濟南正昊化纖新材料有限公司化工三廠有一套年產(chǎn)15萬噸聚酯熔體的裝置，后面配套裝置為年產(chǎn)7萬噸短絲，剩余熔體經(jīng)切粒機切成聚酯切片后包裝成一噸袋裝外銷。包裝機選用航天部十二所的一噸袋裝自動稱量包裝系統(tǒng)，共有兩套。系統(tǒng)采用可編程控制器進行自動控制，本文將重點討論PLC在包裝系統(tǒng)中的應(yīng)用技術(shù)。
2 系統(tǒng)總體
此包裝系統(tǒng)總體運用機電一體化技術(shù)?？删幊炭刂破?PLC)和稱重指示控制儀F701組成測控系統(tǒng)來完成切片的稱量、計量、包裝的生產(chǎn)工藝過程。該系統(tǒng)以PLC為控制中心，配以稱重指示控制儀、氣動執(zhí)行機構(gòu)、電動執(zhí)行機構(gòu)、自動控制部件和機械裝置，實現(xiàn)切片的動態(tài)在線稱重計量和包裝工作。系統(tǒng)總統(tǒng)框圖如圖1。
2.1 電控系統(tǒng)
包裝機的控制部件由兩部分組成。
(1) 盤裝部分：由主控柜、副控柜和兩個現(xiàn)場操作盒組成。主控柜內(nèi)主要有PLC和稱重指示控制儀F701以及碼盤設(shè)定器、袋計數(shù)器等。副控柜主要為交流接觸器和熱繼電器，分別控制M1風機電機、M2提升機構(gòu)電機、M4傳送機構(gòu)電機，其中提升機構(gòu)由于有升有降，所以用了兩個接觸器?，F(xiàn)場操作盒AR1用于料口升降控制，AR2用于傳送控制。
(2) 現(xiàn)場部分：
3個電機M1、M2、M3；
4個兩位五通電磁閥配合氣缸分別控制投料門1(電磁閥YV1)、投料門2(電磁閥YV2、)排料門(電磁閥YV4)和袋口夾松開(電磁閥YV5)；
6個限位開關(guān)，SQ1為投料門關(guān)位置，SQ3為排料門關(guān)位置，SQ4、SQ5、SQ6、SQ7分別對應(yīng)裝袋提升機構(gòu)的料口上位、下位、上限、下限；
3個稱重傳感器BP1、BP2、BP3；
1個光電開關(guān)SQ11用于檢測料包到傳送鏈板盡頭。
主要的機械裝置有稱量料斗、板式輸送機、裝袋機構(gòu)、控制門、排料門等。由于切片是粒狀的均勻顆粒，同粉狀物料相比流動性好且不粘附，所以靠自重來落料即可，料斗也不用做特殊操作。其中控制門采用的是雙閘門，控制門1和2全開時為快投料，控制門2關(guān)閉1開啟時為慢投料。
圖1 系統(tǒng)總體框圖
2.2 包裝工藝過程
(1) 稱量過程：此系統(tǒng)有自動和手動兩種操作方式，但手動方式也是由PLC實現(xiàn)的。手動方式主要用于調(diào)試、維修和排除故障，所以以自動操作為例介紹。
PLC向F701發(fā)扣除皮重信號后 (此時凈重立即設(shè)置為0) ，打開控制門1和2，由料倉向稱量料斗快投料(快投料速度約23kg/s)，當達到預(yù)置值時關(guān)閉控制門2，將快投料改為慢投料(速度約為2kg/s)，當料量達到落差值時關(guān)閉控制門1，投料結(jié)束。穩(wěn)定后PLC向F701發(fā)數(shù)據(jù)保持信號，F(xiàn)701自動的與設(shè)置的不足、過量、上限值比較，若適量則“稱好”燈亮，若過量或欠量則“超差”燈亮并報警。
(2)提升機構(gòu)動作及放料過程：將空袋夾在放料口上加好，按AR1的“料口升”按鈕待“稱好”燈亮后料口自動升到上位，風機啟動充氣15s，充氣結(jié)束后打開排料門開始放料，當F701發(fā)出接近零信號后5s關(guān)閉排料門，然后自動松開袋口夾，同時袋計數(shù)加1，PLC向F701發(fā)一個皮重復(fù)位命令信號(取消去皮重操作)，裝滿料的袋脫離料口放置在傳送機上。
(3)傳送過程：按AR2的“傳送啟動”按鈕，M4啟動自動傳送一個袋位停止，由人工扎袋口，料口自動降至下位。以后每稱好一袋，按傳送啟動按鈕袋即順序向前傳送一個工位。如此循環(huán)往復(fù)。用叉車及時將傳送機上的袋叉走。
欠量時允許通過按“慢投”按鈕進行補料并自動達到適量;過量時系統(tǒng)除報警外無糾正措施，須按“強制”按鈕打開排料門放料。
3 PLC控制系統(tǒng)
3.1 硬件配置
此包裝系統(tǒng)的核心控制部分即為PLC。PLC選用的是性價比高和擴展性較好的歐姆龍的C200HE，其硬件配置如圖2所示：
