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0755-88840386發(fā)布時(shí)間:2020-06-09 09:43:12 |來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載
可編程序控制器作為當(dāng)今工業(yè)控制的核心部件,其功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定而可靠,在現(xiàn)在的工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用并且取得了非常理想的控制效果。全自動(dòng)包裝機(jī)主要應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工等行業(yè),對(duì)這些行業(yè)中細(xì)小顆粒物料進(jìn)行小劑量自動(dòng)包裝。所采用的包裝材料主要為復(fù)合材料,在高溫下將包裝袋進(jìn)行封口。
本文以合肥某有限責(zé)任公司與我們合作研制并開(kāi)發(fā)的立式食品包裝機(jī)的工作原理及設(shè)計(jì)過(guò)程為背景,理論聯(lián)系實(shí)際,詳盡闡述了 PLC、光電感應(yīng)、人機(jī)交互(觸摸屏)等先進(jìn)技術(shù)在立式食品包裝機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。
該包裝機(jī)主要包含橫封、縱封、供料機(jī)構(gòu)及電氣控制系統(tǒng)。在本次設(shè)計(jì)中, 我們的主要任務(wù)是對(duì)其控制系統(tǒng)以及其他相關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),使其滿足設(shè)計(jì)要求, 以達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的。設(shè)計(jì)時(shí)將控制系統(tǒng)分為了手動(dòng)和自動(dòng)兩個(gè)部分。本機(jī)的特點(diǎn)是能夠自動(dòng)完成制袋、填充、切斷、打印日期和觸摸屏控制功能。PLC 和其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)相結(jié)合,使系統(tǒng)能夠順利、準(zhǔn)確的進(jìn)行工作。
論文主要內(nèi)容如下:
通過(guò)對(duì)全自動(dòng)包裝機(jī)生產(chǎn)工藝流程的了解和掌握,從工藝流程到機(jī)械以及控制系統(tǒng)進(jìn)行充分研究,對(duì)機(jī)械部分進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn),并對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過(guò)程包括:電氣元件選型,統(tǒng)計(jì)輸入輸出點(diǎn)數(shù),繪制電氣線路圖并完成 PLC 編程。
利用工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件,編寫(xiě)相關(guān)人機(jī)交互界面,實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的各種控制。對(duì)樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析,找到適合本機(jī)的包裝參數(shù)以及驗(yàn)證樣機(jī)的包裝精度與速度,并測(cè)算樣機(jī)的可靠度。經(jīng)過(guò)努力,該食品包裝機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)業(yè)已完成,并經(jīng)過(guò)了較為嚴(yán)格的測(cè)試, 取得了比較滿意的控制效果,無(wú)論是在功能上還是效率上都得到了提高,較好地實(shí)現(xiàn)了廠方提出的控制要求。
