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威尼斯国际官方网站:基于PLC的全自动包装码垛生产线控制系统设计

发布时间:2019-08-12 19:07:00 |来源:中国知网

随着现代工业自动化技术的不断发展,企业 中的生产机械设备逐步成为集机、电、仪于一体 的综合体,人工手动工作已逐渐被高度自动化控制所取[1-4]。食盐、粮食、化肥等颗粒物料的包 装、运输以及库房码垛离不开自动化包装机械。 目前,由于先进的全自动包装技术主要掌握在少数发达国家手里,国内全自动包装码垛设备主要依赖进口,国外设备成本较高,维修困难,各种先进技术被垄断,对此国内对全自动包装生产线国产化的呼声越来越高。随着我国经济的不断发展,人工包装的低效率与生产量的不断提高之间的矛盾日益激化,因此对包装码垛自动生产线的研究具有重大的经济意义与现实意义[5-9]。
全自动包装码垛生产线是集机、电、气于一体的高技术机械设备,它主要应用于食盐、粮食、化肥以及医药等行业中的粉、粒等物料的全自动包装,即对包装过程中的称重、供袋、取袋、送袋、折边、封袋、编码打印、产品检测、产品传送、码垛、托盘和垛盘的输送等工作过程全部实现自动化[10-12]。
可编程控制器(PLC)因其具有抗干扰能力强、可扩展性强、可靠性高、可编程能力强等优点,因此在环境相对恶劣的工业控制领域中得到 了广泛应用[13- 16]。基于此本文提出了一种基于PLC的全自动包装码垛生产线控制系统,采用西门S7-300和维纶MT8150iE触摸屏作为控制系统的核心,二者相互配合共同完成整个生产线的自动控制与监控。
 
1 全自动包装码垛生产线工艺流程
全自动包装码垛产线基本组成如图1所示。
全自动包装码垛生产线能够自动完成称重、供 袋、取袋、装袋、封口、输送、重量复检以及码垛等工作任务。包装码垛生产线中主要机械系统包括自动称重秤系统、倒袋系统、输送系统、重量复检系统、剔除系统、码垛系统、托盘输送系统、控制系统等。工艺流程可总结为:物料从自称重系统的料斗进入包装秤的给料装置中,通过粗料和细料供给系统完成粗料和细料的混合完成物料的混配。当自动称重系统中的压力传感器检测到物料重量与目标重量相同时,则传感器将信号传送到PLC中,PLC发出停止加料命令加料系统停止加料,整个加料称重循环完成,此时称重机等待下一次称重加料信号。当自动装袋机完成上袋后,传感器检测到信号后称重箱中的卸料翻门打开,物料落入包装袋中,卸料完成后翻门被关闭,包装袋经过折边机进行自动折边,折边成后包装袋被运送到缝口机,分包装袋一旦被缝口机中的传感器检测到,缝口机边开始进行缝合包装袋口,缝合完成后自动将缝合线割断。包装 完成后,产品经过输送机被输送到重量复检统,对包装质量进行最后的检查,当复检系统检测到包装质量不合格时,包装袋经过自动剔除系统被剔除,而符合标准的包装袋将以此通过喷墨打印机等设备,最后到达码垛机系统中,码垛机器人按照移动的排列方式进行自动摆放,在完成码垛任务后。全自动包装码垛生产线整个流程如图2所示。
2 控制系统硬件设计
在全自动码垛包装过程中,称重、供袋、取 袋、装袋、输送以及缝合等多个动作均是自动完 成,工作过程中动作较多且复杂,工作环境也较为恶劣。而基于 PLC 的全自动包装码垛生产线 控制系统具有结构简单、运行速度快、稳定性高、 可扩展性强等优点,比较适合本文所研究的生产 线所处的工作环境条件。根据生产线的工艺流 程,该控制系统应该满足以下几个要求: (1)各工序能够协调控制,使自动化生产线 稳定、可靠高速运行
(2)程序的可变性强,能够根据不同作业要 求随时对运行程序进行调整。
(3)实时性高,动态响应性能好,能够随时对 各种传感器信号进行采集并及时反馈。
(4)高可靠性、安全性和稳定性。
(5)理性化的人机界面,便于工人操作以及 监控。
(6)硬件结构紧凑,且具有后期扩展性。 根据包装工艺流程,本文采用了“HMI+PLC”的控制模式,控制系统整体框图如图 3 所示。
PLC可编程控制器作为触摸屏与各信号传感器之 间的桥梁,将触摸屏与各个信号紧密连接起来。 因此触摸屏、PLC、I/O
输入输出模块等组合在一 起便构成了全自动包装码垛生产线控制系统。
2.1 触摸屏
触摸屏,简称 HMI,是控制包装机的直接媒 介。由于该生产线的工作环境复杂恶劣,为了保证设备能够在复杂的工作环境中稳定可靠运行,同时考虑到其实用性和成本等特点,该控制系统中上位机选用威纶MT8150iE系列触摸屏。通过该触摸屏可实现包装速度、传送带速度等参数的输入,并实时对生产线目前的生产状态等信息进行显示。MT8150iE系列触摸屏具有多个串口RS-232/RS-485)可同时与下位机实现通讯,拥400 MHz32位 RISC处理速度、输入电源为24VDC,能够实现1分钟的500VAC超高耐压。
2.2 PLC
针对控制系统主要实现功能,选择模块式的 PLC,主要组成单元有CPU模块、电源模块、基本 I/O 模块。对控制系统进行扩展时,只需要在原 系统上增加相应的功能模块,就可以完成功能的 添加,设计成本低、效率高。 PLC作为整个控制系统的核心,包装生产线工作过程中动作多且复杂,而生产线中的 I/O点数较多,综合分析该系统选择西门子PLC S7-300 系列该款PLC功能多、运算速度快,能够根据生产线不同需求进行组合配置。在分析整个包装码垛流水线工艺流程的基础上,选择
S7-300系列 中的 CPU315-2DP,该生产线中主要包括自动包装系统和自动码垛系统两大部分,根据包装流程 的动作分析,包装和码垛部分总共需要约60个输 入点和50个输出点,选择输入模块 SM321,数字 输出模块SM322。
 
