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隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和生產(chǎn)制造企業(yè)自動(dòng)化水平的逐步實(shí)現(xiàn)，企業(yè)對于降低勞動(dòng)強(qiáng)度,提升生產(chǎn)效率越來越重視，化肥、糧食等顆粒物品對稱重包裝質(zhì)量以及包裝效率的要求日益提高，由此也促進(jìn)了企業(yè)對于稱重包裝生產(chǎn)線的現(xiàn)代化改造UF。傳統(tǒng)的人工包裝以及搬運(yùn)由于勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)，已不能滿足企業(yè)現(xiàn)代化自動(dòng)生產(chǎn)的需要。目前國內(nèi)全自動(dòng)化稱重包裝碼垛設(shè)備主要依賴進(jìn)口，國產(chǎn)生產(chǎn)廠家較少,因此全自動(dòng)化稱重包裝碼垛設(shè)備的國產(chǎn)化，對于提升我國企業(yè)自動(dòng)化水平,實(shí)現(xiàn)重要設(shè)備獨(dú)立自主具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
全自動(dòng)稱重包裝碼垛生產(chǎn)線是集機(jī)、電、氣于一體的高技術(shù)機(jī)械設(shè)備，它主要應(yīng)用于食鹽、糧食、化肥以及醫(yī)藥等行業(yè)中的粉、粒等物料的全自動(dòng)包裝，即對包裝過程中的稱重、供袋、取袋、送袋、折邊、封袋、編碼打印、產(chǎn)品檢測、產(chǎn)品傳送、碼垛、托盤和垛盤的輸送等工作過程全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化?？删幊炭刂破?PLC)因其具有抗干擾能力強(qiáng)、可擴(kuò)展性強(qiáng)、可靠性高、可編程能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),因此在環(huán)境相對惡劣的工業(yè)控制領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。基于此本文提出了一種基于PLC的全自動(dòng)包裝稱重生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，采用歐姆龍CJ1M-CPU13PLC以及電源、I/O等模塊相組合的方式實(shí)現(xiàn)對稱重生產(chǎn)線全自動(dòng)控制，上位機(jī)采用維綸MT6071IP觸摸屏對整個(gè)稱重包裝生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測與控制。
1自動(dòng)稱重包裝生產(chǎn)線工藝流程
自動(dòng)稱重包裝碼垛生產(chǎn)線三維結(jié)構(gòu)如圖1所示。自動(dòng)稱重包裝碼垛生產(chǎn)線能夠自動(dòng)的完成稱重、供袋、取袋、裝袋、封口、輸送、重量復(fù)檢以及碼垛等工作任務(wù)。稱重包裝生產(chǎn)線中主要機(jī)械系統(tǒng)包括自動(dòng)稱重秤系統(tǒng)、倒袋系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、重量復(fù)檢系統(tǒng)、剔除系統(tǒng)、碼垛系統(tǒng)、托盤輸送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。

工藝流程可總結(jié)為:物料從自稱重系統(tǒng)的料斗進(jìn)入包裝秤的給料裝置中，通過粗料和細(xì)料供給系統(tǒng)完成粗料和細(xì)料的混合完成物料的混配。當(dāng)自動(dòng)稱重系統(tǒng)中的壓力傳感器檢測到物料重量與目標(biāo)重量相同時(shí)，則傳感器將信號傳送到PLC中，PLC發(fā)出停止加料命令加料系統(tǒng)停止加料，整個(gè)加料稱重循環(huán)完成，此時(shí)稱重機(jī)等待下一次稱重加料信號。當(dāng)自動(dòng)裝袋機(jī)完成上袋后，傳感器檢測到信號后稱重箱中的卸料翻門打開,物料落入包裝袋中,卸料完成后翻門被關(guān)閉,包裝袋經(jīng)過折邊機(jī)進(jìn)行自動(dòng)折邊,之后進(jìn)入縫口機(jī)，當(dāng)縫口機(jī)中的傳感器檢測到有包裝袋經(jīng)過時(shí)，縫紉機(jī)開始進(jìn)行縫合包裝袋動(dòng)作，且自動(dòng)的將縫合線割斷。包裝袋之后經(jīng)過輸送機(jī)被送入到重量復(fù)檢機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品重量檢測，當(dāng)產(chǎn)品被檢測到不合格時(shí)，包裝袋經(jīng)過自動(dòng)篩選機(jī)時(shí)就會(huì)被自動(dòng)剔除，而符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品將以此通過噴墨打印機(jī)等設(shè)備，最后到達(dá)碼垛機(jī)系統(tǒng)中，碼垛機(jī)器人按照規(guī)定的排列方式進(jìn)行自動(dòng)擺放,在完成碼垛任務(wù)后。稱重包裝碼垛生產(chǎn)線整個(gè)流程如圖2所示。

