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0引言
人類科學(xué)技術(shù)水平不斷攀升,機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)日益成熟，定量包裝生產(chǎn)中運(yùn)用自動(dòng)化控制技術(shù)逐漸廣泛，尤其是能源、機(jī)械、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂(lè)等行業(yè)，更是經(jīng)常使用。相對(duì)于傳統(tǒng)的稱重儀表控制，應(yīng)用PLC和稱重儀表控制組成的控制系統(tǒng)將開(kāi)關(guān)量控制操作、復(fù)位操作以及設(shè)定和修改系統(tǒng)參數(shù)功能有機(jī)的結(jié)合，提高機(jī)器速度和精度。下面就簡(jiǎn)單介紹PLC在定量自動(dòng)灌包機(jī)稱重系統(tǒng)中的應(yīng)用和作用。
1定量自動(dòng)灌包機(jī)的工作原理
1.1定量自動(dòng)灌包機(jī)的組成結(jié)構(gòu)與主要功能
定量自動(dòng)灌包機(jī)由供料機(jī)構(gòu)、稱重系統(tǒng)、卸料機(jī)構(gòu)與放料機(jī)構(gòu)等主要部分組成。供料機(jī)構(gòu)由備料倉(cāng)和皮帶供料裝置組成。備料倉(cāng)用于存儲(chǔ)灌裝的物料，而皮帶供料裝置將物料通過(guò)皮帶輸送至備料倉(cāng)。稱重系統(tǒng)則由稱量斗、PLC、稱重傳感器、PQP文本顯示器以及配套的汽缸組成。PLC通過(guò)與稱重傳感器相連，檢測(cè)出稱斗中的物料重量是否滿足實(shí)際需要值，通過(guò)對(duì)配料門(mén)的配料，完成稱斗中的物料達(dá)到目標(biāo)值的要求。卸料機(jī)構(gòu)由卸料門(mén)、及配套汽缸組成。它用來(lái)完成稱斗中的物料卸料,:放料機(jī)構(gòu)由放料倉(cāng)和夾帶門(mén)組成，它用來(lái)完成物料的灌裝。如圖1：

1.2定量自動(dòng)灌包機(jī)的主要工作原理
配料倉(cāng)的配料門(mén)有兩種打開(kāi)方式：完全打開(kāi)、打開(kāi)一半。即對(duì)物料進(jìn)行兩種配料：粗加料、細(xì)加料（完全打開(kāi)倉(cāng)門(mén)時(shí)，進(jìn)入粗加料、細(xì)加料:伏態(tài)。打開(kāi)一半，粗加料停止，進(jìn)行細(xì)加料配料）物料經(jīng)過(guò)配料倉(cāng)進(jìn)入稱量斗，當(dāng)稱量斗到達(dá)給定粗加料重量時(shí)，倉(cāng)門(mén)關(guān)閉一半，進(jìn)入細(xì)給料狀態(tài)。當(dāng)稱量斗的重量到達(dá)給定的接近目標(biāo)重量時(shí)，完全關(guān)閉配料門(mén)，細(xì)加料停止。完成配料。物料經(jīng)過(guò)空中落入稱量斗中，稱量斗的重量穩(wěn)定時(shí)，稱重完畢。當(dāng)夾帶門(mén)打開(kāi)，卸料門(mén)隨即打開(kāi)，物料從稱量斗中落下，經(jīng)過(guò)放料倉(cāng)，再落入包裝袋內(nèi)。經(jīng)過(guò)次,卸料門(mén)關(guān)閉，夾帶門(mén)關(guān)閉，包裝帶中裝好物料，并從夾帶門(mén)中下落，完成灌包。同時(shí)，稱量斗的重量為零，穩(wěn)定后，自動(dòng)開(kāi)啟下一次的配料及灌包。
如圖2,當(dāng)皮帶由供料裝置將物料放置備料倉(cāng)中，物料在重力的作用下，經(jīng)過(guò)進(jìn)料板進(jìn)入配料倉(cāng)。（其中：進(jìn)料板,是控制物料進(jìn)入配料倉(cāng)的流量）

