由刮板刮平,当物料视比重变化时,可通过旋转计量调整机构手轮改变量杯容积,达到计量精度要求。物料通过下料筒流入袋膜中进行上横封,下横封,拉袋走纸工序完成后,装有物料的袋膜通过自重,自动落入溜板输出机外。2PL C 控制系统的设计2.1控制系统的总体方案设计包装机的工作过程是一个典型的顺序控制,考虑到包装机运作复杂,传感器多,干扰大,而PL C 具有可靠性高、控制功能强、编程方便等优点,选用可编程控制器作为其主控制器。选用人机界面作

5、为操作屏,通过触摸屏上的菜单式应用软件对机器的各种参数进行跟踪调整。电子显示屏显示切袋长度、包装速度、充填物的净含量以及包装产量等。标准的色标跟踪光电系统能保证包装产品的印刷图案正确。另外,机器可对工作过程进行在线状态监测和故障诊断分析,一旦发生问题,自动停机,并显示故障原因及43工程技术武汉船舶职业技术学院学报2007年第4期解决方法。基于我国目前立式袋成型机结构复杂、调整机构多,且包装精度低,一般在±2%-3%之间,有的还在±3%以上。包装速度低,机械式和一般伺服控制成型机耗电量大,封口不结实,尤其是印有彩色图案的商标不能准确到位,原因是包装纸的实际运动速度与预计的有误

6、差,积累起来会使商标位置发生变动。本系统选用步进电机进行控制,间歇式包装机使用步进电机供膜,可靠性将大大提高。以前的包装膜供送多采用曲柄连杆机构间歇拉带方式,结构复杂,调整困难,特别是当需要更换产品时,不仅调节困难,而且包装膜浪费很多。采用步进电机与拉带滚轮直接连接拉带,不仅结构得到了简化,而且调节极为方便,只要通过控制面板上的按钮就可以实现,这样既节省了调节时间,又节约了包装材料。在间歇式包装机中,包装材料的供送控制可以采用两种模式:袋长控制模式和色标控制模式。袋长控制模式适用于不带色标的包装膜,通过预先设定步进电机转速,转空比的设定通过触摸屏就可以实现。色标模式配备有光电开关,光电开关检测

7、色标的位置,当检测到色标时,发出控制开关信号,步进电机接到信号后,停止转动,延时一定时间后,再转动供膜,周而复始,保证按照色标的位置定长供膜。控制系统的总体结构图如图1所示 。图1控制系统结构框图2.2PLC 选型PL C 选型的基本原则是在满足控制功能的前提下,保证系统工作可靠、维护使用方便及最佳的性能价格比。根据本机的控制要求,由于其工艺过程比较固定,环境条件较好,维修量较小,故选用整体式结构的PL C 。对于本机的控制过程,主要控制对象有:主电机(采用三相异步电动,供纸电机(单相电容式电机,拉袋电机(步进电机,温度控制。对于这三种控制对象,主电机,供纸电机要求输出点是继电器输出型,拉袋电

8、机要求输出点是晶体管输出型,这些都属于开关量的控制,而温度的控制属于模拟量的控制,需要专用的模拟量模块。拉袋电机(步进电机要求频繁通断,基于这一点,选用输出点为晶体管输出的PL C 。对于温度控制模块,选择FX0N -3A 模块。基于以上分析,该控制系统采用日本三菱公司生产的FX1N -40M T 型可编程控制器,选用AC 电源,DC24V 电源输入,晶体管输出。2.3输入输出点分配自动包装机工艺过程由袋成型、充填、封口、剪切等几部分组成,包装机控制系统输入信号有:启动、停止、急停信号、安全门开关检测、包装装袋长色标检测、缺纸检测、定长拉袋检测、定量充填部分返回物料充填信号、高位停机检测信号。

9、输出信号有:主电机、供纸电机、拉袋步进电机及其相关指示。综合上述控制要求,并基于整个控制系统总成本及备用点考虑,本设计选用输入24点、输出16点的PL C 基本单元。I/O 点分配如表1所示。表1输入输出分配表序号输入设备输入点序号输出设备输出点1起动按钮X01拉袋步进电机脉冲Y02点动按钮X12拉袋步进电机方向Y13停止按钮X23主电机Y24高位停机接近开关X34供纸电机Y35供纸接近开关X45缺纸指示Y46拉袋接近开关X56卡袋指示Y57安全门行程开关X67安全门指示Y68缺纸光电开关X78蜂鸣器Y79卡袋接近开关X1010色标传感器X113控制系统软件设计3.1人机界面设计系统人机界面选

10、用深圳人机电子的M T500系列触摸屏,所有画面均由EB500软件进行设计,有欢迎画面、启动画面、数据显示画面、参数设置画面,报警画面。主要用于包装机的控制参数设定、启停机器、实时数据显示、工作状态显示和故障信息显示以及实现与PL C 通讯等作用。经EB500软件编译元误后,从PC 机下载到触摸屏即可调试使用。如图2中给出了本控制系统的几个主要画面。53PL C 在小型立式自动包装机控制系统中的应用郭利霞等图2控制系统的人机界面3.2控制系统的主程序设计全自动包装系统的主程序流程如图3所示 ,图3系统控制流程图系统运行前先判断横封和纵封温度是否达到设定温度及安全门是否关闭,同时还须检测控制设备

11、是否出错,若有错误,程序不能正常工作,发出报警信号,以便排除。然后进行手动和自动状态判断,若处于手动状态,进行手动操作,若处于自动状态,设置好相关参数后进行循环工作程序。4结语采用PL C技术和人机界面,与原来的由继电器、接触器构成的控制系统相比有明显的优势,主要表现在通过PL C控制步进电机,提高了设备的可靠性,利用人机界面节省了PL C的I/O点数,使操作界面简单、方便,经济效益明显。参考文献1钟肇新,彭侃.可编程控制器原理及应用(第二版M.广州:华南理工大学出版社,2001,4.2周万珍,高鸿斌.PL C分析与设计应用M.北京:电子工业出版社,2004,1.3岳庆来.变频器、可编程控制器

12、及触摸屏综合应用技术M.机械工业出版社,2006,5.4刘乘,李晓刚.PLC在包装机械上的应用J.包装工程, 2004(2.The Application of PLC to Small AutomaticV ertical Packing Machine Control SystemGU O Li2xia,L I Bin2yu(Wuhan Instit ute of Ship building Technology,Wuhan430050,ChinaAbstract:This paper analyzes a small auto matic vertical packaging machine process,p ut s forward a overall solution to t he PL C2based automatic cont rol system packaging,set s fort h t he PL C cont rol system hardware and software design st ruct ure an