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1引言
近幾年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，小袋包裝食品已走進(jìn)千家萬(wàn)戶，目前小袋包裝食品已進(jìn)入成長(zhǎng)期，大多數(shù)食品定量主要采用容積計(jì)量，速度快，精度較低，定量商品的合格率遠(yuǎn)不能達(dá)到人們滿意的要求。為此經(jīng)常引起消費(fèi)者和生產(chǎn)廠家的經(jīng)濟(jì)糾紛，嚴(yán)重影響消費(fèi)關(guān)健詞/Keywords者的權(quán)益和生產(chǎn)廠家的信譽(yù)。針對(duì)此情PLC-況，我公司結(jié)合自身多年生產(chǎn)衡器的經(jīng)綠色設(shè)計(jì)與制造檢驗(yàn)，充分了解吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，開(kāi)發(fā)出定量包裝機(jī)，一種模塊化全自動(dòng)定量包裝機(jī)。該系統(tǒng)可控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、食品、糧食、飼料、檢測(cè)等行業(yè)，適用于顆粒狀、塊狀、條狀、片狀等物料。
2綠色設(shè)計(jì)與制造
綠色設(shè)計(jì)與制造是人類可持續(xù)發(fā)展的必由之路，特別是進(jìn)入21世紀(jì)的中國(guó)，環(huán)境保護(hù)問(wèn)題是人類最為關(guān)心的問(wèn)題之一，它將生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會(huì)連結(jié)成一個(gè)協(xié)調(diào)發(fā)展的有機(jī)整體，要求經(jīng)濟(jì)發(fā)展必須考慮自然生態(tài)環(huán)境的長(zhǎng)期承載能力，滿足人類長(zhǎng)遠(yuǎn)生成的需要。
在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，從系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)到成品的生成，包括生產(chǎn)過(guò)程中的周轉(zhuǎn)物、回收物及廢棄物等，都充分地利用綠色設(shè)計(jì)的新思想。例如系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)選擇時(shí)，將綠色設(shè)計(jì)新思想擺在首位，在滿足生產(chǎn)工藝、保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡可能多地采用綠色設(shè)計(jì)；當(dāng)在滿足生產(chǎn)工藝、保證產(chǎn)品質(zhì)量和采用綠色設(shè)計(jì)產(chǎn)生沖突時(shí)，釆取資金傾斜政策，以滿足實(shí)際需要。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，將影響環(huán)境因素及預(yù)防污染的措施納入產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，將環(huán)境性能作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的目標(biāo)和出發(fā)點(diǎn)，使生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染減少到最小，從根本上防治了污染，節(jié)約了能源和資源。設(shè)計(jì)中，釆用組態(tài)軟件進(jìn)行控制，真正體現(xiàn)人性化設(shè)計(jì)，全面實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，大大減少勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率、降低噪聲污染、節(jié)約電能及減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊。在物流過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)將物料進(jìn)行全密封裝置,從而杜絕了粉狀及粉粒狀物料對(duì)周圍環(huán)境的污染，保護(hù)工人的身體健康，物料從原料開(kāi)始到包裝成品的過(guò)程中，采用全密封，全過(guò)程自動(dòng)監(jiān)控。
3系統(tǒng)特點(diǎn)及功能
該系統(tǒng)是一種集自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)量技術(shù)、新傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)管理技術(shù)于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它是根據(jù)預(yù)先設(shè)置的程序自動(dòng)完成物料的供給、計(jì)量、充填、包裝及成品輸送等功能。
(1)自動(dòng)化程度高
系統(tǒng)采用當(dāng)前最為流行的組態(tài)軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，畫(huà)面逼真，組態(tài)靈活，將PLC及二次儀表等設(shè)備進(jìn)行連接，構(gòu)成有機(jī)的整體。
(2)模塊化設(shè)計(jì)
