全自动包装机PLC控制系统设计

2007年
2月广西轻工业
第
2期GUANGXI
JOURNAL
OF
LIGHT
INDUSTRY
(总第
99期
)


全自动包装机
P
LC控制系统设计
李学忠，张国全

（武汉工业学院,湖北武汉
430023）
【摘要】介绍了全自动包装机工作原理
,设计了以
FX2N系列
PLC为基础的全自动包装机控制系统
,重点介绍了控制系

统的硬件配置、输入输出点分配和软件设计。

【关键词】包装机
;可编程控制器
;控制系统

【中图分类号】
TP315【文献标识码】
A

引言

现代社会对物品的包装要求越来越高
,为使包装出的物品整
齐、美观并且具有良好的包装质量
,要求包装机具有精确的动作、
定位精度及较高的生产率和一定的柔性
,因此对包装机的控制要
求是越来越高。传统的继电器已经不能满足现代生产的要求了
,所
以研制高效、经济且有一定柔性的新型包装机械是市场的迫切需
要。本文着重介绍了一种基于
PLC的全自动小袋包装机控制系
统,对控制系统中硬件设计和软件设计做了详细的介绍。

1全自动小袋包装机的工作原理

全自动小袋包装机具有制袋、充填、封口、日期打印、切断袋膜
等功能的包装设备。其工作原理是将卷膜按照规定的供膜要求安
装好后
,卷膜由走袋电机通过同步带轮带动两组同步带将薄膜带
动行进。当薄膜通过打印器时
,可自动打印上需要的生产日期。薄
膜经翻领成型器
,通过纵封器的纵封将薄膜制成袋筒
,袋筒经横封
器进行下横封
(此时上、下横封同时进行
,袋膜经过刀片从上、下横
封中间切断
,刀片上的为上袋下横封
,刀片下的为下袋上横封
)。物
料通过漏斗的料位检测
,电控系统自动控制上料机的启停使漏斗
内的物料保持一定的高度
,形成稳定的料压
,以保证计量精度的稳
定性。物料充填量杯后
,超出杯口的物料由刮板刮平
,当物料视比
重变化时
,可通过旋转计量调整机构手轮改变量杯容积
,达到计量
精度要求。物料通过下料筒流入袋膜中进行上横封
,上、下横封工
序完成后
,装有物料的袋膜通过自重
,自动落入溜板输出机外。

2
P
LC控制系统的硬件设计


2.1
PLC选型
在包装机电控部分的设计中
,考虑到包装机运作复杂
,传感器
多,干扰大
,而
PLC具有可靠性高、控制功能强、编程方便等优点
,
笔者采用可编程控制器作为其主控制器。该控制系统采用日本三
菱公司生产的
FX2N
-48MR型可编程控制器
,选用
AC电源
,
DC24V电源输入
,继电器输出。
FX2N系列
PLC是三菱公司近年来
推出的高性能小型整体式
PLC,能实现高速运算
,基本指令每步


0.08微秒。程序容

量最大
16K步,基本指令有
27条,步进指令有
2
条,功能指令有
298条。内附高速计数器、内部元件很丰富
,是一种
功能很强大的小型
PLC。由于其结构紧凑小巧、执行速度快、功能
【文章编号】
1003-2673(2007)02-0041-02

强大及性价比较高等特点
,符合本系统各方面要求。


2.2硬件配置
系统硬件配置结构框图如图
1所示
,包括中央处理单元及
I/O
扩展单元、检测元件
(光电开关和接近开关等
)、操作面板
(触摸屏
,按
钮开关和指示灯
)、控制元件
(交流接触器和电磁阀
)以及执行元件
(电动机和气缸
)等几部分。触摸屏作为设备控制的操作界面
,接受来
自操作人员的操作指令并指示设备的运行状态
,并以菜单形式显
示机器启停、功能切换、工况检测、数据输入与修改、运行状态、故
障报警等
,使参数组态变得更为方便
;检测元件检测料位计量、投料
结束信号
,以及各部分的动作完成情况
;PLC自动循环扫描各个输
入输出点的当前状态
,并根据梯形图程序所确定的逻辑关系更新
输出点的状态
,通过通断交流接触器和换向电磁阀来控制电动机
的启停和气缸的动作
,从而完成从卷膜输送到物料排出全过程的
自动控制。



2.3输入输出点分配
自动包装机工艺过程由袋成型、充填、封口、冷却等几部分组
成,包装机控制系统输入信号有
:启动、停止及急停信号
,安全门开
关检测
,卷膜袋长色标检测
,缺袋检测
,定量充填部分返回物料充
填信号
,动盘到位检测
,横封到位检测
,横封脱开检测
,横、纵封结
束检测。输出信号有
:卷膜牵引启动
,卷膜横封控制
(热封进
),卷膜
横封结束
(热封退
),防止过冲刹车控制
,水冷却控制
,卷膜纵封控
制,卷膜切刀控制
,打印控制
,转位电机控制
,搅拌送料电机启停控
制信号等。综合上述控制要求
,并基于整个控制系统总成本及备用
点考虑
,本设计选用输入
24点、输出
24点的
PLC基本单元。
I/O
点分配如表
1所示。

【作者简介】李学忠（1968－），男，硕士，副教授，主要从事包装工程的教学与科研工作。



3控制系统软件设计

控制系统软件由两方面组成
:即人机交互界面程序和
PLC主
控程序。人机交互界面程序完成操作人员同
PLC之间的对话
,主
要是各个操作画面之间的相互切换和每个操作画面各个按键动作
所对应的
PLC程序的控制位。比如
,在图
2中可进行运行方式选
择,图
3中可进行时间参数修改等等。


全自动包装系统的主程序流程如图
4所示
,系统运行前先判
断横封和纵封温度是否达到设定温度及安全门是

否关闭
,同时还
用来检测控制设备是否出错
,若有错误
,程序不能正常工作
,发出
报警信号
,以便排除。接着进行手动和自动状态判断
,若处于手动

状态
,进行手动操作
,若处于自动状态
,设置好相关参数后进行循
环工作程序。


4结语

本文所设计的系统简单
,易于操作
,加工产品范围广。该系统
经过一年多的现场运行及完善表明
,采用
PLC集中进行控制
,达
到了预期设计效果
,包装规格为
500g/袋或
lO00g/袋,定量速
度为
60袋/
min,计量精度为
±1%。可广泛应用于食品、粮食、医
药、化工等行业
,大大提高了工作效率。

参考文献

[1]雷伏元.自动包装机设计原理.天津：天津科学技术出版社，
1995.
[2]
FX
2n系统微型可编程控制器适用手册.广州：正海科技开发有限公司，
1996.