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引言
全自動包裝碼垛生產(chǎn)線是機(jī)電一體化高技術(shù)設(shè)備。通過對上位機(jī)WinCCV7.0監(jiān)控軟件的組態(tài)，達(dá)到對包裝碼垛自動生產(chǎn)線的各個工序的實時過程監(jiān)控，有利于對包裝碼垛自動生產(chǎn)線運(yùn)行過程所出現(xiàn)的故障，及時維修、解決。傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)由于線路復(fù)雜、故障率高，因此很難滿足自動化生產(chǎn)線的需要；相反，以PLC為控制方式的控制系統(tǒng)具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強(qiáng)、功能強(qiáng)大、易于實現(xiàn)機(jī)電一體化等特點，所以被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的各種控制過程中。綜合各方面因素，本系統(tǒng)采用PLC實現(xiàn)對全自動包裝碼垛生產(chǎn)線的控制，極大提高了生產(chǎn)效率，減少勞動成本，提高了生產(chǎn)自動化水平。
1、簡述全自動包裝碼垛生產(chǎn)線系統(tǒng)組成
全自動包裝碼垛生產(chǎn)線主要是對各個工序：稱重、供袋、裝袋、折邊、封袋、倒袋整形、金屬檢測、重量復(fù)檢、批號打印、轉(zhuǎn)位編組、碼垛、托盤和垛盤的輸送等作業(yè)過程進(jìn)行全程監(jiān)控，從而簡化了生產(chǎn)線工序結(jié)構(gòu)，減少了人工操作，提高了生產(chǎn)效率，提高了包裝質(zhì)量。通過PLC程序控制對整個自動生產(chǎn)線工作過程進(jìn)行全程控制，可實現(xiàn)連續(xù)工作，具有故障報警、顯示及自動連鎖停機(jī)功能。全自動包裝碼垛生產(chǎn)線系統(tǒng)主要有以下幾部分構(gòu)成。
（1）包裝機(jī)械單元。電子稱重機(jī)、自動供袋機(jī)、自動裝袋機(jī)、轉(zhuǎn)位輸送機(jī)、編組機(jī)、推袋壓袋機(jī)。（2）碼垛機(jī)械單元。分層碼垛機(jī)、升降機(jī)、托盤倉。（3）控制系統(tǒng)單元。PLC控制、人機(jī)界面、WinCCV7.0監(jiān)控軟件。
2、控制系統(tǒng)硬件組成
根據(jù)全自動包裝碼垛生產(chǎn)線整體設(shè)計指標(biāo)及作業(yè)要求,其控制系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求。
（1）實時協(xié)調(diào)控制各工序的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)線的高速、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。（2）實時監(jiān)控能力高、動態(tài)響應(yīng)性好。（3）人機(jī)界面友好、編程簡便，操作簡單。（4）硬件結(jié)構(gòu)緊湊，具有一定的可擴(kuò)展性，易于維護(hù)。
全自動包裝碼垛生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)主要由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)組成，該控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖1所示，下位機(jī)采用S7-400PLC進(jìn)行控制，上位機(jī)采用WinCCV7.0監(jiān)控軟件進(jìn)行實時監(jiān)控，各組成部分通訊連接采用工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場總線。S7-400PLC采用模塊化設(shè)計，可根據(jù)不同需要選取不同模塊，本控制系統(tǒng)選用了電源模塊、CPU模塊、數(shù)字量模塊、故障診斷模塊、通信模塊等。
（1）電源模塊（PS）。它為CPU模塊、數(shù)字量模塊等提供電源。
