在全自動碼垛包裝過程中,稱重、供袋、取 袋、裝袋、輸送以及縫合等多個動作均是自動完 成,工作過程中動作較多且複雜,工作環境也較為惡劣。而基於 PLC 的全自動包裝碼垛生產線 控製係統具有結構簡單、運行速度快、穩定性高、 可擴展性強等優點,比較適合本文所研究的生產 線所處的工作環境條件。根據生產線的工藝流 程,該控製係統應該滿足以下幾個要求: (1)各工序能夠協調控製,使自動化生產線 穩定、可靠高速運行
(2)程序的可變性強,能夠根據不同作業要 求隨時對運行程序進行調整。
(3)實時性高,動態響應性能好,能夠隨時對 各種傳感器信號進行采集並及時反饋。
(4)高可靠性、安全性和穩定性。
(5)理性化的人機界麵,便於工人操作以及 監控。
(6)硬件結構緊湊,且具有後期擴展性。 根據包裝工藝流程,本文采用了“HMI+PLC”的控製模式,控製係統整體框圖如圖 3 所示。
PLC可編程控製器作為觸摸屏與各信號傳感器之 間的橋梁,將觸摸屏與各個信號緊密連接起來。 因此觸摸屏、PLC、I/O
輸入輸出模塊等組合在一 起便構成了全自動包裝碼垛生產線控製係統。
2.1 觸摸屏
觸摸屏,簡稱 HMI,是控製包裝機的直接媒 介。由於該生產線的工作環境複雜惡劣,為了保證設備能夠在複雜的工作環境中穩定可靠運行,同時考慮到其實用性和成本等特點,該控製係統中上位機選用威綸MT8150iE係列觸摸屏。通過該觸摸屏可實現包裝速度、傳送帶速度等參數的輸入,並實時對生產線目前的生產狀態等信息進行顯示。MT8150iE係列觸摸屏具有多個串口(RS-232/RS-485)可同時與下位機實現通訊,擁有400 MHz的32位 RISC處理速度、輸入電源為24VDC,能夠實現1分鍾的500VAC超高耐壓。
2.2 PLC
針對控製係統主要實現功能,選擇模塊式的 PLC,主要組成單元有CPU模塊、電源模塊、基本 I/O 模塊。對控製係統進行擴展時,隻需要在原 係統上增加相應的功能模塊,就可以完成功能的 添加,設計成本低、效率高。 PLC作為整個控製係統的核心,包裝生產線工作過程中動作多且複雜,而生產線中的 I/O點數較多,綜合分析該係統選擇西門子PLC S7-300 係列該款PLC功能多、運算速度快,能夠根據生產線不同需求進行組合配置。在分析整個包裝碼垛流水線工藝流程的基礎上,選擇
S7-300係列 中的 CPU315-2DP,該生產線中主要包括自動包裝係統和自動碼垛係統兩大部分,根據包裝流程 的動作分析,包裝和碼垛部分總共需要約60個輸 入點和50個輸出點,選擇輸入模塊 SM321,數字 輸出模塊SM322。
3 控製係統軟件設計
3.1 上位機軟件設計
上位機觸摸屏程序能夠實現操作人員與PLC 之間的交流,實現不同人機界麵之間的切換,以 及不同的操作不同的按鍵控製
PLC 中不同的程序運行。觸摸屏能夠對包裝碼垛生產線的運行信息、報警信息以及控製信號以文字或者圖像的形式,直觀形象的展示給用戶。觸摸屏程序結構設計好壞不僅僅影響人機界麵美觀性,對整個係統的穩定可靠運行同樣具有重要影響。 MT8150iE 係列觸摸屏通過 EasyBuilder8000 編程軟件進行離線模擬和在線模擬,極大的方便了程序的調試。該觸摸屏軟件程序中主要包括主控界麵、參數設置界麵以及監控三大部分。主控界麵中主要包括啟動、停止、自動模式以及手動模式,控製畫麵如圖4所示。
參數設置界麵圖5所示