產(chǎn)品包裝是實(shí)現(xiàn)品牌創(chuàng)新、迅速提升市場(chǎng)占有速度占有率以及實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要方法之一。包裝機(jī)械是指可以實(shí)現(xiàn)全部或者部分產(chǎn)品、商品包裝的機(jī)械設(shè)備。而這個(gè)包裝過(guò)程主要包含了包裝材料的成型、物料的填充、裹包和封口等步驟和清洗、干燥、殺菌、貼標(biāo)等前后包裝工序,還有轉(zhuǎn)送、選別等其他輔助工序。使用包裝機(jī)械不僅可以提高生產(chǎn)效率,降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度,節(jié)約成本以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模高速生產(chǎn)需要,還可以滿足現(xiàn)代工業(yè)綠色環(huán)保的需求[3]。一個(gè)國(guó)家在包裝工業(yè)上的發(fā)展水平和發(fā)達(dá)程度,已經(jīng)成為該國(guó)經(jīng)濟(jì)生活文明程度的重要指標(biāo)之一。包裝產(chǎn)業(yè)包含了眾多工業(yè)領(lǐng)域,包括包裝產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與生產(chǎn),包裝材料的研制、印刷與供應(yīng),包裝機(jī)械的改良與制造等,所涉及的領(lǐng)域從第一到第三產(chǎn)業(yè), 貨物流通、工業(yè)農(nóng)業(yè)商業(yè)直至人們生活的每一個(gè)環(huán)節(jié)。包裝產(chǎn)業(yè)作為當(dāng)今世界公認(rèn)的“朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)”,勢(shì)必將在推動(dòng)全球制造業(yè)發(fā)展以及加速產(chǎn)品區(qū)域流通方面發(fā)揮不可估量的作用。
控制系統(tǒng)是包裝機(jī)械的重要組成部分之一,它實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)工作過(guò)程的控制、調(diào)整與監(jiān)測(cè),這其中包含:使各種工序按照設(shè)定的順序進(jìn)行;對(duì)速度、溫度、壓力等參數(shù)的調(diào)控;產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測(cè),生產(chǎn)安全防護(hù),包裝過(guò)程中自動(dòng)計(jì)量、計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn);物料的供給和停止,發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)報(bào)警等功能的實(shí)現(xiàn)[5]?,F(xiàn)今我國(guó)包裝機(jī)械的控制系統(tǒng)大多還采用繼電器控制方式,較多的元器件勢(shì)必導(dǎo)致控制系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性和壽命大大降低,并且占據(jù)較大的物理空間。若采用 PLC 控制系統(tǒng), 便可通過(guò)對(duì)其內(nèi)部輔助繼電器進(jìn)行編程來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的中間繼電器。由于其只是 PLC 虛擬的內(nèi)部寄存器,只要在不超過(guò)容量許可的范圍去編寫(xiě)程序,便可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制功能,極大簡(jiǎn)化了機(jī)械和電氣結(jié)構(gòu)。
PLC 即可編程序控制器是計(jì)算機(jī)與繼電器控制技術(shù)相互結(jié)合的產(chǎn)物,是十多年來(lái)發(fā)展最為迅猛,應(yīng)用最為廣泛的自動(dòng)化控制設(shè)備之一。其具有體積小、編程簡(jiǎn)便、模塊豐富、功能強(qiáng)大等特點(diǎn),非常適用于全自動(dòng)包裝機(jī)控制系統(tǒng)。除此以外 PLC 還擁有更改控制功能只需修改程序,無(wú)需對(duì)硬件配置做調(diào)整;程序可以復(fù)制,易于批量生產(chǎn);可實(shí)現(xiàn)繼電器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的多種控制功能等其他優(yōu)點(diǎn)。雖然成本相對(duì)于繼電器控制稍高,但鑒于上述眾多優(yōu)點(diǎn),PLC 控制開(kāi)始逐漸取代傳統(tǒng)的繼電器控制。