采用模塊化設(shè)計(jì)思想，根據(jù)需要選用雙頭秤、三頭秤或四頭秤自由組合的方式，這樣既可保證定量準(zhǔn)確，又能提高計(jì)量速度。
(3)可操作性好
只需按下操作按鈕或在組態(tài)畫(huà)面上點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕就能完成所需要的工作，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。
(4)可靠性好
由于采用高可靠性能的三菱公司生產(chǎn)的FX2N型PLC及工控機(jī)進(jìn)行控制，同時(shí)采用CAD進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)具有較高的可靠性。
(5)可塑性強(qiáng)
與上位機(jī)進(jìn)行通信，并將數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)進(jìn)行處理，并可通過(guò)PLC的裕量接口與外圍設(shè)備進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，保證現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備都能準(zhǔn)確完成所需的功能。
4主要技術(shù)指標(biāo)
最大秤量：20~2000g；
稱量速度：20~120袋/min;
稱量精度：±0.2%~±1.0%(取決于物料的性質(zhì))；
外形尺寸：1880mmx1800mmx860mm;自重：480kg;
平均功耗：2kWo
5系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成
該系統(tǒng)主要由工控機(jī)(內(nèi)裝工業(yè)控制用組態(tài)軟件)、自動(dòng)定量秤、自動(dòng)包裝機(jī)三大部分組成。工業(yè)控制機(jī)主要用于完成設(shè)備的操作、對(duì)流水線的工藝裝置的監(jiān)視及數(shù)據(jù)管理；自動(dòng)定量秤主要由儲(chǔ)料倉(cāng)、秤架、計(jì)量斗、稱重傳感器、狀態(tài)傳感器、給料機(jī)構(gòu)、氣路單元、控制單元等組成，主要用于完成物料的計(jì)量；自動(dòng)包裝機(jī)主要由自動(dòng)套袋機(jī)構(gòu)、熱合機(jī)構(gòu)、傳送機(jī)構(gòu)、編碼打印機(jī)構(gòu)、控制單元等組成,主要用于物料的包裝、編碼打印及成品輸送等功能。

6PLC控制系統(tǒng)
6.1FX2N型PLC的性能特點(diǎn)
(1)可靠性高。I/。均采用光電耦合，二次電路設(shè)有C-R濾波器，防止混入輸入接點(diǎn)的振動(dòng)噪聲和輸入線的噪聲引起誤動(dòng)作，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，能用于較惡劣的環(huán)境。
(2)抗干擾性好。采用模塊結(jié)構(gòu)和軟件控制，省去硬件開(kāi)發(fā)工作，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。
(3)通用性好，使用方便、靈活。在不改變硬件的情況下，修改PLC內(nèi)部軟件可實(shí)現(xiàn)不同的控制要求，大大減少調(diào)試的工作量，提高工作效率，使系統(tǒng)的柔性大大提高。
(4)增加RS232BD接口板，方便地實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)之間的通信。
6.2PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能
(1)用于控制該系統(tǒng)與周邊系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制。
(2)用于控制系統(tǒng)中電機(jī)的起停，大、小振動(dòng)給料機(jī)的起停，擋板升降，料門開(kāi)閉，計(jì)量斗切換等。
(3)用于檢測(cè)狀態(tài)傳感器的工作狀態(tài)。
(4)用于監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的異常情況，并進(jìn)行報(bào)警。
(5)將系統(tǒng)的工作情況傳送給上位機(jī)，并由上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。
6.3PLC控制系統(tǒng)硬件組成
系統(tǒng)涉及的周圍設(shè)備較多，用戶不同，連接的接口數(shù)量也不一樣，考慮到系統(tǒng)的通用性、可擴(kuò)展性及技術(shù)的成熟性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮性能價(jià)格比，選用了三菱公司生產(chǎn)的FX2N型可編程控制器(帶RS232BD接口)，系統(tǒng)自身需32個(gè)輸入點(diǎn)；36個(gè)輸出點(diǎn)，同時(shí)考慮現(xiàn)場(chǎng)的可擴(kuò)展性，選用三菱公司生產(chǎn)的FX2N—80MR型可編程控制器。其輸入信號(hào)主要包括狀態(tài)傳感器輸入信號(hào)、包裝機(jī)準(zhǔn)包裝信號(hào)、儀表定值信號(hào)、自檢/工作信號(hào)、聯(lián)鎖信號(hào)等；輸出信號(hào)主要包括電機(jī)控制信號(hào)、電磁閥、報(bào)警、提示等信號(hào)。
6.4PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
