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隨著生產(chǎn)和生活的不斷發(fā)展，人們對包裝技術(shù)提出了更高的要求。各類物料的計量精度直接關(guān)系到包裝企業(yè)的產(chǎn)品銷售，進而對企業(yè)的生存、發(fā)展和經(jīng)濟效益產(chǎn)生影響。大多數(shù)機械生產(chǎn)企業(yè)都重視采用高度自動化的生產(chǎn)線，相比之下，化肥產(chǎn)品的生產(chǎn)包裝本身就不夠重視自動化生產(chǎn)線，其應(yīng)用很少，相關(guān)研究也不多，在化肥行業(yè)中各物料的計量精度，更沒有引起企業(yè)的高度重視。提高化肥各物料的計量包裝精度一直是困擾企業(yè)的難題［１］。筆者根據(jù)化肥的特點研制開發(fā)了化肥的自動計量混合包裝機控制系統(tǒng)，著重介紹了一種基于PLC和觸摸屏的全自動包裝機控制系統(tǒng)，并對控制系統(tǒng)的流程和實現(xiàn)作詳細介紹。
１計量包裝機的構(gòu)成
１．１全自動計量包裝機的設(shè)計與實現(xiàn)
全自動計量包裝機主要用于各粉狀、顆粒狀肥料的定量計量包裝，混料攪拌桶內(nèi)設(shè)有渦輪攪拌器，驅(qū)動渦輪由輸入軸穿過密封固定座聯(lián)接傳動機構(gòu)。以電動機為動力，實現(xiàn)了混料機對物料的自動攪拌、自動下料控制，運輸機的自動運輸，包裝機的自動打包，以達到混料機內(nèi)部任何位置物料混合均勻的目的，可在無人操作的條件下達到自動包裝的目的。下料泵、攪拌器、混料攪拌桶主體（含驅(qū)動葉輪）、工藝管、附件及計量檢測裝置的定位等設(shè)計見圖１

１．２自動運輸機的結(jié)構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn)
全自動計量包裝機中各物料的定量計量是本機的關(guān)鍵技術(shù)，包括稱重采用波紋管稱重壓力傳感器檢測裝置、A/D轉(zhuǎn)換器采用FX２N－４AD模擬量輸入模塊、氣動電磁閥、PLC采用三菱FX２N－３２MR等裝置。皮帶運輸處理裝置包括上級皮帶運輸機、熱鎖口機和下級皮帶運輸機［３］。在混料機中經(jīng)混合攪拌后的均勻
物料放到包裝袋后，經(jīng)過上級皮帶運輸機運送到鎖口機鎖口，鎖口后送到下級皮帶運輸處理機，將包裝好的包裝袋輸送上汽車裝運。為了滿足工藝要求，不使皮帶運輸機超載和貨物堆積，在啟動時反啟，停止時順停。皮帶運輸機結(jié)構(gòu)見圖２。

２自動計量處理裝置的設(shè)計與實現(xiàn)
計量處理會影響整個包裝機的性能質(zhì)量。在稱重計量環(huán)節(jié)，各計量桶內(nèi)壁會粘附混合后的粉料，對實際稱重有一定的影響，各計量桶采用不銹鋼內(nèi)壁的結(jié)構(gòu)來減少影響。為校正誤差，在每次進料之前，空斗質(zhì)量G０由可編程控制器控制自動稱量，并把G０作為下料稱量質(zhì)量（G１）的參考點，物料的總重量G２通過系統(tǒng)運算得G２＝G１－G０。外界因素引起的零點漂移現(xiàn)象對實際進料值受到的影響降低到最小值［４］。在包裝進料環(huán)節(jié)，為使進料速度和計量包裝的準確性得到保證，系統(tǒng)采用快速進料和微調(diào)進料相結(jié)合的方式。將快速進料閾值設(shè)置為目標值的９０％，快進料速度較快［５］，到達目標值后電磁閥關(guān)閉一部分。加料精確度可以通過微調(diào)進料來提高，微調(diào)進料的閾值等于目標值與過沖量之差。系統(tǒng)加料達到設(shè)定值時，微調(diào)進料閥會自動關(guān)閉，在加料裝袋過程中，物料的下料的沖擊對系統(tǒng)造成振動，會造成包裝質(zhì)量瞬時增加，會造成過沖現(xiàn)象。實際加料量等于微調(diào)進料加上過沖量，為了使過沖量能使系統(tǒng)自動校正，系統(tǒng)采用閉環(huán)前饋控制技術(shù)?；驹硎歉鶕?jù)上次裝袋的誤差來調(diào)整本次稱量計量過程中產(chǎn)生的過沖量，稱量值與目標值的偏差通過微進料閥門開關(guān)時間來調(diào)整，可以提高定量包裝的精確度［６］。
３系統(tǒng)軟件的設(shè)計
３．１觸摸屏畫面設(shè)計
觸摸屏是專為PLC（可編程邏輯控制器）而設(shè)計的互動式工作站，具有與各種品牌PLC連線的監(jiān)控能力，適用于惡劣的工作環(huán)境，能夠替代普通工控機。觸摸屏可以隨時跟蹤設(shè)備和系統(tǒng)的運行狀態(tài)，通過人機界面向PLC發(fā)出指令和傳送數(shù)據(jù)，再通過可編程控制器完成對系統(tǒng)或設(shè)備的開關(guān)量和數(shù)據(jù)量進行控制。人機界面可以制作成多幅多種監(jiān)控畫面，替代傳統(tǒng)的電氣操作面板及顯示記錄儀等，而且具有功能更加強大的特點。人機界面觸摸屏選用２５６色的三菱F９４０WGOT－TWD作為顯示、操作設(shè)定單元。計算機均采用RS－２３２通訊口，PLC的通訊口是RS－４２２，F(xiàn)９４０WGOT－TWD通訊口有兩個，分別為RS２３２C與RS－４２２/４８５。FX系列設(shè)備通訊連接線圖如圖３所示。

