基于全自动包装机PLC的优化设计.pdf

工业自 D OI 1 0 ． 3 9 6 9／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 2 ． 0 7 ． 0 1 0 基于全自动包装机P L C的优化设计 蔡 旭明 广 东省粤 东高级技工 学校 ， 广 东汕 头 5 1 5 0 4 1 摘要 在分析全自动包装机_T作过程的基础上，设计了以H O L L i A S L E CG 3 系列P L C 为基础的D X D 全自动包装机控制系统。在硬 件设计方面，根据包装机的工艺流程和控制要求，着重介绍P L C 、步进电机、色标传感器、计数传感器等重要部件的配置，并给 出包装机控制系统的接线图。在软件设计方面，给出程序设计流程图，并介绍部分P L C 梯形图，最后简要介绍了人机界面。 关键词 包装机；P L C ；控制系统；步进电机；传感器 中圈分类号T P 2 7 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 99 4 9 2 2 0 1 2 0 70 0 3 1 0 4 Op t i mi z a t i o n De s i g n o f P LC Ba s e d o n Au t o ma t i c Pa c k a g i n g M a c h i n e By CAI Xu mi n g E a s t G u a n g d o n g S e n i o r T e c h n i c a l S c h o o l ，S h a n t o u 5 1 5 0 4 1 ，C h i n a Abs t r a c t I n t h i s a r t i c l e， a DXD a u t o ma t i c p a c k a g i n g ma c h i n e c o n t r o l s y s t e m o n HOLL i AS LE C G3 s e r i e s i s d e s i g n e d a f t e r a f u l l y a n a l y s i s o f t h e wo r k i n g p r o c e s s o f a u t o ma t i c p a c k a g i n g ma c h i n e s c a r r i e d o u t ． I n t e r ms o f h a r d wa r e d e s i g n， a c c o r d i n g t o t h e p a c k a g i n g p r o c e s s a n d c o n t r o l r e q u i r e me n t s ，p a r t i c u l a r a t t e n t i o n i s g i v e n t o t h e i n t r o d u c t i o n o f P LC，s t e p pi n g mo t o r ，c o l o u r s e ns o r s ，s t o p c o u n t i n g s e n s o r s， a n d o t h e r i mp o r t a nt p a r t s o f t he c o n f i g u r a t i o n， a n d a wi rin g d i a g r a m o f p a c k a g i n g ma c h i n e c o n t r o l s y s t e m i s a l s o p r o v i d e d ． I n t h e a r e a o f s o f t wa r e d e s i g n，pr o gra mmi n g fl o wc h a r t s a r e p r e s e n t e d f o l l o wi n g b y t h e i n t r o d u c t i o n o f P LC l a d d e r d i a g r a m ， a n d h u ma n -ma c h i n e i n t e r f a c e i s b rie fl y d e s c rib e d． Ke y wo r d s p a c k i n g ma c h i n e； P LC；c o n t r o l s y s t e m ；s t e p p i n g mo t o r ； s e n s o r O 前 言 随着 自动 化技术 的发 展 ，包装 机 已全部 实 现 了 自动化 。 