2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
根據(jù)包裝工藝流程,本文釆用了“HMI+PLC"的控制模式，控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。PLC可編程控制器作為觸摸屏與各信號傳感器之間的橋梁，將觸摸屏與各個(gè)信號緊密連接起來。因此觸摸屏、PLC、I/O輸入輸出模塊等組合在一起便構(gòu)成了全自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線控制系統(tǒng)。

2.1觸摸屏
觸摸屏(touchscreen)又稱為“觸控面板”、“觸控屏”，可以取代機(jī)械式按鈕面板，并通過液晶顯示畫面生成生動(dòng)的影音效果。觸摸屏一般接收觸頭等輸入信號，當(dāng)接觸液晶屏幕上的圖像按鈕時(shí)，屏幕上的觸覺反饋系統(tǒng)可依據(jù)設(shè)定好的程式驅(qū)動(dòng)各種連接裝置，其作為一種全新的輸入輸出硬件，已成為目前最簡單、方便的人機(jī)交互設(shè)備。本系統(tǒng)所要求的觸摸屏性能并不是很高，但應(yīng)用場合可能是化肥廠、面粉廠等較惡劣的工作場合，所以要求所選擇的觸摸屏性能可靠，使用壽命長,為此本系統(tǒng)觸摸屏選擇臺(tái)灣威綸型號，通過該觸摸屏可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線參數(shù)的輸入，并實(shí)時(shí)對生產(chǎn)線目前的生產(chǎn)狀態(tài)等信息進(jìn)行顯示。MT6071IP系列觸摸屏具有多個(gè)串口(RS-232/RS-485)可同時(shí)與下位機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊，擁有400MHz的32位RISC處理速度、輸入電源為24VDC,能夠?qū)崿F(xiàn)一分鐘的500VAC超高耐壓。
2.2PLC
根據(jù)稱重包裝碼垛生產(chǎn)線工作流程，選擇模塊式的PLC,主要組成單元有CPU模塊、電源模塊、基本I/O模塊和通信模塊。對機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，只需要在原系統(tǒng)上增加相應(yīng)的功能模塊，就可以完成功能的添加，設(shè)計(jì)成本低、效率高。為盡可能提高包裝生產(chǎn)線生產(chǎn)效率,要求所選擇的CPU處理速度較高，又能支持多種功能模塊的添加，經(jīng)過對歐姆龍PLC各系列CPU模塊的比較,選用的CPU模塊為CJ1M-CPU13。
該P(yáng)LC系統(tǒng)功能模塊較多，考慮到今后功能模塊的擴(kuò)展，選擇輸出容量較大的電源模塊，型號為CJ1W-PA205R。該模塊電源電壓為AC100-240V,DC5V輸出容量5A,DC24V輸岀容量0.8A,總消耗功率為25W。數(shù)字量輸出信號主要有流水線的控制信號、抓手氣缸的控制信號等，選擇的輸出模塊型號為CJ1W-OD211,該模塊為16點(diǎn)晶體管輸出，開關(guān)能力為DC12-24V0.5A,外部連接形式為可卸端子塊。由于PLC采用模塊式，輸入輸出信號增多時(shí),只需添加相應(yīng)的模塊即可。
根據(jù)稱重包裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的要求,控制器需要和觸摸屏進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸通信。CJ1M-CPU13含有一個(gè)USB接口連接PC機(jī),主要用于程序的下載與調(diào)試，另一個(gè)RS-232C口與觸摸屏連接,完成上位機(jī)界面的傳輸。系統(tǒng)需要選擇一個(gè)串行通信模塊與示教器等設(shè)備通信，具體的型號為:CJ1W-SCU21-VI,該模塊含2個(gè)RS-232C口，每個(gè)端口都可以選擇協(xié)議宏、上位鏈接、NT鏈、串行網(wǎng)關(guān)等功能。RS-232C采用全雙工傳輸方式，傳輸速度：4800,9600,19200、38400、57600、115200bps,8位數(shù)據(jù)位格式，奇偶錯(cuò)誤校驗(yàn)方式，傳輸距離15m以內(nèi)。
3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
觸摸屏MT6071IP與CJ1M通過串口RS-232CS實(shí)現(xiàn)通信，觸摸屏首先通過參數(shù)設(shè)置畫面向PLC寄存器中輸入?yún)?shù)，主畫面向PLC發(fā)出命令,并由觸摸屏顯示PLC中開關(guān)量的狀態(tài)以及寄存器中數(shù)字變量的值,PLC在將動(dòng)作指令按照程序邏輯分配到各執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，同時(shí)采集生產(chǎn)線現(xiàn)場數(shù)據(jù)，對信號進(jìn)行處理，并將數(shù)據(jù)上傳到觸摸屏中，由觸摸屏進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯。
該觸摸屏軟件程序中主要包括主控界面、參數(shù)設(shè)置界面以及監(jiān)控三大部分。主控界面中主要包括啟動(dòng)、停止、自動(dòng)模式以及手動(dòng)模式,控制畫面如圖4所示，參數(shù)設(shè)置界面如圖5所示。報(bào)警畫面中主要顯示生產(chǎn)線中的報(bào)警信息,主要包括倉物料報(bào)警、加料不足、加料過重、秤門未關(guān)、放料失敗、總重量超重、手加料不足、手加料過多等等。結(jié)合報(bào)警畫面中的信息，生產(chǎn)線的工作人員可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并排除故障，保證生產(chǎn)線的生產(chǎn)正常進(jìn)行。報(bào)警界面如圖6所示。