３．２程序流程
初始化是對所有輸入信號進行檢測，能否滿足啟動的條件包括檢測輸入信號是否有報警、負載過載等條件。在滿足啟動條件沒有報警時，執(zhí)行后面程序，在人機界面選擇手動還是自動，選擇手動跳過自動程序，執(zhí)行手動程序，選擇自動程序執(zhí)行自動程序，跳過手動程序，優(yōu)點是執(zhí)行程序的時間縮短。在自動程序中首先對各混合原料分別進行稱重計量，所有原料達到要求的重量后，開啟各自的氣動電磁閥，將各原料放到混合桶中進行充分混合攪拌，攪拌均勻后開啟混合物氣動電磁閥，將混合物下料到包裝袋里，同時開啟傳送帶電機，將包裝袋經(jīng)傳送帶傳送到鎖口機進行鎖口。由于稱重計量到達要求和開啟氣動電磁閥有一定的時間延時，控制電磁閥要采用前饋控制。手動程序包括：各原料的手動計量、各原料的電磁閥手動開啟、手動混合攪拌、手動混合物后的電磁閥、手動傳送帶和手動鎖口等操作。手動主要是為了調(diào)試設(shè)備和出現(xiàn)故障時對故障設(shè)備進行維修。系統(tǒng)控制流程如圖４所示。

３．３邏輯控制
由PLC控制的全自動計量混合包裝機，采用了實現(xiàn)包裝機的自動計量、混合、傳送及鎖口等功能。PLC選用三菱FX２N－３２MR，由于邏輯、順序較為固定，程序采用步進梯形圖控制，由于數(shù)量較大，數(shù)據(jù)存儲器要采用３２位存儲器，否則數(shù)據(jù)會溢出。由步進順控指令完成手動/自動完成狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，由功能指令完成稱量計量的實時數(shù)據(jù)采集和顯示、工作狀態(tài)及報警等信息。
４在線調(diào)試及仿真
在PC機上完成程序編制后，經(jīng)過電纜下載到三菱FX２N－３２MRPLC中，并經(jīng)過軟硬件測試才能最終實現(xiàn)自動控制任務(wù)。GXSimulator是在Windows上運行的軟元件包，安裝GXDeveloper的計算機內(nèi)安裝GXSimulator就能實現(xiàn)不在現(xiàn)時的調(diào)試。打開菜單欄的“工具”菜單，點擊“梯形圖邏輯測試啟動（L）”子菜單，啟動梯形圖邏輯測試。根據(jù)自己配置的輸入輸出進行測試見圖５。
打開“GTSORTWARECHINESE”安裝文件夾，將”EnvMEL”文件進行軟件的使用環(huán)境的安裝。創(chuàng)建觸摸屏工程，針對全自動包裝機一個子系統(tǒng)的觸摸屏系統(tǒng)見圖６。在上位機建立了趨勢曲線，讓操作人員更直觀地了解系統(tǒng)及設(shè)備的運行的穩(wěn)定程度，見圖７。

４結(jié)論
實際使用證明，使用了基于PLC的全自動控制系統(tǒng)后，與以前采用人工稱量計量相比較，精度得到了大大的提高，得到質(zhì)量計量主管部門和用戶的肯定和認同。該控制系統(tǒng)已連續(xù)運行一年多，運行穩(wěn)定、安全可靠、自動化程度高、操作方便，減輕了工人的勞動強度，充分發(fā)揮了可編程控制器運算速度快、功能強、程序設(shè)計固定簡便、修改程序方便、維護便捷、接線少、故障率低、維修保養(yǎng)容易、使用靈活、抗干擾能力強等優(yōu)勢，加之觸摸屏友好的人機界面功能，獲得了用戶滿意的使用效果，值得推廣應(yīng)用。
 

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