目前,它的應(yīng)用幾乎涵蓋了所有工業(yè)領(lǐng)域,包括石化、冶金、電力、交通、航空航天、農(nóng)業(yè)、新能源等等[9]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展以及對(duì)自動(dòng)化程度越來(lái)越高的要求,PLC 的相關(guān)技術(shù)得到迅猛發(fā)展,各種配套產(chǎn)品和擴(kuò)展模塊也更加豐富。只是將可編程控制技術(shù)理解為對(duì)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行控制的時(shí)代早已一去不返。各種不同廠家研發(fā)的各種類(lèi)型的 PLC 及其擴(kuò)展模塊不僅以良好的性能和兼容性滿足了各個(gè)行業(yè)的廣泛需求,還把通信和信息技術(shù)融合在了一起[10]。
隨著近幾十年伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、PLC、傳感器、變頻器等元件被大幅度的應(yīng)用于包裝機(jī)械,包裝過(guò)程實(shí)現(xiàn)了高自動(dòng)化、高生產(chǎn)率和配套性,也更加的美觀大方綠色環(huán)保。而國(guó)內(nèi)包裝機(jī)械企業(yè)仍停留在規(guī)模小、數(shù)量多的階段,多以傳統(tǒng)制造裝備為主,制造水平低下;產(chǎn)品種類(lèi)少而且大多缺少自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),技術(shù)含量非常低;所生產(chǎn)的設(shè)備效率低下且可靠性不高。未來(lái)五年,我國(guó)將進(jìn)入全面建設(shè)小康社會(huì)的發(fā)展時(shí)期,傳統(tǒng)機(jī)械行業(yè)將面臨產(chǎn)業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型。在這個(gè)大背景下, 我國(guó)包裝機(jī)械發(fā)展也會(huì)迎來(lái)新的契機(jī)與挑戰(zhàn)。國(guó)內(nèi)包裝企業(yè)也應(yīng)該緊跟國(guó)際腳步, 著力提高產(chǎn)品的機(jī)電一體化水平,努力研發(fā)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)且適合本國(guó)國(guó)情的食品包裝機(jī)械。本文正是應(yīng)用 PLC 來(lái)設(shè)計(jì)一種小型全自動(dòng)立式包裝機(jī)的控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)上述優(yōu)點(diǎn),因而具有重要的實(shí)際意義和價(jià)值。
包裝機(jī)械的發(fā)展和其他工業(yè)設(shè)備類(lèi)似,與國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度和人們的生活水平有直接的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō),經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家的水平普遍高于經(jīng)濟(jì)較為落后的國(guó)家,而經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的國(guó)家其包裝機(jī)械的水平也會(huì)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展。
上個(gè)世紀(jì) 40 年代,西方國(guó)家在食品、火柴、卷煙等行業(yè)率先開(kāi)始使用包裝機(jī)械,這其中以英國(guó)的巧克力和美國(guó)的餅干包裝為代表,體現(xiàn)了當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的包裝技術(shù)。50 年代,發(fā)達(dá)資本主義國(guó)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了包裝的初級(jí)自動(dòng)化。這個(gè)時(shí)期的包裝機(jī)械廣泛應(yīng)用光電管、電氣開(kāi)關(guān)等各種電器元件。60 年代,包裝機(jī)上開(kāi)始大量涌現(xiàn)由各種新型電子元件構(gòu)成的控制系統(tǒng),并且將機(jī)、電、液、氣等先進(jìn)技術(shù)融合使用。在這個(gè)時(shí)期已經(jīng)出現(xiàn)了更為先進(jìn)的專(zhuān)用自動(dòng)包裝生產(chǎn)線。70 年代,由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和廣泛應(yīng)用,無(wú)論是單臺(tái)包裝機(jī)還是自動(dòng)化流水線的自動(dòng)化控制都大幅提高。在此期間,美德兩國(guó)率先開(kāi)始使用小型 PLC。由于 PLC 是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)控制所設(shè)計(jì),具有較強(qiáng)的通用性,尤其適合大批量生產(chǎn)的設(shè)備并且能極大提高生產(chǎn)效率和可靠性,所以使成本大幅下降,不論是使用還是維護(hù)都極為方便, 自此小型 PLC 便開(kāi)始逐漸步入包裝機(jī)械的控制領(lǐng)域。
