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 1 前言

眾所周知，我國的自動化水平正不斷提高，自動控制技術(shù)在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用變得越來越廣泛。包裝工業(yè)由來已久，在大致經(jīng)歷了手工稱量，繼電器控制，稱重儀表控制后，PLC控制技術(shù)開始被廣泛應(yīng)用。
我國的包裝行業(yè)由三大塊組成。第一塊是以包裝原輔材料和包裝機械設(shè)備為主的包裝基礎(chǔ)工業(yè)，這一塊屬于資金密集型和技術(shù)密集型工業(yè)，具有相對較高的產(chǎn)業(yè)附加值，也有較高的行業(yè)進入門檻和產(chǎn)業(yè)競爭障礙。第二塊是由紙、塑料、金屬、玻璃這四大包裝和包裝印刷組成的包裝制品制造業(yè)，這一大塊的企業(yè)基本上屬于勞動密集型企業(yè)，是一般競爭性的加工行業(yè)，具有地理成本優(yōu)勢，進入壁壘較低，生產(chǎn)附加值相對較低，但現(xiàn)在的市場競爭也非常激烈。第三塊是由包裝代理、研、管理機構(gòu)等包裝服務(wù)和包裝管理行業(yè)，這部分屬于知識密集型行業(yè)，附加值高，進入門檻低，這類企業(yè)正在快速發(fā)展，但總體發(fā)展水平還不是很高，整個產(chǎn)業(yè)不夠規(guī)范。這三大塊的發(fā)展就構(gòu)成了我國包裝行業(yè)的整體發(fā)展。
包裝機械的最大特點是動作復(fù)雜，頻繁，且有較多的執(zhí)行元件，在這種場合使用其他控制設(shè)備如繼電器控制邏輯必然需要大量的中間繼電器，而這些中間繼電器在用 PLC 控制的情況下，就可以對其內(nèi)部的輔助繼電器進行編程后取代。
再從物理角度來闡述：前者需要具體的電氣元件來組合，而PLC 的內(nèi)部寄存器在 PLC 編程容量許可的范圍內(nèi)，可以不花費額外的費用來實現(xiàn)復(fù)雜的控制邏輯。包裝機的種類繁多，按產(chǎn)品狀態(tài)分，有液體、塊狀、散粒體包裝機；按包裝行業(yè)分，有食品、日用化工、紡織品等包裝機；按包裝工位分，有單工位、多工位包裝機；

按自動化程度分，有半自動、全自動包裝機等。液體包裝機即包裝液體產(chǎn)品的包裝設(shè)備，諸如飲料灌裝機、乳品灌裝機、粘稠液態(tài)食品包裝機、液態(tài)清潔用品及個人護理品包裝機等等都屬于液體包裝機的范疇。塊狀包裝機即是包裝塊狀產(chǎn)品的包裝設(shè)備，現(xiàn)在市面上的肥皂，小蛋糕，面包等都使用這種設(shè)備，一般一次成形，快捷，方便。散粒體包裝機又可以分為顆粒包裝機和粉料包裝機。顆粒包裝機由于物料是顆粒型，流動性好，易于控制，通常采

用重力式給料，包裝精度高、效果良好。粉料包裝機又叫粉料包裝秤，是針對肥料、化工、食品、制藥等行業(yè)粉料包裝而研制，可完全適用于 5-50Kg 粉狀物料的半自動計量充填包裝；配套螺旋提升機、皮帶輸送機、封包裝置，人工套袋，自動夾袋、計量、充填、落袋、輸送，人工輔助入封合工位，熱封內(nèi)袋或縫制外袋，完成半自動包裝過程。由于粉料的特性，對粉料包裝機的要求大大提高，粉料由于流動性差，容易結(jié)塊和堵塞管道，因此對于粉料包裝機的性能和包裝精度也有更高的要求。針對粉料包裝的特點，設(shè)計基于 PLC 的粉料包裝機控制系統(tǒng)，提高粉料包裝的精度。
 

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個包裝系統(tǒng)由 PLC（西門子 S7-200），包裝機，數(shù)字稱重傳感器（三菱 F701），變頻器，伺服電機組成，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。PLC 接受數(shù)字稱重傳感器 F701 的重量達標(biāo)信號，從而控制變頻器。變頻器通過改變輸出頻率控制電機轉(zhuǎn)速，從而改變包裝機上輸料螺旋桿的轉(zhuǎn)動速度來控制給料的快慢。從上述過程可以看出整個系統(tǒng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)

根據(jù)稱重式自動定量粉料包裝機（針對粉狀物料的包裝）的控制操作要求，控制系統(tǒng)選用西門子 S7-200 系列 PLC，此系列的 PLC 具有結(jié)構(gòu)緊湊，模塊化，可擴展性強，指令集豐富等特點。所選 CPU 的型號為 CPU226AC/DC/REL，它提供 24個數(shù)字量輸入和 16 個數(shù)字量輸出，輸入/輸出接口電路均采