2控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)主要為開(kāi)關(guān)量控制，開(kāi)關(guān)由按鈕和繼電器觸頭組成,,而配料門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)由氣缸驅(qū)動(dòng)完成，氣缸由相應(yīng)的電磁閥控制。i亥包裝機(jī)分手動(dòng)、自動(dòng)兩種操作。手動(dòng)操作可以用按鈕對(duì)機(jī)器的每一步運(yùn)作單獨(dú)進(jìn)行操作控制。自動(dòng)操作則按一下自動(dòng)/手動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)，整個(gè)設(shè)備自動(dòng)地、連續(xù)不斷地周期性循環(huán),,兩種操作隨時(shí)可以進(jìn)行切換。在工作中若按下自動(dòng)/手動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)，設(shè)備就從先前的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一個(gè)工作狀態(tài)。停止按鈕，可以使設(shè)備中斷自動(dòng)狀態(tài)的任何一步。如圖3

按照操作和控制的要求，稱重式自動(dòng)定量包裝機(jī)的控制系統(tǒng)選用西門(mén)子公司的SIMATICS7-200系列PLC,該種PLC的特點(diǎn)如下：結(jié)構(gòu)緊湊、模塊化、可擴(kuò)展性強(qiáng)、指令集豐富。所選CPU的型號(hào)為CPU226AC/DC/REL,它提供24個(gè)數(shù)字量輸入和16個(gè)數(shù)字量輸岀，輸入/輸岀接口電路采用了光耦合電路，以提升對(duì)外部高頻的抗干擾性。其擁有2個(gè)RS485通訊/編程口，擁有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。處于處理稱斗傳感器的模擬量輸入信號(hào)的需要，它擴(kuò)展了一個(gè)EM235模擬量處理模塊，該模塊擁有4路模擬量輸入。POP文本顯示器對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)程監(jiān)控顯示以及參數(shù)設(shè)定等功能，它通過(guò)PPI協(xié)議和SIMATICS7-200系列PLC的編程口或擴(kuò)展通訊口直接通訊。
3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，見(jiàn)圖4.

