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      隨著現(xiàn)代工業(yè)自動化技術的不斷發(fā)展，企業(yè)中的生產機械設備逐步成為集機、電、儀于一體的綜合體，人工手動工作已逐漸被高度自動化控制所取代。食鹽、糧食、化肥等顆粒物料的包裝、運輸以及庫房碼垛離不開自動化包裝機械。目前，由于先進的全自動包裝技術主要掌握在少數(shù)發(fā)達國家手里，國內全自動包裝碼垛設備主要依賴進口，國外設備成本較高，維修困難，各種先進技術被壟斷，對此國內對全自動包裝生產線國產化的呼聲越來越高。隨著我國經濟的不斷發(fā)展，人工包裝的低效率與生產量的不斷提高之間的矛盾日益激化，因此對包裝碼垛自動生產線的研究具有重大的經濟意義與現(xiàn)實意義。全自動包裝碼垛生產線是集機、電、氣于一體的高技術機械設備，它主要應用于食鹽、糧食、化肥以及醫(yī)藥等行業(yè)中的粉、粒等物料的全自動包裝，即對包裝過程中的稱重、供袋、取袋、送袋、折邊、封袋、編碼打印、產品檢測、產品傳送、碼垛、托盤和垛盤的輸送等工作過程全部實現(xiàn)自動化?？删幊炭刂破鳎≒LC）因其具有抗干擾能力強、可擴展性強、可靠性高、可編程能力強等優(yōu)點，因此在環(huán)境相對惡劣的工業(yè)控制領域中得到了廣泛應用?；诖吮疚奶岢隽艘环N基于PLC的全自動包裝碼垛生產線控制系統(tǒng)，采用西門S7-300和維綸MT8150iE觸摸屏作為控制系統(tǒng)的核心，二者相互配合共同完成整個生產線的自動控制與監(jiān)控。

1.全自動包裝碼垛生產線工藝流程

      全自動包裝碼垛生產線能夠自動完成稱重、供袋、取袋、裝袋、封口、輸送、重量復檢以及碼垛等工作任務。包裝碼垛生產線中主要機械系統(tǒng)包括自動稱重秤系統(tǒng)、倒袋系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、重量復檢系統(tǒng)、剔除系統(tǒng)、碼垛系統(tǒng)、托盤輸送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。工藝流程可總結為：物料從自稱重系統(tǒng)的料斗進入包裝秤的給料裝置中，通過粗料和細料供給系統(tǒng)完成粗料和細料的混合完成物料的混配。當自動稱重系統(tǒng)中的壓力傳感器檢測到物料重量與目標重量相同時，則傳感器將信號傳送到PLC中，PLC發(fā)出停止加料命令加料系統(tǒng)停止加料，整個加料稱重循環(huán)完成，此時稱重機等待下一次稱重加料信號。當自動裝袋機完成上袋后，傳感器檢測到信號后稱重箱中的卸料翻門打開，物料落入包裝袋中，卸料完成后翻門被關閉，包裝袋經過折邊機進行自動折邊，折邊完成后包裝袋被運送到縫口機，分包裝袋一旦被縫口機中的傳感器檢測到，縫口機邊開始進行縫合包裝袋口，縫合完成后自動將縫合線割斷。包裝完成后，產品經過輸送機被輸送到重量復檢系統(tǒng)，對包裝質量進行最后的檢查，當復檢系統(tǒng)檢測到包裝質量不合格時，包裝袋經過自動剔除系統(tǒng)被剔除，而符合標準的包裝袋將以此通過噴墨打印機等設備，最后到達碼垛機系統(tǒng)中，碼垛機器人按照移動的排列方式進行自動擺放

2.控制系統(tǒng)硬件設計

      裝袋、輸送以及縫合等多個動作均是自動完成，工作過程中動作較多且復雜，工作環(huán)境也較為惡劣。而基于PLC的全自動包裝碼垛生產線控制系統(tǒng)具有結構簡單、運行速度快、穩(wěn)定性高、可擴展性強等優(yōu)點，比較適合本文所研究的生產線所處的工作環(huán)境條件。根據(jù)生產線的工藝流程，該控制系統(tǒng)應該滿足以下幾個要求：

（1）各工序能夠協(xié)調控制，使自動化生產線穩(wěn)定、可靠高速運行

（2）程序的可變性強，能夠根據(jù)不同作業(yè)要求隨時對運行程序進行調整。

（3）實時性高，動態(tài)響應性能好，能夠隨時對各種傳感器信號進行采集并及時反饋。

（4）高可靠性、安全性和穩(wěn)定性。

（5）理性化的人機界面，便于工人操作以及監(jiān)控。

（6）硬件結構緊湊，且具有后期擴展性。根據(jù)包裝工藝流程，本文采用了“HMI+PLC”的控制模式，控制系統(tǒng)整體框圖如圖3所示。PLC可編程控制器作為觸摸屏與各信號傳感器之間的橋梁，將觸摸屏與各個信號緊密連接起來。因此觸摸屏、PLC、I/O輸入輸出模塊等組合在一起便構成了全自動包裝碼垛生產線控制系統(tǒng)。