（2）故障診斷模塊。CPU在識別到故障或編程錯誤時，將立即調(diào)用對應(yīng)的中斷組織塊（OB），相應(yīng)的中斷程序及時處理故障。（3）通信模塊。為上位機(jī)（WinCCV7.0）對下位機(jī)（PLC、變頻器等智能設(shè)備）之間的信息流通提供通信渠道。
3、控制系統(tǒng)軟件組成
3.1全自動包裝碼垛生產(chǎn)線工藝流程
全自動包裝碼垛生產(chǎn)線主要對粉、粒、塊狀物料實現(xiàn)稱重、供袋、裝袋、折邊、封袋、倒袋整形、金屬檢測、重量復(fù)檢、批號打印、轉(zhuǎn)位編組、碼垛、托盤和垛盤的輸送等自動化生產(chǎn)過程。其生產(chǎn)工藝流程主要有以下
 

（1）自動供袋。當(dāng)按下包裝碼垛生產(chǎn)線準(zhǔn)備就緒按鈕時，系統(tǒng)各部分歸位為初始狀態(tài)，當(dāng)吸袋垂直氣缸電磁閥接通時，氣缸下降并且吸袋真空裝置接通工作，當(dāng)吸袋真空閥達(dá)到設(shè)定值時，吸袋垂直氣缸開始上升，吸盤吸住袋子上升，當(dāng)上限位開關(guān)打開時，觸發(fā)傾斜氣缸電磁閥接通，使垂直氣缸傾斜，把袋送入供袋輥子。完成吸袋操作。
（2）自動取袋。當(dāng)上一工序完成后，自動取袋裝置開始工作，袋子被送到斜托板上，同時橫進(jìn)裝置到達(dá)生產(chǎn)線裝袋位置時，觸發(fā)磕頭裝置傾斜，由限位開關(guān)進(jìn)行限位，同時觸發(fā)真空電磁閥，實現(xiàn)真空吸袋，延時后，吸住袋并磕頭裝置立起，斜托板上升回到原來位置，完成整個取袋動作。
（3）送袋、開袋、裝料。當(dāng)上一工序完成后，送袋、開袋、裝料裝置開始工作，初始狀態(tài)時，開袋、抱板與大夾子處于張開位置，橫進(jìn)裝置向包裝線取袋方向減速移動，檢測到位后，抱板與大夾子閉合。橫進(jìn)裝置向包裝線裝袋位置減速移動，由限位開關(guān)控制到位，觸發(fā)抱板與大夾子把裝滿料的袋子送到輸送帶上，同時夾輥氣缸動作，完成夾送動作。之后卸料門打開,開始裝袋。
（4）折邊、封袋。當(dāng)上一工序完成后，折邊、封袋裝置開始工作，包裝袋通過夾口整形機(jī)和立袋輸送機(jī)進(jìn)入自動折邊機(jī),經(jīng)過折邊后,光電開關(guān)檢測到包裝袋后,觸發(fā)縫紉機(jī)工作,縫合包裝袋。
（5）倒袋、輸送、整形。當(dāng)上一工序完成后，倒袋、輸送、整形裝置開始工作，此時，包裝袋由縫口機(jī)進(jìn)入倒袋輸送機(jī)，檢測裝置檢測到料袋后，觸發(fā)倒袋氣缸伸出，將包裝袋推倒，進(jìn)入整形工序。
（6）金屬檢測、重量復(fù)檢。當(dāng)上一工序完成后，金屬檢測、重量復(fù)檢裝置開始工作，檢測裝置檢測到金屬物體并發(fā)出報警,觸發(fā)自動撿選機(jī)將含金屬的料袋進(jìn)行剔除。重量檢測裝置檢測料袋重量不合格時,也將被自動撿選機(jī)剔除。
（7）轉(zhuǎn)位、編組。當(dāng)上一工序完成后，轉(zhuǎn)位、編組裝置開始工作，編組傳輸光電開關(guān)對袋數(shù)進(jìn)行計數(shù),根據(jù)計數(shù)結(jié)果來確定轉(zhuǎn)位機(jī)的不同動作。料袋至編組傳輸位,編組傳輸電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)。
（8）推袋、分層。當(dāng)上一工序完成后，推袋、分層裝置開始工作，編組機(jī)滿信號則激發(fā)一次推袋動作指令。之后，料袋進(jìn)入分層機(jī)并側(cè)面整形擋板合上,壓袋機(jī)向下壓袋。當(dāng)托盤處于分層碼垛位置時,分層機(jī)打開,升降機(jī)下降。當(dāng)壓袋機(jī)壓到位后,光電開關(guān)觸發(fā)壓袋和側(cè)面的整形氣缸返回,升降機(jī)停止下降。當(dāng)分層機(jī)空并且壓袋機(jī)返回到位時,分層機(jī)開始關(guān)閉。
（9）升降機(jī)控制。當(dāng)上一工序完成后，升降機(jī)控制裝置開始工作，分層機(jī)動作及分層機(jī)滿光電開關(guān)觸發(fā)一次層計數(shù),升降機(jī)根據(jù)層計數(shù)的結(jié)果確定是否需要排垛操作。完成了升降機(jī)控制動作。
（10）托盤、垛盤輸送機(jī)控制。當(dāng)上一工序完成后，托盤、垛盤輸送機(jī)控制裝置開始工作，當(dāng)升降機(jī)進(jìn)行排垛時,托盤及垛盤輸送機(jī)是需要否起動排垛操作,取決于垛盤位是否有空。
