全自动包装机PLC控制系统设计

摘  要：介绍了全自动包装机工作原理，设计了以FX_2N系列PLC为基础的全自动包装机控制系统，重点介绍了控制系统的硬件配置、输入输出点分配和软件设计。

关键词：包装机；可编程控制器；控制系统      

引言

现代社会对物品的包装要求越来越高，为使包装出的物品整齐、美观并且具有良好的包装质量，要求包装机具有精确的动作、定位精度及较高的生产率和一定的柔性，因此对包装机的控制要求是非常高的。传统的继电器已经不能满足现代生产的要求了，所以研制高效、经济且有一定柔性的新型包装机械是市场的迫切需要。本文着重介绍了一种基于PLC的全自动小袋包装机控制系统，对控制系统中硬件设计和软件设计做了详细的介绍。

1  全自动小袋包装机的工作原理

全自动小袋包装机具有制袋、充填、封口、日期打印、切断袋膜等功能的包装设备。其工作原理是将卷膜按照规定的供膜要求安装好后，卷膜由走袋电机通过同步带轮带动两组同步带将薄膜带动行进。当薄膜通过打印器时，可自动打印上需要的生产日期。薄膜经翻领成型器，通过纵封器的纵封将薄膜制成袋筒，袋筒经横封器进行下横封（此时上、下横封同时进行，袋膜经过刀片从上、下横封中间切断，刀片上的为上袋下横封，刀片下的为下袋上横封）。物料通过料斗的料位检测，电控系统自动控制上料机的启停使料斗内的物料保持一定的高度，形成稳定的料压，以保证计量精度的稳定性。物料充填量杯后，超出杯口的物料由刮板刮平，当物料视比重变化时，可通过旋转计量调整机构手轮改变量杯容积，达到计量精度要求。物料通过下料筒流入袋膜中进行上横封，上、下横封工序完成后，装有物料的袋膜通过自重，自动落入溜板输出机外。

2  PLC控制系统的硬件设计

2.1 PLC选型

在包装机电控部分的设计中，考虑到包装机运作复杂，传感器多，干扰大，而PLC具有可靠性高、控制功能强、编程方便等优点，笔者采用可编程控制器作为其主控制器。该控制系统采用日本三菱公司生产的FX_2N-48MR型可编程控制器，选用AC电源，DC24V电源输入，继电器输出。FX_2N系列PLC是三菱公司近年来推出的高性能小型整体式PLC，能实现高速运算，基本指令每步0.08微秒。程序容量最大16K步，基本指令有27条，步进指令有2条，功能指令有298条。内附高速计数器、内部元件很丰富，是一种功能很强大的小型PLC。由于其结构紧凑小巧、执行速度快、功能强大及性价比较高等特点，符合本系统各方面要求。

2.2 硬件配置

系统硬件配置结构框图如图1所示,包括中央处理单元及I/O扩展单元、检测元件(光电开关和接近开关等)、操作面板(触摸屏,按钮开关和指示灯)、控制元件(交流接触器和电磁阀)以及执行元件(电动机和气缸)等几部分。触摸屏作为设备控制的操作界面,接受来自操作人员的操作指令并指示设备的运行状态，并以菜单形式显示机器启停、功能切换、工况检

测、数据输入与修改、运行状态、故障报警等,使参数组态变得更为方便；检测元件检测料位计量、投料结束信号，以及各部分的动作完成情况；PLC自动循环扫描各个输入输出点的当前状态,并根据梯形图程序所确定的逻辑关系更新输出点的状态,通过通断交流接触器和换向电磁阀来控制电动机的启停和气缸的动作,从而完成从卷膜输送到物料排出全过程的自动控制。

图１ 系统结构框图

2.3 输入输出点分配

自动包装机工艺过程由袋成型、充填、封口、冷却等几部分组成，包装机控制系统输入信号有：启动、停止及急停信号，安全门开关检测，卷膜袋长色标检测，缺袋检测，定量充填部分返回物料充填信号，动盘到位检测，横封到位检测，横封脱开检测，横、纵封结束检测。输出信号有：卷膜牵引启动，卷膜横封控制(热封进)，卷膜横封结束(热封退)，防止过冲刹车控制，水冷却控制，卷膜纵封控制，卷膜切刀控制，打印控制，转位电机控制，搅拌送料电机启停控制信号等。综合上述控制要求，并基于整个控制系统总成本及备用点考虑，本设计选用输入24点、输出24点的PLC基本单元。I/O点分配如表1所示。

    表1  输入输出分配表

3 控制系统软件设计

控制系统软件由两方面组成：即人机交互界面程序和PLC主控程序。人机交互界面程序完成操作人员同PLC之间的对话，主要是各个操作画面之间的相互切换和每个操作画面各个按键动作所对应的PLC程序的控制位。比如，在图2中可进行运行方式选择，图3中可进行时间参数修改等等。

图2运行方式选择页面

图3修改时间参数页面

全自动包装系统的主程序流程如图4所示，系统运行前先判断横封和纵封温度是否达到设定温度及安全门是否关闭，同时还用来检测控制设备是否出错，若有错误，程序不能正常工作，发出报警信号，以便排除。接着进行手动和自动状态判断，若处于手动状态，进行手动操作，若处于自动状态，设置好相关参数后进行循环工作程序。

        图4 系统控制流程图 

4  结语

本文所设计的系统简单，易于操作，加工产品范围广。该系统经过一年多的现场运行及完善表明，采用PLC集中进行控制，达到了预期设计效果，包装规格为500g／袋或lO00g／袋，定量速度为60袋／min，计量精度为±1％。可广泛应用于食品、粮食、医药、化工等行业，大大提高了工作效率。

参考文献：

[1]　雷伏元. 自动包装机设计原理. 天津：天津科学技术出版社，1995

[2]  FX2n系统微型可编程控制器适用手册.广州：正海科技开发有限公司，1996