自动包装生产线控制系统设计_陈婵娟

6 结束语 热轧精轧机弯辊电液伺服控制系统( WRB) 在带钢
长度上补偿凸度变化, 最大调节范围 200~ 300 Lm。由 于在设计阶段已特别注意到使液压设备和液压元件, 具有尽可能长的寿命, 因此日后的维护和修理费用, 可 最大限度的降低。为了适应更高的轧制速度、生产效 率和改善成品形状, 在热轧精轧机中采用液压弯辊是
生产线上的动态称量机、成型充填封口机及打印 器等采用气动执行元件, 电磁阀控制气缸完成相应动 作, 而包装材料的输送、牵引和包装完成后的选别、输 送等由电动机完成, 所以自动线控制系统主要由气动 控制和电动控制两部分组成。 2 气动控制系统
气动控制原理图如图 1 所示, 主要由 7 个二位五 通电磁换向阀、7 个单作用气缸、1 个减压阀配合压力 表、空气过滤器和空气压缩机组成。生产线为了实现 高精度动态称量, 盛料仓设计了三料口下料装置, 称重 机的盛料仓底部安装有大中小 3 个闸门, 分别由 3 个 电磁阀控制 3 个气缸完成大、中、小 3 个闸门的开闭。 其他气缸分别控制称量料斗仓门的开闭以及打印器的 打印、横封器封口的切断、电热板的撤离等, 气动系统 主要控制元件、执行元件功能与对应关系如表 1 所示。
接着, 由物重选别机上的称重传感器对产品重量 进行二次检测称重, 重量( 净重+ 包装材料) 合格控制 输送带电机正转, 由输送带送出, 不合格控制输送带电 机反转由物重选别机分流剔除。从执行机构动作时序 图 3 可知, 在称量的同时, 完成包装袋的纵封和底部的 横封, 称量完成后, 卸料, 再横封顶部。软件控制流程 如图 4 所示。其中预处理模块是在盛料仓还没有放料 前完成称重传感器、光电开关、电磁阀等辅助部件的初 始通电状态, 取皮重模块是在称量前通过称重传感器 取称料斗皮重。
成形封口机 打印机
动态称量机
成形封口机
自动线控制系统是一个顺序控制系统, 为了实现 高精度动态称量, 需对称量重量进行检测和控制, 所以 硬件系统采用可编程控制器作为主控制器, 配以模拟 量模块和触摸屏, 协调控制各种输入、输出信号, 控制 系统硬件结构如图 2 所示。
图 2 控制系统硬件结构图
通过对自动线顺序动作、性能特点及控制要求分 析, PLC 共有 9 个输入点( 包括包装袋色标检测的光电 开关、加热器按钮、空气压缩机及输送机启动按钮、系 统启动按钮等) , 12 个输出点( 包括电磁阀、电动机、加 热器、压缩机、报警等) , 2 个模拟量输入信号( 称量料 斗和物重选别传感器信号) , 故选择某公司的 CPM1A40CDR-A 型 PLC, 它有 24 个输入点, 16 个输出点, 通过 RS422 外接模拟量 I/ O 扩展单元 CPM1A-MAD02( 4 路 模拟量输入和 1 路模拟量输出, 性能规格: 输入电压 0 ~ + 10 V, 或+ 1~ + 5 V, 电压信号分辨率 1/ 256, 精度 为 1% max) 。输出点为继电器型, 可直接连接接触器 线圈、电磁阀、信号灯、蜂鸣器等负载, 提高了设备的可 靠性。再通过另一个 RS422 与触摸屏 MPTST 相连。 3. 2 软件流程设计
3. 3 人机界面设计 设计人机界面时考虑到为了便于数据的录入、修 改, 采用以编程控制终端为主的欧姆龙触摸屏 MPTST。 人机界面共设计 5 个画面: 主界面、工作界面、参数设 置界面、生产情况及设备运行监控界面。仅对主要参 数设置和 设备状态 监控画 面的 设计进 行说明 ( 见图 5) 。
图 5 人机界面图
摘 要: 针对能实现颗粒、粉末物料自动化动态称量、包装和输送的包装生产线设计控制系统。通过分 析包装线工艺流程和控制要求, 设计了气动控制系统, 并对电气控制系统的硬件组成、软件流程及人机界面 的设计给予了详细阐述。
关键词: 包装自动线; 动态称量; 气动控制; PLC; 人机界面
中图分类号: TP271 文献标识码: B 文章编号: 1000-4858( 2007) 04- 0006- 03
自动包装线主要由称量机、成形充填封口机、物重 选别机、打印器、输送机等组成。根据工艺流程要求, 控制系统必须具备一下功能: ¹ 从包装物品输入到包 装产品输出的所有工序动作的顺序控制; º 对称量重
收稿日期: 2006- 08-29 作者简介 : 陈婵娟( 1961) ) , 女, 陕 西兴平 人, 副 教授, 主要 从 事机电一体化, 控制工程等方面的教学和科研 工作。
引言 在食盐、奶粉、面粉、饲料、水泥等企业的生产中,
颗粒和粉末物料产品包装是一个非常重要的环节。单 机操作的设备和单一包装品种、规格的包装机不满足 现代化生产企业的需要, 不但要求包装作业依次完成 自动包装、输送、检测、贮存等工序, 并在速度、质量、卫 生条件和花色品种等方面达到产品要求。要求生产线 自动化程度高、速 度快、适应 性强。本文 为能实现颗 粒、粉末物料动态称量和包装的自动包装线设计了控 制系统。 1 自动包装生产线工作流程与控制要求
图 1 气动控制原理图 表 1 主要控制元件和执行元件的功能及对应关系
控制元件 执 行元件 ( 电磁阀) ( 气缸)
工作任务
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ所属装置