（11）托盤倉控制。當(dāng)上一工序完成后，托盤倉控制裝置開始工作，托盤倉空時,觸發(fā)聲光報警。當(dāng)托盤倉上升時,上升到一定位置托盤叉打開,之后，托盤倉繼續(xù)上升,直至到達(dá)頂部，頂部限位開關(guān)閉合，停止運(yùn)動。等到托盤倉下降時,降到托盤倉中位時,托盤叉合上,托盤倉繼續(xù)下降,直至到達(dá)底部，底部限位開關(guān)閉合，停止運(yùn)動。
3.2上位機(jī)的組態(tài)
上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用WinCCV7.0自帶的組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)。WinCCV7.0軟件具有模塊化結(jié)構(gòu)，支持現(xiàn)場總線技術(shù)，具有自己的網(wǎng)絡(luò)體系和通信功能，能方便快捷的與下位機(jī)進(jìn)行實時通信，組態(tài)監(jiān)控技術(shù)為快捷的數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、生產(chǎn)控制提供了基礎(chǔ)平臺。WinCCV7.0監(jiān)控軟件畫面的工作流程主要包括以下：
1）上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主畫面如圖2所示：

2）上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)碼垛機(jī)械單元畫面。當(dāng)點擊監(jiān)控畫面碼垛機(jī)械系統(tǒng)按鈕時，可以查看分層碼垛機(jī)、升降機(jī)、托盤倉等板塊的監(jiān)控信息，并且可以對這些板塊根據(jù)需要進(jìn)行操作。
3）上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)包裝機(jī)械單元畫面。當(dāng)點擊監(jiān)控畫面包裝機(jī)械系統(tǒng)按鈕時，可以查看電子稱重機(jī)、自動供袋機(jī)、自動裝袋機(jī)、轉(zhuǎn)位輸送機(jī)、編組機(jī)、推袋壓袋機(jī)等板塊的監(jiān)控信息，并且可以對這些板塊根據(jù)需要進(jìn)行操作。
4）上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)報警畫面。當(dāng)全自動包裝碼垛生產(chǎn)線出現(xiàn)故障或錯誤報警時，報警指示信號自動彈出，可以點擊主畫面報警記錄按鈕查看，并根據(jù)相應(yīng)提示信息進(jìn)行操作。
5）上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置畫面。當(dāng)全自動包裝碼垛生產(chǎn)線要進(jìn)行某個動作時，要通過參數(shù)設(shè)置畫面進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，點擊主畫面的參數(shù)設(shè)置按鈕，進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置畫面。參數(shù)設(shè)置主要涉及控制參數(shù)、工藝參數(shù)。
4、結(jié)束語
本文以全自動包裝碼垛生產(chǎn)線為研究對象，以S7-400PLC為基礎(chǔ)設(shè)計了全自動包裝碼垛生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)，并用WinCCV7.0軟件作為上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了對生產(chǎn)全過程的實時監(jiān)控。本文所構(gòu)建的全自動包裝碼垛生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)能充分發(fā)揮了PLC、WinCCV7.0的技術(shù)特點，具有高度自動化、實時監(jiān)控能力強(qiáng)、功能完善、運(yùn)行穩(wěn)定等突出特點，具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。
 

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