PLC控制系統(tǒng)是該系統(tǒng)的控制核心，PLC流程圖如圖2所示。

系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)控制、盤控和上位機(jī)三級(jí)控制方式。現(xiàn)場(chǎng)控制優(yōu)先于盤控，盤控優(yōu)先于上位機(jī)控制，即當(dāng)處于現(xiàn)場(chǎng)控制時(shí)，盤控和上位機(jī)不能進(jìn)行控制，但上位機(jī)能夠采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)運(yùn)行前首先判斷是否處于運(yùn)行狀態(tài)，還是處于校準(zhǔn)狀態(tài)。若處于校準(zhǔn)狀態(tài)，可對(duì)儀表進(jìn)行功能參數(shù)設(shè)定和校秤；若處于運(yùn)行狀態(tài)，則進(jìn)行自檢和工作狀態(tài)判斷。自檢狀態(tài)下，可檢測(cè)給料機(jī)構(gòu)及氣路系統(tǒng)是否工作完好;若處于工作狀態(tài)，先運(yùn)行初始化程序，利用M8002運(yùn)行開(kāi)始接通、然后斷開(kāi)的特性，使循環(huán)程序在工作前將計(jì)量斗中的物料卸完。計(jì)量斗去皮后，循環(huán)程序準(zhǔn)備工作；同時(shí)還用來(lái)檢測(cè)儀表是否出錯(cuò)，若有錯(cuò)誤，程序不能正常工作，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以便排除。接著進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)狀態(tài)判斷，若處于手動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)行手動(dòng)操作，若處于自動(dòng)狀態(tài)，循環(huán)程序工作，粗細(xì)給料機(jī)同時(shí)給料，當(dāng)重量達(dá)到提前量時(shí)，停止粗給料，當(dāng)達(dá)到終值時(shí)，停止細(xì)給料，儀表顯示穩(wěn)定后，計(jì)量斗門打開(kāi)放料。程序設(shè)計(jì)中，充分考慮到計(jì)量斗卸料程序，開(kāi)始時(shí)不受計(jì)量斗順序影響，當(dāng)包裝機(jī)發(fā)出準(zhǔn)包裝信號(hào)時(shí)，無(wú)論哪頭秤先到達(dá)終值，都可以卸料，當(dāng)有1頭秤處于卸料狀態(tài)時(shí)，其他幾頭秤禁止卸料，即所謂卸料互鎖。若有2頭秤(或3、4頭秤)同時(shí)到達(dá)終值時(shí)，程序設(shè)計(jì)從1號(hào)稱到4號(hào)秤順序卸料。
6.5儀表及PLC與上位機(jī)的通信連接及程序設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)中，4臺(tái)儀表采用RS485總線型式與上位機(jī)COM1端口進(jìn)行連接；而PLC采用內(nèi)置RS232與上位機(jī)COM2端口連接，通信方式采用半雙工方式，同步起動(dòng)停止，波特率為9600,數(shù)據(jù)位8位,停止位2位，偶校驗(yàn)，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸方式。由于上位機(jī)和PLC控制柜距離較遠(yuǎn)，約100m左右，直接進(jìn)行通信，信號(hào)不能有效傳輸。設(shè)計(jì)時(shí)采用OEA1D1通用型RS232-RS485轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)RS232電平和RS485電平互相轉(zhuǎn)換，保證數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。同時(shí)對(duì)PLC軟件進(jìn)行編程處理，利用特殊數(shù)據(jù)寄存器D8120來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC和上位機(jī)之間的通信，其通信連接程序如圖3所示。

7組態(tài)軟件設(shè)計(jì)
(1)采集的數(shù)據(jù)：①采集4臺(tái)儀表的重量、毛重、凈重、超量及欠量值。②采集PLC的開(kāi)關(guān)量參數(shù)。③采集中控室上位機(jī)有關(guān)參數(shù)。
(2)軟件功能：①釆集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，便于集中管理，并將數(shù)據(jù)傳到上位機(jī)。②采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，監(jiān)視與控制流水線的工作狀況。③點(diǎn)擊組態(tài)畫(huà)面上相應(yīng)的按鈕，完成需要的工作。
8結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及用戶現(xiàn)場(chǎng)的使用情況來(lái)看，系統(tǒng)的可靠性好、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，系統(tǒng)的精度高，不但保證了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，同時(shí)又克服了環(huán)境污染問(wèn)題，為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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