3.1稱重信號(hào)的處理
有鑒于稱重的信號(hào)易受外界因素干擾，因此需要預(yù)先進(jìn)行濾波處理，處理過(guò)程中時(shí)刻關(guān)注稱重信號(hào)的穩(wěn)定性、可靠性、準(zhǔn)確程度等。一般意義上的數(shù)字濾波，指得是利用科學(xué)的計(jì)算或判斷程序，弱化信號(hào)中干擾元素的比重，它是一種程序?yàn)V波，即軟件濾波。濾波的方式包括有限幅濾波、限速濾波、中值濾波、滑動(dòng)平均濾波等。
本系統(tǒng)采用滑動(dòng)平均濾波方法，系統(tǒng)采集的信號(hào)是與重量成正比的電壓信號(hào)。此種信號(hào)的存在一個(gè)平均值，在某一數(shù)值范圍作上下波動(dòng)，以此來(lái)看，只憑借一個(gè)采樣值來(lái)判斷明顯是不科學(xué)不精細(xì)的。之所有使用滑動(dòng)濾波方法，是因?yàn)樗行Ц_。滑動(dòng)濾波采用最新采集的一個(gè)數(shù)據(jù)替換n個(gè)暫存數(shù)據(jù)中的最早的一個(gè)數(shù)據(jù)，使得n個(gè)暫存數(shù)據(jù)始終是最近的數(shù)據(jù),:求平均后所得數(shù)據(jù)，能夠體現(xiàn)數(shù)據(jù)變化的過(guò)程，還能避免隨即誤差產(chǎn)生的弊端。
3.2PLC的程序設(shè)計(jì)
根據(jù)稱重式自動(dòng)定量包裝機(jī)的操作和控制規(guī)則，理清每個(gè)動(dòng)作之間的先后排序和作用關(guān)系，繪出程序流程圖，然后通過(guò)PLC輸入輸出的邏輯關(guān)系編寫(xiě)梯形圖。本系統(tǒng)輸入端口定義為自動(dòng)手動(dòng)按鈕、卡袋復(fù)位按鈕、單步執(zhí)行按鈕、總復(fù)位按鈕、停止按鈕、套袋開(kāi)關(guān)等，輸出端口定義為稱量斗穩(wěn)定指示、粗加料氣缸動(dòng)作、細(xì)加料氣缸動(dòng)作、卸料氣缸動(dòng)作、套袋氣缸動(dòng)作、系統(tǒng)報(bào)警等。輸出采用西門(mén)子公司STEP7-Micro/WIN32軟件進(jìn)行編寫(xiě)。在啟動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作后，程序開(kāi)始進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行,,首先PLC對(duì)硬件和軟件進(jìn)行檢測(cè)和初始化化。將稱斗中的重量值置零，軟件起始點(diǎn)回位，接著給料門(mén)打開(kāi)，同時(shí)進(jìn)行粗加料、細(xì)加料，稱斗中的重量值不斷增加，同時(shí)稱重傳感器把動(dòng)態(tài)數(shù)值傳到EM235模擬量處理模塊中，經(jīng)過(guò)輸入點(diǎn)進(jìn)入PLC.通過(guò)設(shè)定的數(shù)值與傳送的數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)粗加料達(dá)到設(shè)定值后，PLC輸出指令，停止粗加料。當(dāng)物料的落差值達(dá)到給定值，PLC輸岀停止細(xì)加料指令。當(dāng)稱量斗中的重量達(dá)到設(shè)定目標(biāo)值時(shí)，PLC輸岀指令，經(jīng)過(guò)汽缸電磁閥驅(qū)動(dòng)汽缸關(guān)閉給料門(mén),,接著當(dāng)稱斗中的重量穩(wěn)定，且現(xiàn)場(chǎng)有夾帶請(qǐng)求信號(hào)輸出，夾帶門(mén)打開(kāi)時(shí)，PLC才會(huì)輸岀卸料門(mén)信號(hào)。之前的粗加料、細(xì)加料操作都可以通過(guò)按鈕進(jìn)行停止。包裝帶放在夾帶門(mén)后，卸料門(mén)開(kāi)始打開(kāi)，并保持2秒，之后卸料門(mén)自動(dòng)關(guān)閉。同樣地，按鈕可以控制卸料的自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)換，當(dāng)稱量斗的重量趨于穩(wěn)定，并接近零值時(shí)，PLC完成了一次灌包程序。物料從卸料門(mén)進(jìn)入包裝帶中，也是保持2秒，夾帶門(mén)才關(guān)上（這些參數(shù)都是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和實(shí)際要求進(jìn)行設(shè)定的）。整個(gè)配料、卸料過(guò)程，稱量斗的重量（動(dòng)態(tài)的、靜態(tài)的）都能從PQP文本顯示器上的數(shù)值讀出。最后，當(dāng)稱量斗的重量值在PLC設(shè)定的置零允許范圍，POP文本顯示器自動(dòng)顯示為零?！径鴮?shí)際上，稱量斗有未卸完的物料，物料的重量在物料目標(biāo)值（按50KG算）的0.1%范圍內(nèi)，程序都認(rèn)定為零】［說(shuō)明：置零的目的是為了使稱量斗的初始重量為零，便于文本顯示讀數(shù)的準(zhǔn)確。只有稱量斗的初始重量超出了5%的目標(biāo)值才會(huì)影響PLC的自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)］PQP文本顯示器上的數(shù)值穩(wěn)定后，程序自動(dòng)回到初始狀態(tài)，并開(kāi)始進(jìn)行下次的灌包程序。圖5表示整個(gè)流程：

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