我國(guó)自解放后隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,包裝工業(yè)化機(jī)械化的要求越來(lái)越迫切,包裝機(jī)械才逐漸進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域。前十年是仿蘇階段,主要按照蘇聯(lián)的設(shè)備、圖紙和設(shè)計(jì)思路來(lái)進(jìn)行仿制我們自己的包裝機(jī)械,這個(gè)時(shí)期主要以香煙小包裝機(jī)、糖果包裝機(jī)為代表。上世紀(jì) 60-80 年代在輕工行業(yè)和醫(yī)藥行業(yè)出現(xiàn)了一些包裝機(jī)型,如: 真空包裝機(jī)、捆扎機(jī)等,但由于和國(guó)際的脫軌和技術(shù)的落后,這些設(shè)備的控制基本都由強(qiáng)電和機(jī)械機(jī)構(gòu)來(lái)完成。直到 80 年代改革開(kāi)放以后,我國(guó)才迎來(lái)包裝機(jī)械的大發(fā)展時(shí)期。一方面引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)設(shè)備,另一方面加緊學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù),吸收消化并實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)包裝設(shè)備的技術(shù)升級(jí)和更新?lián)Q代。
包裝機(jī)械更新?lián)Q代快、新技術(shù)應(yīng)用快、衛(wèi)生要求高、精度要求高、模塊化設(shè)計(jì)是它的主要特點(diǎn)。世界上很多高新技術(shù)和科研成果,都會(huì)在包裝機(jī)械中得到或多或少的應(yīng)用和體現(xiàn)。
自上世紀(jì) 80 年代至今,包裝機(jī)械行業(yè)大量采用新生的各種高精尖技術(shù),比如微電子、激光、超聲波、熱管以及光電纖維等,涌現(xiàn)出了一些新特點(diǎn):一是生產(chǎn)高效率,可靠性好;二是對(duì)資源的高度綜合利用,倡導(dǎo)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì);三是重視節(jié)約能源降低消耗;四是注意將各種高新技術(shù)實(shí)用化,迅速的應(yīng)用在本領(lǐng)域以進(jìn)一步提高生產(chǎn)率;五是從業(yè)人員不斷減少的同時(shí),產(chǎn)值不斷提高,品種眾多能滿足各種要求。
美國(guó)所生產(chǎn)的包裝機(jī)械基本都以大型高速為特色,產(chǎn)量和種類(lèi)均居世界第一。和美國(guó)的其他工業(yè)產(chǎn)品一樣,其包裝機(jī)械也以高、大、精、尖為主要特點(diǎn),計(jì)算機(jī)控制與機(jī)械設(shè)備聯(lián)系密切,能夠到達(dá)高度的機(jī)電一體化[12]。美國(guó)包裝工業(yè)已經(jīng)形成了由包裝材料、工藝和設(shè)備組成的一整套獨(dú)立的工業(yè)體系,其自動(dòng)化程序已經(jīng)廣泛應(yīng)用在許多先進(jìn)的包裝控制系統(tǒng)中,步入了融合機(jī)電一體化、激光掃描、納米等高新技術(shù)的包裝新世界,引領(lǐng)和代表了先進(jìn)包裝設(shè)備與控制系統(tǒng)的走向。美國(guó)將在今后把工業(yè)機(jī)器人、圖像傳感等新技術(shù)更加廣泛的應(yīng)用在包裝行業(yè)中, 進(jìn)一步提高其自動(dòng)化、高效率化、規(guī)?;凸?jié)能化[13]。
德國(guó)的食品包裝機(jī)械和德國(guó)其他工業(yè)產(chǎn)品一樣譽(yù)滿全球。產(chǎn)品以高速、高可靠性、高質(zhì)量、高自動(dòng)化、高成套性為主要特點(diǎn),特別是液體灌裝生產(chǎn)線和大型制袋、填充、熱封包裝機(jī)在世界市場(chǎng)占據(jù)了主導(dǎo)地位。近年來(lái)由一些大公司研發(fā)并制造的設(shè)備集機(jī)、電、儀表、觸摸屏、上位機(jī)控制于一體,應(yīng)用光電傳感技術(shù), 以光標(biāo)實(shí)現(xiàn)控制,安全設(shè)施齊全,配備防靜電裝置。