自动包装 机一般 分为半 自动 包装 机和全 自动包机两种 ，由人工供给包装材料 容器 和 内装物 ，但能 自动完成其 它包装工序 的机 器称 为半 自动包装 机 ， 自动完 成主要包 装 工序和其它辅助包装工序 的机器称为全 自动包 装机。 采用 HO L L i A S L E C G 3系列 小型 P L C控 制的 D X D全 自动包装 机是集 机 电一体化 、光 电检测 、 步进电机 自动跟踪纠偏等功能于一体的多用途 自动 包装机 ，该包装机具有电眼跟踪 、P L C控制 、无级 变速纠偏等功能，计量精确，符合行业标准，并且 具有『生 能稳定、 操作维护方便、 效率高等特点n 。 包装机控制系统的作用是保证工作机械的所 有机构能够严格按照预定的顺序，协调、有节奏 收稿 日 期2 0 1 2 0 1 1 8 地实现动作的运动和停止 ，使工作循环周而复始 地进行 。控制系统对生产效率和工作可靠性的影 响很大 ，因此要求控制 系统准 确 、灵 敏 、可靠 、 耐用 、调整方便 。 P L C 是计算机技术与继电器常规控制技术相 结合的产物 ，是近年来发展最迅速 、应用最广泛 的工业 自动化控制装置之一 。P L C具有体积小 、 可靠性高 、编程方便等优点 ，非常适合用于包装 机控制系统u 。 1 包装机的工作过程 D XD系列包装机广泛应用于食 品 、医药 、化 妆 品 、化工 、茶叶 、种子等颗粒状 、片状 、粉状 及半流体状物料包装 ，其包装工艺流程包括制 袋 、送料 、充填 、封 口、切袋等工序 ，如图 1 所 示 。下面分别说 明制袋 系统 、送料计量系统和封 口切袋系统的工作过程。 『 ●F● ●z ■1 E z ] 尊 I | 、 謦誊 薯 t 薯 ℃ 誓 x J1 ∞ 矗 赫 E i L 。 ． ． L ‘ ‘ - - d ， J ‘ t ‘ i i ． 碰| 自动化 卷 计数传感器 一， U 包袋 物 料 ．1 1． 1 ． 1 ． I l ／ j 7 ． 1 卜 ‘ ‘ 1 一 H} 一 】 E 一 制袋 器 ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ 。 1 n f 送 j 图1 包装机的工艺流程 1 制袋系统 启动拉袋电机，则拉袋电机带动卷筒状塑料 薄膜包装材料转动 ，塑料薄膜包装材料通过牵引辊 轮和制袋器制成包装袋。每个包装袋上都有特定的 商标和图案。在自动包装作业中， 保持商品的商标 和图案位置正确是包装的基本要求。为了保证包装 袋图案的准确性和包装袋长度的一致性 ，在包装生 产线上安装有色标传感器，用于检测和判断包装袋 是否拉伸到位。当包装袋拉伸到位时，色标传感器 就发出信号，拉袋电机停止，开始送料计量。 2 根据送料计量系统 启动送料 电机后 ，送料开始。在端 口处安装 有计数传感器用于对物料进行计数 。计数传感器 用来测定每一规定批次的物料数量 ，当计数传感 器的计数值达到设定值后 ，送料 电机停止 ，充填 过程结束，开始包装袋的封口和切袋过程。 3 封 口切袋系统 物料被填到包装袋后 ，需要对包装袋进行封 口。包装袋的封 口由封 口器完成。每次送料结束 后 ，封口器开始封口。封 口结束后 ，需要对包装 袋进行切袋 。包装袋 的切袋 由切袋器完成。一般 情况下 ，包装袋达 到一定数量 以后再进行切袋 ， 而不是每次充填后 ，就立即切袋 。所 以每次充填 完成后 ，需要判断是否达到切袋 的数量 。如果达 到切袋的数量 ，则完成切袋过程 。否则不完成切 袋过程 ，开始下一个包装循环。 2 包装过程对控 制系统 的要求 包装机的控制要求 比较复杂 。拉袋电机和送 料 电机都是步进电机 ，控制系统的主要作用就是 协调这两个步进电机的运动。在图1 中，色标传 感器和计数器传感器都是光电传感器。色标传感 机 器是用于判断包装袋是否拉伸到位。