用了光耦合電路，對外界接口具有很強的適應(yīng)性。并且 2 個RS485 通訊/編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議，MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力?？梢院芊奖愕嘏c外界進行通信。且其采用的 CPU 可以很快地進行 I/O 處理和擴展，便于安裝。PLC 自動循環(huán)掃描各個輸入輸出點的當(dāng)前狀態(tài)，并根據(jù)程序所確定的邏輯關(guān)系刷新輸出點的狀態(tài)，通過變頻器來控制相應(yīng)的電機的動作，從而完成工藝流程的自動控制。選用三菱數(shù)字稱重傳感器 F701 是因為其具有高操作性和良好的數(shù)據(jù)校準(zhǔn)功能，可以準(zhǔn)確地測量粉料重量。此外使用它的定量投料/排出控制功能可以控制料斗定量秤/打包稱量秤。它的時序控制功能和豐富的外部接口（SI/F,BCD 輸出,RS-232C,RS-485,D/A 轉(zhuǎn)換器等）可以方便地與 PC 或程序發(fā)生器等外部設(shè)備連接。其自檢功能可檢查內(nèi)部電路，發(fā)生異常報警，監(jiān)視 CPU 動作，大大增加了可靠性，除此外數(shù)字模擬濾波功能也集成在其內(nèi)部。包裝機為粉料包裝機，粉料包裝機顧名思義是包裝粉料使用的，它包括的部件有出料斗，插板，給料門，卸料門，放料斗，卡帶機構(gòu)，傳料螺旋桿等，通過外部電機驅(qū)動螺旋桿輸送物料。
所選三菱變頻器具有最高水準(zhǔn)的驅(qū)動性能，電機不論是否有編碼器都可得到高精度和高響應(yīng)的速度控制，甚至 V/F控制和先進磁通矢量控制也可選用。長壽命元件和先進的壽命診斷方式使變頻器壽命長達 10 年；除此外，還具有豐富的網(wǎng)絡(luò)功能，支持 CC-Link 通訊，RS-485 通訊，支持 SSCNT3,支持各種主要的網(wǎng)絡(luò)；產(chǎn)生的噪音低，操作方便。對于給料電機的選擇，我們考慮的主要是其功率。包裝產(chǎn)品主要針對小袋，電機功率我們選擇較小，控制在 1.1kw左右，再考慮室內(nèi)常溫?；覊m較大，單向運行，啟動頻繁電壓為 380v 的三相交流電源等特點，我們選擇三菱電機。 

3 控制系統(tǒng)

3.1 設(shè)計要求

該系統(tǒng)的主要控制為開關(guān)量控制，除了一個加料電機，其他的動作都是由氣缸完成的，但整個系統(tǒng)都由 PLC 控制。系統(tǒng)啟動后，包裝機卡帶夾緊包裝袋，同時數(shù)字稱重傳感器啟動，去除包裝袋的皮重，然后內(nèi)部氣缸開啟給料門（在物料充足的情況下），外部伺服電機在 PLC 控制下以快檔驅(qū)動給料螺旋桿給料，在稱重傳感器未達到設(shè)定的快加重量時，系統(tǒng)持續(xù)快速加料；當(dāng)物料重量達到稱重傳感器快加設(shè)定值時，傳感器給 PLC 一個快加料結(jié)束信號，PLC 控制變頻器輸出頻率改變伺服電機轉(zhuǎn)速以慢檔加料，當(dāng)物料重量達到稱重傳感器慢加重量時，傳感器再給 PLC 一個慢加料結(jié)束信號，插板關(guān)閉并且控制電機停止，稱重儀表給出稱重結(jié)束信號后，卡帶松開包裝袋，整個過程完成。

3.2 軟件設(shè)計

PLC 終端軟件采用梯形圖語言編寫，軟件采用 MicroWinV3.2。S7-200 系列的最大優(yōu)點在于其自由口的同通信模式，自由口通信是通過用戶程序控制 S7-200cpu 通信口的操作模式，利用自由模式可以實現(xiàn)用戶定義的通信協(xié)議，連接多種智能設(shè)備?？紤]到實際情況，在包裝機存料罐中設(shè)置下限位開關(guān)保證此次裝袋的物料充足。如遇緊急停車情況，在處理完事故后，可以通過手動快加或慢加來實現(xiàn)過程的順利完成。以上是在實際情況下設(shè)計的相對完善的附加處理功能，以保證此次包裝過程實施順利。

本包裝機控制系統(tǒng)已在包裝工廠長期運行，實踐證明，大大提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，為企業(yè)節(jié)約了成本。在運行期間系統(tǒng)表現(xiàn)穩(wěn)定，包裝準(zhǔn)確度精良，產(chǎn)品銷量大大提高，用戶滿意度也大幅增加。
 

4 結(jié)語

控制技術(shù)的發(fā)展大大提高了生產(chǎn)效率，降低了工人的勞動強度和生產(chǎn)成本?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中越來越重視自動化水平的提高，本系統(tǒng)充分發(fā)揮了 PLC 在控制領(lǐng)域的優(yōu)越性，整個物料傳送工藝在一個完整的控制系統(tǒng)下完成，各個分工藝之間的協(xié)調(diào)和設(shè)計嚴(yán)密，確保生產(chǎn)在安全，高效的條件下進行。

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