大袋自動包裝機主要針對的是50kg級大袋包裝，廣泛應用於粉末狀及顆粒狀化工產品的包裝行業，具有包裝速度快、稱量精度高、性能穩定可靠等優點。
國內現有自動包裝機的控製係統方案多采用單個PLC為主的控製[1~3]，由於大袋自動包裝機結構複雜、動作繁多，其信號、動力等管線分布雜亂且易於損壞。本文針對某新型號大袋自動包裝機，基於PROFIBUS-DP現場總線設計了其控製係統，實現了模塊化，易於實現包裝機功能的升級改造，同時對對實現大袋自動包裝機的智能化和遠程監控提供了便利[4]。
1大袋自動包裝機工作原理

某新型號大袋自動包裝機的設備示意圖如圖1所示（正視圖和左視圖），成疊的包裝袋從左側放入到大袋包裝機內，經過真空吸袋取出單個包裝袋並送至開袋工位；再次利用真空打開袋口並挑袋至灌料工位；袋口四邊夾緊之後開始下料，同時包裝袋底部振動台高頻振動使物料在包裝袋內分布均勻；灌料結束後抱袋平移至輸出傳送帶輸出，同時袋口折邊縫包，完成整個包裝過程。
這種新型大袋自動包裝機采用模塊化設計，根據其包裝工藝流程，可以將其分為進袋係統、挑袋係統、夾袋係統、抱袋係統、縫包係統五個子係統（圖2）。每個子係統功能各不相同並且位置分散，因此選用PROFIBUS-DP現場總線將其連接通信，實現整個設備的監控和自動化運行。

2控製係統硬件設計
大袋自動包裝機控製係統硬件主要包括主控製器、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品。
2.1主控製器
大袋自動包裝機要完成整個自動包裝過程，需要有許多連貫的動作，采用具有通信功能的PLC進行控製可以得到滿意的效果。根據控製對象和控製任務，本係統選擇了SIEMENS的模塊化中小型PLC係統S7-300，它能滿足中等性能要求的應用，而且應用領域相當廣泛。本係統所用的主機模塊是CPU315-2DP，可以通過MPI轉接電纜或通訊模塊與計算機進行通訊，性能可靠，非常適合本係統的要求。因此將S7-300作為本係統的主站。
2.2觸摸屏
觸摸屏作為人機接口，可以讓工人完成係統設置、手動調試和自動運行的工作。本係統的觸摸屏選用SIEMENSMP27710英寸麵板。其特點為：基於WindowsCE操作係統，對應於S7-300係統的CPU315，並且裝配有用於MPI和PROFI⁃BUS-DP的接口。
2.3輸入輸出模塊
在係統主站和從站都需要選擇合適的輸入輸出模塊，用來給執行元件提供控製信號以及返回傳感器的信號檢測運行狀態。整個大袋自動包裝機的I/O信號統計情況見表1。

根據使用要求、各係統的分布情況及I/O控製信號的統計，將進袋、挑袋和夾袋係統的輸入輸出模塊直接連接在主站PLC上，將抱袋和縫包係統的輸入輸出模塊連接在遠程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控製器的信號、功能模板擴展，尤其適用於複雜的自動化任務。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
整個大袋自動包裝機還使用了五台電機。其中送袋、出袋、縫包是普通三相電機，因此選用SIEMENSMM440通用變頻器，該變頻器具有低速高轉矩輸出、良好的動態特性和過載能力強等特點，並且可以選用PROFIBUS-DP通信模塊來實現主從控製方式[5]。
挑袋電機和抱袋平移電機對位置控製要求比較高，因此選用SEW帶編碼器反饋的異步交流電機，對應選擇SEWMDX61B係列變頻器。該款變頻器是新一代驅動變頻器，具有更寬的低速範圍，更強的過載能力，其動態性能和控製質量已經達到伺服傳動裝置的水平。並且可以選擇PRO⁃FIBUS接口組態到PROFIBUS係統。
根據以上的選型完成控製係統的硬件結構組合（見圖3）。以S7-300係列CPU315-2DP作為控製係統的核心，與現場傳感器/執行器相連的遠程I/O口、變頻器、觸摸屏等作為從設備，通過PROFIBUS-DP總線與主機進行數據交換。在STEP7軟件中完成硬件組態和各輸入輸出模塊地址分配（圖4）。

3控製係統軟件設計
3.1人機界麵設計
本係統一共設置了6個畫麵，包括起始界麵、參數設置、手動運行、單步運行、自動運行和狀態監控界麵。起始界麵進行模式選擇；參數設置界麵進行主要參數的設定，如電機速度、真空檢測值等；手動運行和單步運行界麵可以手動操作每一個執行器；狀態監控檢測每一個輸入輸出口的信號情況；自動運行界麵（圖5）可以進行整個係統的自動運行操作，監控主要執行器的運行狀態和生產情況記錄，遇到故障能夠顯示故障原因等。

3.2係統程序設計
係統采用SIEMENSS7-300編程，按照結構化和模塊化的方法設計了手動單步運行、自動運行、參數設置、數字量控製、模擬量控製5個模塊[6]。軟件功能結構件圖6。

4結論
在分析大袋自動包裝機的工作原理和工藝流程的基礎上，本文給出了控製係統軟硬件方案，基於PROFIBUS-DP現場總線設計了係統的硬件控製電路和軟件程序。該控製係統具有很強的網絡通信能力，能夠適應遠程監控、智能控製的發展要求，方便包裝機的進一步升級改造，具有較好的推廣價值。
 

作者：王嵩，張秋菊，陳中傑，左文娟

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