计数传感器 是用于对充填的物料进行计数 ，以确定充填 的数 量 。这两个光电传感器所采集的信号用于控制步 进 电机的启停 。包装机需要手动和 自动两种控制 方式 ，在一般情况下用 自动控制方式 ，在调试或 者有故障时用手动控制方式 。 1 自动控制方式 按下启动按钮 ，拉袋电机根据预先设定 的各 种参数启动 。在包装过程 中，必须保证每个包装 袋上都有商标图案，因此在一定范围内拉袋电机 不能停止。P L C实时检测步进 电机的进给量 。如 果 包 装 袋 拉 伸 到 位 ，则 色标 传 感 器 的信 号 为 T R U E，拉袋 电机停止 ，送料 电机启动。 送料 电机根据预先设定的参数启动 ，计数传 感器开始工作 ，送料 开始 。每次充填的物料数量 都是一定的 。在送料过程 中，计数传感器对包装 物料进行计数 ，测量物料 的数量 ，并把测量值实 时送人 P L C 。当包 装物料 的测量值达到预先 的设 定值时 ，P L C发 出信号 ，送料 电机停止 ，送料过 程结束，封口切袋过程开始。 采用 P L C的内部计数 器对包装袋进行 计数 。 送料电机每停 止一次 ，包装袋计数器加 1 ，实现 包装袋 的计 数。同时 ，根据包装袋 的数量 ，判断 是否切袋 。应当确保包装机的封 口切袋过程不在 制袋过程 中进行 ，封 口切袋过程与制袋过程必须 加以互锁 。 2 手动控制方式 在调试或者紧急情况下 ，可以使用手动控制 方式 。在这种方式下 ，拉袋过程和送料过程可以 分别启动和停止 ，封 口过程和切袋也可以分别启 动和停止。 自动化 图6 P L C 程 序设计流程 图 P L C程序 采用 编 程 软 件 P o w e r P r o 完 成 ，程 序设计流程如图6 所 不 。 2 梯形图 包 装机 的 P L C控 制程 序采用梯形 图语 言 编写 ，部分 程序功 能说明如下。 1 送料电机 的运 动控制 如图7 所示 第 0 0 0 8节 表 示 ， 当送 料 电机 启 动 后 ， 输 出T o n 2 一 O u t 产生 一 个周期性脉 冲信号 ， 用于控制第 0 0 0 9 节 的 P TO／ P W M 1 一R U N加 减 速脉 冲输 出功能块 的 工作 。 第 0 0 0 9节 表 示 ， 当送 料 电机 启 动 后 ， P TO／ PW M 1 一R U N加 减 速 脉 冲 输 出 功 能 块 P T O 1开 始 工 作 ，用 于控制送料电机 的运动 。 图7 送料电机的运动控制 图8 送料计量 2 送料计量 如图8 所示 第 0 0 1 0 节表示 ，送料 电机启动后 ，采用外部 普 通脉 冲输 入计数 器 H D C T U D _ T 4进行 送料 计 数 ，输 入 通 道 为 ％I X 0 ． 4 。 当 前 计 数 值 C o u n t e r l C V等于设 定计数值 C o u n t e r l P V时 ，计数器 C o u n t e r l 的输出值C o u n t e r l O U T I ，重新开始下 一 次送料计数 。 欢迎使用H OL L i A S 高新产品 2 0 0 9年1 0月2 2日l 0时4 8分5 6秒星期四 包装机控制系统主画面 包装机操作按钮 包装机参数显示 臣 [ 臣堕圈臣堕圃臣匿 图9 包装机控制系统主画面 回 图1 0 拉袋电机参数设定画面 第 0 0 1 1 节表示 ，按动复位按钮或点击在显示 屏上设置的复位按钮 ，即可将计数器的当前计数 值复位清零 。 3 人机 界面 在系统运行过程中 ，需要实时监控 P L C的运 f 下 转 第 1 2 8百1 兰 堕 竺 吾 一 一 一 一 研究与开发 4结论 本文提出了一种可 以用于E 4 WD混动车的功 率分配策略，以系统总效率最优为目标，进行发 动机、I S G电机、E R A D电机的功率分配。仿真计 算结果表明，本文所提出的功率分配策略具有较 好的改善经济性 的效果 ，可 以适用于 E 4 WD混动 车，以提高该种车型的经济性能。 参考文献 [ 1 ]胡红斐，黄向东，罗玉涛，等． 并联式混合动力电动 汽车全局优化控制 [ J ]． 华南理工大学学报，2 0 0 6 ， 3 4 4 2 8 3 7 ． 