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      基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的大袋自動(dòng)包裝機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      發(fā)布時(shí)間:2021-03-24 14:23:37 |來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

      大袋自動(dòng)包裝機(jī)主要針對(duì)的是50kg級(jí)大袋包裝,廣泛應(yīng)用于粉末狀及顆粒狀化工產(chǎn)品的包裝行業(yè),具有包裝速度快、稱量精度高、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。
      國(guó)內(nèi)現(xiàn)有自動(dòng)包裝機(jī)的控制系統(tǒng)方案多采用單個(gè)PLC為主的控制[1~3],由于大袋自動(dòng)包裝機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、動(dòng)作繁多,其信號(hào)、動(dòng)力等管線分布雜亂且易于損壞。本文針對(duì)某新型號(hào)大袋自動(dòng)包裝機(jī),基于PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)計(jì)了其控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了模塊化,易于實(shí)現(xiàn)包裝機(jī)功能的升級(jí)改造,同時(shí)對(duì)對(duì)實(shí)現(xiàn)大袋自動(dòng)包裝機(jī)的智能化和遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了便利[4]。
      1大袋自動(dòng)包裝機(jī)工作原理

      大袋自動(dòng)包裝機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

      某新型號(hào)大袋自動(dòng)包裝機(jī)的設(shè)備示意圖如圖1所示(正視圖和左視圖),成疊的包裝袋從左側(cè)放入到大袋包裝機(jī)內(nèi),經(jīng)過(guò)真空吸袋取出單個(gè)包裝袋并送至開袋工位;再次利用真空打開袋口并挑袋至灌料工位;袋口四邊夾緊之后開始下料,同時(shí)包裝袋底部振動(dòng)臺(tái)高頻振動(dòng)使物料在包裝袋內(nèi)分布均勻;灌料結(jié)束后抱袋平移至輸出傳送帶輸出,同時(shí)袋口折邊縫包,完成整個(gè)包裝過(guò)程。
      這種新型大袋自動(dòng)包裝機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì),根據(jù)其包裝工藝流程,可以將其分為進(jìn)袋系統(tǒng)、挑袋系統(tǒng)、夾袋系統(tǒng)、抱袋系統(tǒng)、縫包系統(tǒng)五個(gè)子系統(tǒng)(圖2)。每個(gè)子系統(tǒng)功能各不相同并且位置分散,因此選用PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線將其連接通信,實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)備的監(jiān)控和自動(dòng)化運(yùn)行。

      大袋自動(dòng)包裝機(jī)工作系統(tǒng)流程圖

      2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
      大袋自動(dòng)包裝機(jī)控制系統(tǒng)硬件主要包括主控制器、觸摸屏、輸入輸出模塊、變頻器等。在保證功能的前提下盡可能選擇可靠性高和使用方便的產(chǎn)品。
      2.1主控制器
      大袋自動(dòng)包裝機(jī)要完成整個(gè)自動(dòng)包裝過(guò)程,需要有許多連貫的動(dòng)作,采用具有通信功能的PLC進(jìn)行控制可以得到滿意的效果。根據(jù)控制對(duì)象和控制任務(wù),本系統(tǒng)選擇了SIEMENS的模塊化中小型PLC系統(tǒng)S7-300,它能滿足中等性能要求的應(yīng)用,而且應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。本系統(tǒng)所用的主機(jī)模塊是CPU315-2DP,可以通過(guò)MPI轉(zhuǎn)接電纜或通訊模塊與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊,性能可靠,非常適合本系統(tǒng)的要求。因此將S7-300作為本系統(tǒng)的主站。
      2.2觸摸屏
      觸摸屏作為人機(jī)接口,可以讓工人完成系統(tǒng)設(shè)置、手動(dòng)調(diào)試和自動(dòng)運(yùn)行的工作。本系統(tǒng)的觸摸屏選用SIEMENSMP27710英寸面板。其特點(diǎn)為:基于WindowsCE操作系統(tǒng),對(duì)應(yīng)于S7-300系統(tǒng)的CPU315,并且裝配有用于MPI和PROFI?BUS-DP的接口。
      2.3輸入輸出模塊
      在系統(tǒng)主站和從站都需要選擇合適的輸入輸出模塊,用來(lái)給執(zhí)行元件提供控制信號(hào)以及返回傳感器的信號(hào)檢測(cè)運(yùn)行狀態(tài)。整個(gè)大袋自動(dòng)包裝機(jī)的I/O信號(hào)統(tǒng)計(jì)情況見表1。