全自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線中的邏輯控制程序主要包括以下幾個(gè)模塊:自動(dòng)供袋子程序、自動(dòng)取袋子程序、自動(dòng)裝袋子程序、拆邊縫口子程序、倒袋輸送子程序、重量檢測剔除子程序以及碼垛分層子程序。在此處給出了稱重包裝碼垛生產(chǎn)線控制系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，主要分為電子稱重模塊、自動(dòng)供袋模塊、自動(dòng)取袋模塊、自動(dòng)裝袋模塊、拆邊縫口模塊、倒袋輸送模塊和重量檢測剔除模塊，上述模塊主要通過聯(lián)鎖進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，此處給出電子稱重模塊軟件流程圖，如圖7所示。
4結(jié)語
本文以稱重包裝碼垛生產(chǎn)線為研究對象，以歐姆龍CJ1M-CPU13PLC以及電源、I/O等模塊相組合的方式實(shí)現(xiàn)稱重生產(chǎn)線全自動(dòng)控制，并用威綸觸摸屏MT6071IP實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)對稱重包裝生產(chǎn)線生產(chǎn)全過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。本文所設(shè)計(jì)的PLC和觸摸屏相結(jié)合的全自動(dòng)稱重包裝碼垛生產(chǎn)線控制系統(tǒng)充分發(fā)揮了PLC和觸摸屏的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，該控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，實(shí)時(shí)監(jiān)控能力強(qiáng),程序結(jié)構(gòu)簡單易于擴(kuò)展，有效提高了企業(yè)生產(chǎn)效率，并大大降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

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