1引言

隨著機械自動化水平的不斷提高,自動控製技術在定量包裝生產中應用越來越多,在糧食、化肥、飼料和輕工等行業中都有廣泛應用。稱量包裝技術的發展大致經曆了手工稱量、繼電器控製、稱重儀表控製、PLC控製等幾個階段。相對於傳統的稱重儀表控製,應用PLC和觸摸屏組成的控製係統便於將開關量設置、複位操作以及設定和修改係統參數功能有機的結合,提高機器速度和精度。

2包裝機的工作原理

2.1包裝機的組成

稱重式自動定量包裝機由供料部分、稱重部分與卸料部分組成。

供料部分分為儲料鬥和重力供料裝置。儲料鬥用於存儲需要灌裝的物料,重力供料裝置主要是向稱量料鬥中提供物料。稱重部分即稱量鬥,它通過和稱重傳感器相連,測量物料重量。卸料部分用來完成標準重量物料的卸料裝袋過程。

2.2工作原理

稱重式自動定量包裝機的工作原理流程，當儲料鬥中物料足夠,在重力的作用下進入重力供料裝置,完全打開料門進入大給料狀態。當到達給定大給料重量時,關閉給料門,留一條狹縫,進入小給料狀態。當到達給定小給料重量時,完全關閉給料門,經過一定的空中落料,稱量鬥穩定,並且卡袋機構卡緊時,卸料門打開,物料進入放料鬥,再落入袋內,完成一個包裝循環。

3控製係統硬件設計

該係統主要為開關量控製,料門的全部動作由氣缸驅動,而氣缸又由相應的電磁閥控製。設備即可以手動操作也可以自動操作。手動操作要求用按鈕對機器的每一步運動單獨進行操作控製。自動操作要求按一下自動/手動選擇開關,機器自動地、連續不斷地周期性循環。在工作中若按下停止按鈕,則機器繼續完成一個周期的動作,回到初始狀態後自動停止。

根據稱重式自動定量包裝機的操作和控製要求,控製係統選用西門子公司的SIMATICS7-200係列PLC,此係列的PLC具有結構緊湊、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個數字量輸入和16個數字量輸出,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性。並且2個RS485通訊/編程口,具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。由於要處理傳感器的模擬量輸入信號,所以擴展了一個EM235模擬量處理模塊,該模塊具有4路模擬量輸入。POP文本顯示器對整個係統進行過程監控顯示以及參數設定等功能,可以通過PPI協議和s7-200係列PLC的編程口或擴展通訊口直接通訊。

4控製係統軟件設計

控製係統軟件設計為各功能軟件設計,包括顯示功能、參數設定功能、自動修正給料量功能、通訊功能等。

4.1稱重信號處理

由於稱量信號存在幹擾,需要對信號進行濾波處理,並判斷信號是否穩定,讀數是否準確。所謂數字濾波,就是通過一定的計算或判斷程序減少幹擾在有用信號的比重,是一種程序濾波即軟件濾波。常見的濾波方法有限幅濾波、限速濾波、中值濾波、滑動平均濾波等。

本係統采用滑動平均濾波方法,係統采集的信號是與重量成正比的電壓信號。這類信號的特點是存在一個平均值,信號在某一數值範圍附近作上下波動,在這種情況下僅取一個采樣值作為判斷依據顯然是不準確的。采用滑動濾波方法可以得到較好的效果。該方法采用最新采集的一個數據替換n個暫存數據中的最早的一個數據,使得n個暫存數據始終是最近的數據。求平均後所得數據既反映了最近的數據變化,又克服了隨機誤差帶來的影響。

當標準差σ小於設定值時,則係統穩定,當前值即為稱量值。根據係統要求的精度不同,可以設定不同的值。

4.2PLC程序設計

根據稱重式自動定量包裝機的操作要求,確定各動作的順序和相互之間的關係,畫出程序流程圖,再由PLC輸入輸出的邏輯關係編寫出梯形圖。本係統輸入端口定義為自動手動按鈕、卡袋複位按鈕、單步執行按鈕、總複位按鈕、停止按鈕、卡袋開關等,輸出端口定義為稱量鬥穩定指示、大給料氣缸動作、小給料氣缸動作、卸料氣缸動作、卡袋氣缸動作、係統報警等。輸出采用西門子公司STEP7-Micro/WIN32軟件進行編寫。

4.3POP文本畫麵設計

POP-HMI除LCD顯示窗之外,還有22個薄膜開關按鍵,其中16個按鍵能被設定成特殊的功能鍵,用來完成畫麵跳轉,開關量、位狀態設定等功能。本係統中通過POP-HMI可以設定灌裝目標重量、大給料量、小給料量,同時實時監控稱量重量,並且查看灌裝數據。

5結束語

本係統設計完成後,進行了多次模擬實驗,並且根據現場調試的情況進行修改。係統在投入運行後,性能穩定可靠,滿足各項工藝要求,生產效率和產品質量均有所提高,完成了機械和電器控製係統的一體化要求,可廣泛應用於食品包裝等行業。

論文創新點:利用PLC和觸摸屏組成控製係統,代替傳統的稱重儀表控製,便於有效控製係統的開關量輸入輸出以及方便設定和修改係統參數,提高包裝機速度和精度的同時,節約成本。

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