1 2 j J i n mi n g L i u ，H u e i P e n g ． Mo d e l i n g a n d C o n t r o l o f a P o w e r - S p o i t H y b r i d V e h i c l e[ J ]． I E E E t r a n s a c t i o n s o n c 0 n ． t r o l s y s t e m s t e c h n o l o g y ，2 0 0 8 ，1 6 6 1 2 4 2 1 2 5 1 ． [ 3 ]T h e o H o f m a n ，Ma ve n S t e i n b u c h ，R o e l l v a n D r u t e n ， e t a 1 ． D e s i g n o f C V T B a s e d h y b r i d p a s s e n g e r c a r s[ J ]． I EE E t r a n s a c t i o n s o n v e h i c u l a r t e c h n o l o g y， 2 0 0 9， 5 8 2 5 7 2 5 8 7 ． 1 4 j P l e r l u i g i P i s s u ，G i o r g i o R i z z o n i ． A c o m p a r a t i v e s t u d y o f s u p e r v i s o r y c o n t r o l s t r a t e g i e s f o h y b r i d e l e c t r i c v e h i c l e 【 J J．I E E E T r a n s a c t i o n s o n c o n t r o l s y s t e ms t e c h n o l o gy ， 2 0 0 7．1 5 3 5 0 6 5 1 8 ． 第一作者简介夏珩 ，男，1 9 8 3 年生 ，湖南人，硕士 。 研究领域混合动力控制策略。已发表论文2 篇。 编辑 向飞 送料电机参数设定 回 封 1 3 器 参数设 定 i 兰 竺 竺 兰 l 回 图1 2 封口器参数设定画面 切袋器参数设定 回 图1 3 切袋器参数设定画面 系统选用 We i n V i e w的触摸屏 M T 5 0 6 L 作 为人机界 面 。根 据用户要 求 ，系统可设定并 显示拉 袋 电 机 、送料 电机 、封 口器 、切袋器的参数 ，可显示 各运动部件的运行状态及实际产量 袋数 和包 装速度 ，并具有正常的启动 、停止按钮 ，能够对 计量数手动清零。 包 装机 控制 系统 的 主画 面如 图 9所示 。图 1 0～图 l 3 分别为拉袋 电机 、送料 电机 、封 口器和 切袋器的参数设定画面。 5结束语 经过 长 时 间的调 试 和生 产实 践 ，HO L L i A S L E C G 3系列 已在 D X D全 自动包 装机上得到实 际 应用 。控 制 系统 在包 装机 上 的成 功运行 表 明 ， H O L L i A S L E C G 3 系列小型P L C功能完善 、性能可 靠，具有先进 、经济、实用、可靠、灵活的显著 特点，不仅提高了系统的安全性和经济性，而且 大大提高 了系统的灵活性 1 。 参考文献 [ 1 ]吕卫阳，徐昌荣． P L C工程应用实例解析 [ M]． 北 京中国电力出版社，2 0 0 7 ． [ 2 ]廖常初． P L C编程及应用 [ M]． 北京机械工业出版 社 ．2 0 0 2 ． [ 3 ]杭州和利时自动化有限公司． HO L L i A S G 3系列小型 P L C硬件手册 [ Z ]． 2 0 0 5 ． [ 4 ]杭州和利时 自动化有限公司．HO L L i A S G 3系列小型 P L C 软件手册 [ Z ]． 2 0 0 5 ． [ 5 ] 杭州和利时自动化有限公司．H O L L i A SG 3系列小型 P L C 指令 与功 能块手册 [ Z ]． 2 0 0 5 ． 行状 况 ，向P L C发 出各种指令 和修改运行参 数。 科 ，工程师／ 高级技师。研 1 9 究 6 9 领 域 应 用电子技 术 。 ． 作者简介蔡旭明，男 ， 年生，广东汕头人，大学本 可以使用人机界 面来完成这些功能 。包装机控制 表论文6 篇。 编辑 阮 毅 匦至 霆