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引言：
自動(dòng)定量包裝機(jī)整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理、操作簡便、性能可靠、自動(dòng)化程度高，能夠針對(duì)糧食、飼料、化肥、化工、塑料、倉儲(chǔ)碼頭等行業(yè)的定量包裝的生產(chǎn)過程，進(jìn)行重力式噸袋自動(dòng)定量稱重包裝設(shè)計(jì)，完成該部位的自動(dòng)化生產(chǎn)，滿足用戶的需求。

一、控制原理
自動(dòng)定量包裝機(jī)主要分為不銹鋼料倉-1、雙螺旋給料-2、稱量斗-3、自動(dòng)卸料-4四個(gè)部分。不銹鋼料倉用于存儲(chǔ)需要灌裝的物料，雙螺旋給料主要是向稱量斗中提供物料。稱量斗是本機(jī)的核心部分，用于測量稱量斗內(nèi)物料的實(shí)時(shí)重量，同時(shí)將實(shí)時(shí)重量信息反 饋給給料和卸料部分。自動(dòng)卸料用于完成稱重定量物料的卸料裝袋。如圖    1 所示，為自動(dòng)定量包裝機(jī)總圖。
本機(jī)雙螺旋給料采用電機(jī)配套減速機(jī)進(jìn)行鏈條驅(qū)動(dòng)，同時(shí)精給電機(jī)使用變頻器精確驅(qū)動(dòng)。截料門、卸料門、夾松袋采用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，氣動(dòng)電磁閥動(dòng)作，氣源進(jìn)入氣缸，引導(dǎo)其動(dòng)作，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，完成自動(dòng)化控制。
當(dāng)不銹鋼料倉內(nèi)的物料滿足自動(dòng)定量包裝的生產(chǎn)條件時(shí)，打開料門，在重力的作用下，物料會(huì)雙螺旋給料的進(jìn)料部分。粗給電機(jī)起動(dòng)快速給料，同時(shí)截料門打開，物料進(jìn)入稱量斗，當(dāng)達(dá)到粗給定量時(shí)，粗給電機(jī)停止，同時(shí)精給電機(jī)起動(dòng)，變頻器控制精給電機(jī)快中慢速依次運(yùn)行給料，當(dāng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)重量時(shí)，截料門關(guān)閉，同時(shí)精給電機(jī)立即停止。稱量斗穩(wěn)定，并且卡袋機(jī)構(gòu)卡緊時(shí)，卸料門打開，物料落入袋內(nèi)，完成一個(gè)包裝循環(huán)。

圖 1  自動(dòng)定量包裝機(jī)總圖

二、硬件設(shè)計(jì)
1、控制柜
設(shè)計(jì)使用西門子S7-200 CPU226CN可編程控制器、松下小型繼電器等可靠電氣元件，可以接收系統(tǒng)操作指令、稱重傳感器和位置傳感器反饋信號(hào)等，然后對(duì)這些信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、程序運(yùn)算、邏輯判斷， 發(fā)出相應(yīng)的指令，進(jìn)而控制小型繼電器等電氣元件動(dòng)作，最終可以控制外部相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，同時(shí)將對(duì)應(yīng)信息顯示在操作臺(tái)的觸摸屏上。
2、操作臺(tái)
設(shè)計(jì)使用MCGS昆侖通泰TPC-1061Ti 10.2寸觸摸屏、施耐德按鈕、指示燈等可靠電氣元件，可以組態(tài)現(xiàn)場的工作情況，模擬顯示整機(jī)設(shè)備工作流程、雙螺旋給料、稱量斗物料及重量、氣缸位置等信息，可以實(shí)時(shí)在線參數(shù)整定，設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)重量、粗給料量、精給料量，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控稱量重量，并且查看稱重?cái)?shù)據(jù)。同時(shí)，操作人員可以通過觸摸屏和相關(guān)按鈕，向PLC控制柜發(fā)出操作命令。
3、傳感器
稱重傳感器設(shè)計(jì)使用美國MKCELL HSX-A系列產(chǎn)品，并配套對(duì)應(yīng)變送器，將毫伏信號(hào)轉(zhuǎn)換為DC24V 4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。截料門、放料門、夾松袋用的位置傳感器，設(shè)計(jì)使用瑞士科瑞DW- AD系列傳感器，可以直接輸出標(biāo)準(zhǔn)的DC24V的低電平信號(hào)。
4、控制系統(tǒng)框圖