日本是包裝機(jī)械的后起之秀,在二戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展并于上個(gè)世紀(jì) 70 年代初期便達(dá)到并趕超了世界先進(jìn)水平。其發(fā)展速度快的主要原因是日本善于引進(jìn)、仿制,在吸收消化先進(jìn)技術(shù)后能不斷創(chuàng)新且善于經(jīng)營(yíng)。日本的行業(yè)企業(yè)主要是中小企業(yè),以中小型單臺(tái)包裝機(jī)為主,占地小、精度高。90 年代以來(lái),隨著無(wú)極變頻、光電傳感器、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與顯示、人機(jī)界面等技術(shù)的運(yùn)用,其食品包裝機(jī)械產(chǎn)值占到行業(yè)總產(chǎn)值一半以上 。
意大利的包裝機(jī)械大多應(yīng)用于食品行業(yè),其產(chǎn)品靈活、技術(shù)先進(jìn)、外型美觀、價(jià)格公道。產(chǎn)品的 80%出口,受到了全世界的青睞[13]。
除上述四個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家以外,瑞典、加拿大等國(guó)的包裝機(jī)械行業(yè)也較為發(fā)達(dá)。這些發(fā)達(dá)國(guó)家一邊進(jìn)行基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā),一邊生產(chǎn)更加專(zhuān)業(yè)化的產(chǎn)品以適應(yīng)市場(chǎng)需求,如美國(guó)某公司的封罐機(jī)、德國(guó)某公司的啤酒灌裝機(jī)(頭數(shù)多、速度快、計(jì)量精確)、某公司的無(wú)菌包裝機(jī)(成本低、維護(hù)簡(jiǎn)便、只需一人操作)等。
近年來(lái),世界包裝機(jī)械需求在以每年 5.3%的速度遞增,2005 年就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值 290 億美元。經(jīng)濟(jì)發(fā)展最快的是發(fā)展中國(guó)家和地區(qū),因而包裝設(shè)備生產(chǎn)的主要增長(zhǎng)點(diǎn)也來(lái)自這些地方[15]。至今,國(guó)內(nèi)食品包裝機(jī)械研發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)共有六千余家,種類(lèi)接近兩千種。據(jù)統(tǒng)計(jì),在這六千余家企業(yè)里,年銷(xiāo)售額過(guò)億的僅十幾家, 超過(guò)三千萬(wàn)元的也只有 50 家左右; 80%-90%都是民營(yíng)和股份制企業(yè),合資和獨(dú)資僅占 10%-20%,而國(guó)有企業(yè)屈指可數(shù)。由于規(guī)模較小,研發(fā)生產(chǎn)能力較差,資金少等原因,導(dǎo)致每年有近 15%的企業(yè)轉(zhuǎn)產(chǎn)或倒閉或新加入[16]。大部分企業(yè)的產(chǎn)品種類(lèi)單一,只有極少數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)批量制造,而且我國(guó)包裝機(jī)械的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)展也很不均衡,飲料、煙草、食品以及其他輕工業(yè)使用的設(shè)備占了絕大多數(shù),而化工、冶金、建材以及糧食加工等行業(yè)設(shè)備的使用卻少之又少 [17]。
近年來(lái),隨著科技的投入的加大和研發(fā)能力的增加和制造業(yè)能力的不斷提升, 我國(guó)食品包裝機(jī)械與世界水平的差距正在逐漸縮小,少部分產(chǎn)品已經(jīng)接近世界先進(jìn)水平[18]。如杭州某有限公司自主研發(fā)并擁有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的最高速度達(dá)到四萬(wàn)杯/小時(shí)的酸奶制杯灌裝生產(chǎn)線;廣州某公司具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的制瓶能力可達(dá)每小時(shí)三萬(wàn)三千瓶的 PET 吹瓶機(jī)已投放市場(chǎng)并形成產(chǎn)業(yè)鏈;中國(guó)某機(jī)械總公司研發(fā)的高壓殺菌生產(chǎn)線已經(jīng)投放市場(chǎng),供不應(yīng)求廣受好評(píng),并獲得了國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)[13]。
隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和生活水平的提高,人們對(duì)包裝的要求也越來(lái)越高。近年來(lái), 各種小包裝產(chǎn)品愈發(fā)受到青睞,所以小型立式的顆粒、粉末、液體包裝機(jī)產(chǎn)銷(xiāo)量越來(lái)越大。立式自動(dòng)包裝機(jī)于上世紀(jì) 80 年代初從國(guó)外引進(jìn),因在包裝過(guò)程中包裝材料走向垂直于水平方向而得名。它具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便、易于操作、物美價(jià)廉等顯著特點(diǎn),因而在食品包裝中應(yīng)用廣泛。國(guó)內(nèi)各廠家生產(chǎn)的立式自動(dòng)包裝機(jī)一般由計(jì)量充填、供膜、熱封制袋和切斷等裝置組成,在機(jī)械傳動(dòng)部分會(huì)有一定差異,但是電氣部分差異不大,一般都使用 PLC、智能溫控表、變頻器、人機(jī)界面、光標(biāo)傳感器等電氣設(shè)備,與傳統(tǒng)的主要由繼電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)相比具有明顯優(yōu)勢(shì),大大提高了設(shè)備可靠性,操作頁(yè)面簡(jiǎn)潔,可以實(shí)現(xiàn)溫度、速度等參數(shù)調(diào)節(jié)的智能控制,實(shí)現(xiàn)從計(jì)量充填、牽引、熱封、切斷的全自動(dòng)包裝,并且其售價(jià)低廉,在兩萬(wàn)至五萬(wàn)之間,普通老百姓或者小型企業(yè)完全可以承受。
當(dāng)前國(guó)內(nèi)外包裝機(jī)械共同的發(fā)展趨勢(shì)為:高速、高效、高質(zhì)量。重點(diǎn)在于節(jié)能降耗、提高包裝質(zhì)量、重視可靠性、自控水平高、結(jié)構(gòu)緊湊。據(jù)調(diào)查,現(xiàn)有的包裝機(jī)控制系統(tǒng)普遍還存在以下問(wèn)題:
需要吸收國(guó)際領(lǐng)先的知識(shí)和技術(shù),加快創(chuàng)新,將先進(jìn)概念和理念引入食品包裝機(jī)械中,早日解決在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和制造過(guò)程中出現(xiàn)的產(chǎn)品種類(lèi)少、不夠節(jié)能環(huán)保、通用性不強(qiáng)等諸多問(wèn)題[24]。傳統(tǒng)的繼電器控制用硬線連接組成各種邏輯,主要由中間繼電器和時(shí)間繼電器構(gòu)成,弊端是系統(tǒng)一旦連接完成再想更改便會(huì)非常困難。與之相比,PLC 是利用內(nèi)部存儲(chǔ)器空間將所設(shè)計(jì)的控制程序用數(shù)據(jù)形式進(jìn)行保存,如果要改變?cè)械目刂乒δ芑蜻M(jìn)行擴(kuò)展,則只需直接編輯 PLC 程序即可。由于 PLC 和外部的聯(lián)系是通過(guò)其 I/O 點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的,如果輸入輸出對(duì)象沒(méi)有發(fā)生更改,就無(wú)需對(duì)硬線連接部分作改動(dòng)。
繼電器控制主要依靠觸點(diǎn)動(dòng)作,頻率低,周期較長(zhǎng)。而 PLC 是以微機(jī)為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能,其每個(gè)指令步數(shù)的響應(yīng)時(shí)間和運(yùn)行速度僅僅才為 10 微秒,更為先進(jìn)的高速 PLC 這個(gè)指標(biāo)能達(dá)到 5 微秒甚至更快。對(duì)于延時(shí)控制,傳統(tǒng)系統(tǒng)通過(guò)時(shí)間繼電器觸點(diǎn)的延時(shí)動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn),精度偏低,調(diào)整起來(lái)也極為不便。