      大袋自動(dòng)包裝機(jī)的I/O信號(hào)統(tǒng)計(jì)情況表

      根據(jù)使用要求、各系統(tǒng)的分布情況及I/O控制信號(hào)的統(tǒng)計(jì),將進(jìn)袋、挑袋和夾袋系統(tǒng)的輸入輸出模塊直接連接在主站PLC上,將抱袋和縫包系統(tǒng)的輸入輸出模塊連接在遠(yuǎn)程I/O站ET200M上作為從站。ET200M是高密度配置的模塊化I/O站,可用S7-300控制器的信號(hào)、功能模板擴(kuò)展,尤其適用于復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)。具體I/O選擇輸入輸出情況如下:1)主站,CPU315-2DP、SM321(DI32*DC24V)、SM331(AI8*12Bit)、SM322(DO32*DC24V);2)從站,ET200M、SM32(DI16*DC24V)、SM322(DO16*DC24V)。
      2.4變頻器
      整個(gè)大袋自動(dòng)包裝機(jī)還使用了五臺(tái)電機(jī)。其中送袋、出袋、縫包是普通三相電機(jī),因此選用SIEMENSMM440通用變頻器,該變頻器具有低速高轉(zhuǎn)矩輸出、良好的動(dòng)態(tài)特性和過(guò)載能力強(qiáng)等特點(diǎn),并且可以選用PROFIBUS-DP通信模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)主從控制方式[5]。
      挑袋電機(jī)和抱袋平移電機(jī)對(duì)位置控制要求比較高,因此選用SEW帶編碼器反饋的異步交流電機(jī),對(duì)應(yīng)選擇SEWMDX61B系列變頻器。該款變頻器是新一代驅(qū)動(dòng)變頻器,具有更寬的低速范圍,更強(qiáng)的過(guò)載能力,其動(dòng)態(tài)性能和控制質(zhì)量已經(jīng)達(dá)到伺服傳動(dòng)裝置的水平。并且可以選擇PRO?FIBUS接口組態(tài)到PROFIBUS系統(tǒng)。
      根據(jù)以上的選型完成控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)組合(見圖3)。以S7-300系列CPU315-2DP作為控制系統(tǒng)的核心,與現(xiàn)場(chǎng)傳感器/執(zhí)行器相連的遠(yuǎn)程I/O口、變頻器、觸摸屏等作為從設(shè)備,通過(guò)PROFIBUS-DP總線與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。在STEP7軟件中完成硬件組態(tài)和各輸入輸出模塊地址分配(圖4)。

      大袋自動(dòng)包裝機(jī)控制硬件結(jié)構(gòu)圖

      大袋自動(dòng)包裝機(jī)控制系統(tǒng)硬件組態(tài)配置圖

      3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
      3.1人機(jī)界面設(shè)計(jì)
      本系統(tǒng)一共設(shè)置了6個(gè)畫面,包括起始界面、參數(shù)設(shè)置、手動(dòng)運(yùn)行、單步運(yùn)行、自動(dòng)運(yùn)行和狀態(tài)監(jiān)控界面。起始界面進(jìn)行模式選擇;參數(shù)設(shè)置界面進(jìn)行主要參數(shù)的設(shè)定,如電機(jī)速度、真空檢測(cè)值等;手動(dòng)運(yùn)行和單步運(yùn)行界面可以手動(dòng)操作每一個(gè)執(zhí)行器;狀態(tài)監(jiān)控檢測(cè)每一個(gè)輸入輸出口的信號(hào)情況;自動(dòng)運(yùn)行界面(圖5)可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行操作,監(jiān)控主要執(zhí)行器的運(yùn)行狀態(tài)和生產(chǎn)情況記錄,遇到故障能夠顯示故障原因等。

      大袋自動(dòng)包裝機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控圖

      3.2系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
      系統(tǒng)采用SIEMENSS7-300編程,按照結(jié)構(gòu)化和模塊化的方法設(shè)計(jì)了手動(dòng)單步運(yùn)行、自動(dòng)運(yùn)行、參數(shù)設(shè)置、數(shù)字量控制、模擬量控制5個(gè)模塊[6]。軟件功能結(jié)構(gòu)件圖6。

      大袋自動(dòng)包裝機(jī)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

      4結(jié)論
      在分析大袋自動(dòng)包裝機(jī)的工作原理和工藝流程的基礎(chǔ)上,本文給出了控制系統(tǒng)軟硬件方案,基于PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的硬件控制電路和軟件程序。該控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)通信能力,能夠適應(yīng)遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能控制的發(fā)展要求,方便包裝機(jī)的進(jìn)一步升級(jí)改造,具有較好的推廣價(jià)值。

       

      作者:王嵩,張秋菊,陳中杰,左文娟

       

      深圳市卓禾儀器有限公司是一家專門從事稱重儀表和全自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線的研發(fā)及生產(chǎn)的高新技術(shù)企業(yè),所生產(chǎn)的JY500系列稱重顯示控制器(包括配料秤儀表、皮帶秤儀表、包裝秤儀表、重量變送器等)高速高精度,使用壽命長(zhǎng)。卓禾儀器有十?dāng)?shù)年的現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),在業(yè)內(nèi)有良好的口碑,且有專門的售后工程師幫忙解決產(chǎn)品使用過(guò)程中遇到的技術(shù)問(wèn)題,客戶可以放心省心順心的使用我司的產(chǎn)品。如果對(duì)我司的產(chǎn)品感興趣,歡迎咨詢。

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