圖2  控制系統(tǒng)框圖
三、軟件設(shè)計(jì)
根據(jù)電氣原理圖和現(xiàn)場生產(chǎn)過程的操作要求，確定各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順序和相互之間的關(guān)系，畫出程序流程圖，再由 PLC 
輸入輸出的邏輯關(guān)系編寫出梯形圖。程序流程圖如下所示。
選擇狀態(tài)（控制柜）
↓
自動(dòng)控制
↓
初始化(自動(dòng)全關(guān)三個(gè)閥+4電機(jī))
↓
手動(dòng)按下“夾/松（就地）”第1次
↓
夾袋閥打開，松開袋口，人工套袋
↓
手動(dòng)按下“夾/松（就地）”第2次
↓
夾袋閥關(guān)閉，自動(dòng)鎖住袋口
↓
自動(dòng)給料開始
↓ 延時(shí)1s
↓
自動(dòng)檢測稱量斗是否在關(guān)位→NO，報(bào)警
↓YES
重量比較，滿足下限＜2%→N，報(bào)警
↓Y
粗給電機(jī)運(yùn)行、同時(shí)截料閥打開
↓
延時(shí)2-10s（可設(shè)置）
↓
粗給電機(jī)停止、精給電機(jī)變頻高速運(yùn)行
↓
延時(shí)2-10s（可設(shè)置）
↓

精給電機(jī)變頻低速運(yùn)行
↓
重量比較，滿足上限99-101%→N，報(bào)警
↓Y
停止精給電機(jī)、同時(shí)關(guān)閉截料閥
↓
自動(dòng)給料結(jié)束
↓
自動(dòng)卸料開始
↓
延時(shí)1s，自動(dòng)檢測夾袋閥是否處于關(guān)閉位置→N，報(bào)警
↓Y
重量比較，滿足上限99-101%→N，報(bào)警
↓Y
卸料閥打開，關(guān)位燈由亮變滅
↓
延時(shí)2-5s（可設(shè)置）
↓
卸料閥關(guān)閉，關(guān)位燈亮
↓
自動(dòng)卸料結(jié)束
↓
自動(dòng)給料開始，觸發(fā)循環(huán)
↓
延時(shí)1-3s（可設(shè)置）
↓
自動(dòng)松開袋口→輸送開始
↓
人工套上空口袋
↓
手動(dòng)按下“夾/松（就地）”，解除累計(jì)，單鍵循環(huán)、反向操作打開狀態(tài)，按一下，夾袋閥關(guān)閉，關(guān)閉狀態(tài)，按一下，夾袋閥打開
↓
夾袋閥關(guān)閉，自動(dòng)鎖住袋口
↓
滿足自動(dòng)卸料循環(huán)的條件

四、系統(tǒng)功能
1、整機(jī)采用封閉防塵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，環(huán)保除塵、密封防塵設(shè)計(jì)，配有多處除塵接口，完善的除塵系統(tǒng)，無粉塵污染，環(huán)保效果好，確保優(yōu)良工作環(huán)境。采用優(yōu)質(zhì)304不銹鋼，控制器和物料接觸主要部件采用316L超低碳不銹鋼材料，有效的達(dá)到防酸、防腐目的。特殊要求可具有防腐、防爆、清除靜電、抽真空、除塵等功能。

2、雙螺旋送料器：采用雙螺旋給料，快慢給料分別由大小螺旋分別控制，可實(shí)現(xiàn)包裝速度、精度控制的無級(jí)變速調(diào)整，無堵料、沾料現(xiàn)象，具有工作速度快、計(jì)量準(zhǔn)確等特點(diǎn)。出料口加氣動(dòng)止漏閥：精度更高、無掉料。
3、單秤凈重式稱重斗式計(jì)量結(jié)構(gòu)，確保計(jì)量精度和工作速度。三級(jí)流量控制，高精度稱重傳感器計(jì)量，確保計(jì)量精度。具有重量累計(jì)顯示、自動(dòng)去皮、自動(dòng)校零、自動(dòng)落差修正、超差報(bào)警、故障自診斷等功能。
4、整機(jī)電氣控制系統(tǒng)采用PLC程序控制，自動(dòng)/手動(dòng)切換功能，具有RS485/RS232、RJ45
等多種數(shù)據(jù)通訊接口，便于聯(lián)機(jī)聯(lián)網(wǎng)、實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷和網(wǎng)絡(luò)化管理等。
5、技術(shù)參數(shù)
包裝能力: 120～240 bag/h 臺(tái)稱重范圍: 20～50    kg/bag
精度等級(jí): ≤±0.2％（十包平均≤±20g） 電源電壓:380VAC±10％ 50HZ±5％
電源功率: ～6KW（包裝機(jī)部分） 氣源壓力: 0.5～0.8MP
消耗氣量: 3~5ｍ3/h
除塵風(fēng)量: 150～2000m3/h（可選） 溫度范圍: -10～40℃
相對(duì)濕度: ≤80％

結(jié)語:
本機(jī)相對(duì)于傳統(tǒng)的控制方式，應(yīng)用 PLC和觸摸屏組成的控制系統(tǒng)，能夠提高設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性，對(duì)于生產(chǎn)過程的自動(dòng)化、信息化、智能化、人性化具有極其重要的意義。

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