PLC 則由晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)多次分頻得到的時(shí)基脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)從而實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能, 一般以 100 毫秒作為單位,精度高的可以達(dá)到 10 毫秒,只需根據(jù)要求給程序中的定時(shí)器寫(xiě)入常數(shù)便可以對(duì)延時(shí)進(jìn)行設(shè)置。若僅對(duì)時(shí)基脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)而不計(jì)算時(shí)間, 定時(shí)器也就演變成了計(jì)數(shù)器。
除此以外采用 PLC 控制的設(shè)備體積、功耗、噪音明顯減小,壽命更長(zhǎng)、可靠性顯著提高,程序還帶有監(jiān)控與自我檢測(cè)功能,使其運(yùn)行更加一目了然。單片機(jī)配置相對(duì)簡(jiǎn)單,適用于不太復(fù)雜的自動(dòng)化項(xiàng)目,但其仍不適用于工業(yè)控制。單片機(jī)存在著編程語(yǔ)言復(fù)雜、接口工作繁瑣、可靠性較差等缺點(diǎn),硬件上受 CPU、內(nèi)存及接口限制,軟件上受限于和 CPU 類(lèi)型有關(guān)的編程語(yǔ)言,通用性、兼容性與擴(kuò)展性都比較差。盡管在數(shù)據(jù)處理上有優(yōu)勢(shì),但鑒于工業(yè)控制多為開(kāi)關(guān)量,因此它的特點(diǎn)無(wú)法得到充分發(fā)揮 [6、7]。因此,PLC 具有良好的環(huán)境適應(yīng)性。
考慮包裝機(jī)械實(shí)際控制要求,明顯更加適合使用 PLC 控制。它可以將邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)及算術(shù)運(yùn)算等各種復(fù)雜的控制程序,以指令形式放入內(nèi)部存儲(chǔ)器中,再根據(jù)所存儲(chǔ)的程序,經(jīng)過(guò)數(shù)模等 I/O 部件對(duì)設(shè)備進(jìn)行參數(shù)調(diào)整及過(guò)程控制[25]。采取循環(huán)掃描的工作方式,它一般都由 CPU、內(nèi)部存儲(chǔ)器、輸入輸出系統(tǒng)及其它可選部件、功能擴(kuò)展模塊構(gòu)成。CPU 是 PLC 的核心部件,用來(lái)輸入各種指令程序,實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)任控制任務(wù)。只讀存儲(chǔ)器 EPROM 用于存入控制程序和固定參數(shù),隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM 則用于保存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和各種計(jì)算的中間變量。I/O 系統(tǒng)的作用是可以使相關(guān)參數(shù)輸入 PLC 內(nèi)部及將實(shí)時(shí)內(nèi)部控制信號(hào)傳輸給外部設(shè)備。而這些狀態(tài)量進(jìn)出的通道包含模擬量和開(kāi)關(guān)量輸入輸出、脈沖輸入等.本次設(shè)計(jì)中,合作廠家只有老式包裝機(jī)機(jī)械部分,并且提出要以較低的成本完成設(shè)計(jì)且自動(dòng)包裝機(jī)生產(chǎn)速度能達(dá)到 60 包/分鐘,包裝的質(zhì)量和袋長(zhǎng)精度較高, 能保證長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn),故障率較低。針對(duì)上述條件和要求,需要做的工作有:在對(duì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前還需對(duì)機(jī)械部分進(jìn)行改進(jìn),以方便實(shí)現(xiàn)電氣控制;設(shè)計(jì)一個(gè)與機(jī)械部分配套的控制系統(tǒng),使其能自動(dòng)完成供膜、供料、縱封、橫封、剪切等動(dòng)作,并有配備有簡(jiǎn)單易操作的人機(jī)界面;根據(jù)上述要求試制成的樣機(jī)需要進(jìn)行多種實(shí)驗(yàn)以檢驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行的精確度和可靠性,并加以改進(jìn)。
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