3 控制系统软件设计
3.1 上位机软件设计
上位机触摸屏程序能够实现操作人员与PLC 之间的交流,实现不同人机界面之间的切换,以 及不同的操作不同的按键控制
PLC 中不同的程序运行。触摸屏能够对包装码垛生产线的运行信息、报警信息以及控制信号以文字或者图像的形式,直观形象的展示给用户。触摸屏程序结构设计好坏不仅仅影响人机界面美观性,对整个系统的稳定可靠运行同样具有重要影响。 MT8150iE 系列触摸屏通过 EasyBuilder8000 编程软件进行离线模拟和在线模拟,极大的方便了程序的调试。该触摸屏软件程序中主要包括主控界面、参数设置界面以及监控三大部分。主控界面中主要包括启动、停止、自动模式以及手动模式,控制画面如图4所示。

 

参数设置界面图5所示

报警画面中主要显示生产线中的报警信息,主要包括仓物料报警、加料不足、加料过重、秤门未关、放料失败、总重量超重、手加料不足、手加料过多等等。结合报警画面中的信息,生产线的工作人员可以及时发现故障并排除故障,保证生产线的生产正常进行。
3.2 下位机部分程序设计
全自动包装码垛生产线中的逻辑控制程序 主要包括以下几个模块:自动供袋子程序、自动取袋子程序、自动装袋子程序、拆边缝口子程、倒袋输送子程序、重量检测剔除子程序以及码垛分层子程序。在此处给出了自动取袋子程序控制流程图。袋子由供袋辊子传送到托板上,当传感器检测到袋子时,袋子便会被吸盘吸住。此时横进装置处于生产线取袋位置,当限位开关检测到信号时,则停止下降,此时磕头装置就会倾斜,真空电磁阀启动,袋子被吸盘吸。罂耐纷爸檬,斜托盘上升完成取袋操作,再进行上述重复动作。自动取袋流程图如图6所示。
4 结语
为了提高包装码垛生产线的自动化程度,提高企业生产效率,降低工人劳动强度,提出了一种基于PLC的全自动包装码垛生产线控制系统。上位机采用S7-300系列CPU315-2DP与数字输入SM321、数字输出SM322等模块相组合的方式实现对包装生产线全自动控制,上位机采用维纶MT8150iE触摸屏对整个包装生产线的运行 状态进行监测与控制,在完成硬件选型的基础上,对控制系统主程序以及人机交互界面进行了软件编程。该控制系统稳定性强、成本低以及可编程能力强,大大提高了包装、运输以及码垛效率,显著提高了企业自动化程度。
作者:李蓉娟、吴新伟
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