2.1觸摸屏

      觸摸屏，簡稱HMI，是控制包裝機的直接媒介。由于該生產線的工作環(huán)境復雜惡劣，為了保證設備能夠在復雜的工作環(huán)境中穩(wěn)定可靠運行同時考慮到其實用性和成本等特點，該控制系統(tǒng)中上位機選用威綸MT8150iE系列觸摸屏。通過該觸摸屏可實現(xiàn)包裝速度、傳送帶速度等參數(shù)的輸入，并實時對生產線目前的生產狀態(tài)等信息進行顯示。MT8150iE系列觸摸屏具有多個串口（RS-232/RS-485）可同時與下位機實現(xiàn)通訊，擁有400MHz的32位RISC處理速度、輸入電源為24VDC，能夠實現(xiàn)1分鐘的500VAC超高耐壓。

2.2PLC

       針對控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)功能，選擇模塊式的PLC，主要組成單元有CPU模塊、電源模塊、基本I/O模塊。對控制系統(tǒng)進行擴展時，只需要在原系統(tǒng)上增加相應的功能模塊，就可以完成功能的添加，設計成本低、效率高。PLC作為整個控制系統(tǒng)的核心，包裝生產線工作過程中動作多且復雜，而生產線中的I/O點數(shù)較多，綜合分析該系統(tǒng)選擇西門子PLCS7-300系列，該款PLC功能多、運算速度快，能夠根據(jù)生產線不同需求進行組合配置。在分析整個包裝碼垛流水線工藝流程的基礎上，選擇S7-300系列中的CPU315-2DP，該生產線中主要包括自動包裝系統(tǒng)和自動碼垛系統(tǒng)兩大部分，根據(jù)包裝流程的動作分析，包裝和碼垛部分總共需要約60個輸入點和50個輸出點，選擇輸入模塊SM321，數(shù)字輸出模塊SM322。

3.控制系統(tǒng)軟件設計

3.1上位機軟件設計

      上位機觸摸屏程序能夠實現(xiàn)操作人員與PLC之間的交流，實現(xiàn)不同人機界面之間的切換，以及不同的操作不同的按鍵控制PLC中不同的程序運行。觸摸屏能夠對包裝碼垛生產線的運行信息、報警信息以及控制信號以文字或者圖像的形式，直觀形象的展示給用戶。觸摸屏程序結構設計好壞不僅僅影響人機界面美觀性，對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行同樣具有重要影響。MT8150iE系列觸摸屏通過EasyBuilder8000編程軟件進行離線模擬和在線模擬，極大的方便了程序的調試。該觸摸屏軟件程序中主要包括主控界面、參數(shù)設置界面以及監(jiān)控三大部分。主控界面中主要包括啟動、停止、自動模式以及手動模式。報警畫面中主要顯示生產線中的報警信息，主要包括倉物料報警、加料不足、加料過重、秤門未關、放料失敗、總重量超重、手加料不足、手加料過多等等。結合報警畫面中的信息，生產線的工作人員可以及時發(fā)現(xiàn)故障并排除故障，保證生產線的生產正常進行。

3.2下位機部分程序設計

      全自動包裝碼垛生產線中的邏輯控制程序主要包括以下幾個模塊：自動供袋子程序、自動取袋子程序、自動裝袋子程序、拆邊縫口子程序、倒袋輸送子程序、重量檢測剔除子程序以及碼垛分層子程序。在此處給出了自動取袋子程序控制流程圖。袋子由供袋輥子傳送到托板上，當傳感器檢測到袋子時，袋子便會被吸盤吸住。此時橫進裝置處于生產線取袋位置，當限位開關檢測到信號時，則停止下降，此時磕頭裝置就會傾斜，真空電磁閥啟動，袋子被吸盤吸住，吸袋后磕頭裝置豎起，斜托盤上升完成取袋操作，再進行上述重復動作。

4.結語

     為了提高包裝碼垛生產線的自動化程度，提高企業(yè)生產效率，降低工人勞動強度，提出了一種基于PLC的全自動包裝碼垛生產線控制系統(tǒng)。上位機采用S7-300系列CPU315-2DP與數(shù)字輸入SM321、數(shù)字輸出SM322等模塊相組合的方式實現(xiàn)對包裝生產線全自動控制，上位機采用維綸MT8150iE觸摸屏對整個包裝生產線的運行狀態(tài)進行監(jiān)測與控制，在完成硬件選型的基礎上，對控制系統(tǒng)主程序以及人機交互界面進行了軟件編程。該控制系統(tǒng)穩(wěn)定性強、成本低以及可編程能力強，大大提高了包裝、運輸以及碼垛效率，顯著提高了企業(yè)自動化程度。

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