1
横封器
2
打印器 推杆
3
中闸门
4
大闸门
5
小闸门
6
卸料闸 门
7
电热板 撤离
3 电气控制系统 3. 1 硬件组成
封口并切断包装袋 打印批号、日期等 打开盛料仓中闸门 打开盛料仓大闸门 打开盛料仓小闸门 打开称料斗闸门 分开两片电热板
参数设置画面用于数据的输入和修改, 包括称料 斗称重传感器称量重量, 物重选别机的检测重量以及 残留料柱的补偿重量。对象一览表中明确给出了各个 按钮的类型、地址和属性的信息。当触摸各个数据单 元时, 触摸屏将弹出一个数字键盘, 输入数据即可完成 设定。系统运行前必须完成对各种参数的设置。
设备状态监视画面模仿设备动作时序图, 从该画 面可直观地看到各个设备的工作状态及称量机是否出 现故障。画面中的方框和圆为灯对象, 当其相应的地 址为 1 时, 它就闪烁。 4 结束语
颗粒和粉末物料的包装工艺流程为: ¹ 包装材料 输送: 为避免柔性材料在不同张力作用下的伸缩, 确保
商标图案的完整, 设置一个自动检测补偿装置。 º 包 装材料成型: 在成型机构作用下, 将送到的包装材料制 成规定的形状并封边, 只保留一边开口以待充填物料。 » 物料称量与充填: 通过称量机上安装的物重检测装 置实现对物料的高精度动态称量, 称量好后靠自重或 加料机构装入已成型的包装袋内, 这是整个工艺流程 控制的关键。 ¼ 抽气或充气、封口: 可在填料的过程 中同时进行, 不同产品有的包装好后要抽成真空( 驱除 空气防止氧化变质) , 有的产品则需要充入保护性的无 菌气体( 氮气等) 。 ½ 切断送出: 边制袋边加料的包装 机一般都是在所有的包装操作完成后, 再将其切断送 出。 ¾ 物重选别: 二次称量, 选出合格产品, 不合格者 分流剔除。
包装生产线工艺流程的动作顺序依次为: 自动称 量 y 充填封口 y 打印产品生产信息( 日期、批次、产地、 重量等) y 物重选别 y分流输送, 执行机构动作时序图 见图 3。
图 3 执行机构动作时序图
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为了检测称量重量, 称量机的称料斗上安装有 3 个并联连接的悬臂梁式称重传感器( YZ108T) , 称料斗 的重量信号直接由传感器组转换成与之对应的电压信 号( 并联后传感器的总输出电阻小, 信号传输系统的抗 干扰能力强, 迟滞、重复性指标大大改善, 稳定性好, 并 且总的输出电压与被称物料重量成线性关系, 不受物 料在称料斗中分布不均匀的影响) , 经放大后送入 PLC 进行数据处理, 控制盛料 仓 3 个下料口闸门 的开闭。 称量重量分别设定为重量的 90% , 98% 和 100% 。开 始时盛料仓 3 个 下料口都打开, 快速下料; 重量到达 90% 后大下料口关闭, 中速下料; 到达 98% 时中闸门 关闭, 只留小闸门下料一直到 100% 重量, 最后关闭小 闸门。三下料口下料, 既保证了下料速度, 又能实现高 精度称量控制。称量结束, PLC 控制称斗卸料闸门打 开, 同时控制充填封口机加料、封口、打印。
本包装自动线控制系统由 PLC 统一 协调自动线 各设备之间的动作, 模拟量模块和人机界面对称量重 量进行检测和设置, 实现颗粒、粉末物料的自动化动态 称量和包装, 执行机构采用气动元件使整个自动线结 构紧凑, 完善的故障检测和报警功能提高了生产线可 靠性和较广泛的适应性。
图 4 软件控制流程图
参考文献: [ 1] 贺素良. 包装设备数字控制技术[ M] . 长沙: 国防科技大 学
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自动包装生产线控制系统设计
陈婵娟, 陈 参, 曾东暖
Design of Control System on Automatic Packing Line
CHEN Chan- juan, CHEN Can, ZENG Dong-nuan
( 陕西科 技大学 机电工程学院, 陕西 咸阳 712081)
必须的。
参考文献: [ 1] 成大先. 机械设计手册[ M] . 北京: 化学工业出版社, 1993. [ 2] 王显正, 范崇托. 控制理论基础[M ] . 武汉: 武汉钢 铁学院,
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量的模拟量控制; » 为了监视设备的运行情况、方便 的输入工作参数、简化操作面板, 应具有友好的人机界 面; ¼ 具有完善的故障检测和报警功能。
自动包装生产线是将自动包装机、辅助设备以及 输送装置根据产品包装工艺, 按一定的顺序组合起来, 再配以相应的检测、控制、自动调整补偿 装置等而组 成。包装物品由一端不断送入, 包装材料在相应的工 位加入, 物品按工艺流程顺序经过各工序, 产品从另一 端输出, 使物品在无需人工直接参与操作的情况下自 动完成输送、包装的全过程。
出版社, 2001. [ 2] 关郑球. 轻 工业 包装 机与 生 产线 [ M] . 北京 : 轻工 业出 版
社, 2004. [ 3] 戴一平. 可编程控制器技术及应用[ M] . 北京: 机械工业 出
版社, 2002.