圖2 PLC布置圖
(1) CPU選用SYSMAC C200HE-CPU 42-E，程序容量為7.2k字。
(2)數(shù)字量輸入卡件(DI)共有4個。型號均為B型ID212的DC輸入單元，此卡件支持16點直流電壓輸入。共使用了32個輸入量，包括稱重指示控制儀F701的控制輸出信號和按鈕、旋鈕、限位開關(guān)的輸入。
(3)數(shù)字量輸出卡件(DO)共有3個。型號為B型OC222繼電器輸出單元2個，此卡件支持12點繼電器輸出;A型OD411晶體管輸出單元1個，此卡件支持8點輸出。共用了20個輸出量，包括電磁閥、電機的控制信號、信號燈指示和送到F701的控制信號。
(4) 電源和底板。電源選用PA204，底板選用8槽底板。
3.2 PLC的程序
C200HE的程序用易于理解的梯形圖來表示，當使用普通編程器時須把梯形圖轉(zhuǎn)換為助記符來輸入。C200HE的程序結(jié)構(gòu)雖不是模塊化的，但在本系統(tǒng)中通過使用聯(lián)鎖和聯(lián)鎖解除指令—IL(02)和ILC(03)以及跳轉(zhuǎn)和跳轉(zhuǎn)終了指令—JMP(04)和JME(05)使的程序結(jié)構(gòu)類似于模塊化。此系統(tǒng)的程序共使用了4組IL、ILC指令。第一組用于檢測控制門和排料門的限位開關(guān)是否到位，這兩個限位開關(guān)到位與否是程序步進的關(guān)鍵點，若不到位程序?qū)Ｖ梗?影響包裝進度，所以必須及時報警通知操作人員。第二組內(nèi)嵌套了2組JMP、JME指令，分別對應(yīng)從稱量到放料的自動操作過程和手動操作過程。第三組用于自動傳送過程， 第四組用于手動傳送過程。
此包裝系統(tǒng)的重量檢測并未使用模擬量輸入卡件，而是通過使用三個并聯(lián)的稱重傳感器和稱重指示控制儀F701共同檢測出來。F701是專門用于單一物料重量稱量和控制的儀表，重量這一模擬量信號由F701來處理，而PLC與F701全部是數(shù)字量的交接信號。這樣使此系統(tǒng)的PLC處理的全是數(shù)字量信號，在使控制精度大大提高的同時也使的編程相對簡單，無需使用復(fù)雜的命令，而且由于重量在掉電再送電后，及運行中發(fā)生故障停止運行至排除故障恢復(fù)運行后不發(fā)生變化，所以不用考慮數(shù)據(jù)保持功能，即不需使用PLC內(nèi)的特殊存儲器和相應(yīng)的命令。自動操作程序流程圖如圖3所示。
下面結(jié)合投放料程序梯形圖PLC語句來說明一下此包裝系統(tǒng)的自動投料過程及PLC與稱重指示儀F701的交接信號的關(guān)系。用到的DI信號有00000(接近0)、00001(預(yù)置值)、00002(落差值)、00003(量不足)、00004(量過量)，以上信號均是從F701送到PLC，還有00009(自動方式的旋鈕開關(guān))、00301(限位開關(guān)SQ1，投料門關(guān)閉時閉合)、00303(限位開關(guān)SQ3， 排料門關(guān)閉時閉合);DO信號有00700(去皮重信號)、00701(皮重復(fù)位信號)、00701(數(shù)據(jù)保持信號)，以上信號均從PLC送到F701，00600(投料門1開)、00601(投料門2開)、00602(排料門開)、00603(袋口夾松開)。在PLC程序中落差值這一信號有時也當作終值信號使用，因為重量到落差值時關(guān)閉控制門結(jié)束投料，時間上只存在閥門關(guān)閉用時的間隔，落差值的大小就是關(guān)閉控制門后還沒有落到料斗內(nèi)的切片重量。程序梯型圖如圖4所示。
投料條件：第 1、2句是系統(tǒng)第一次開機或每班第一次開始自動包裝時的啟動條件，此時投料門關(guān)閉著將進行投料了。第3句是是第二包開始包裝的啟動條件， 此時上一包已投料完畢，袋口夾已松開投料門也關(guān)閉著。第4句是在上兩個條件任意一個滿足且排料門關(guān)閉著時具備了投料條件。
投料過程：第5句是在投料前PLC向F701發(fā)一個0.12秒的脈沖進行去皮重操作，此時F701將凈重立即設(shè)置為0。第6、7、10、11句，內(nèi)部I/O位09010是重量未到預(yù)置值，這之前00600、00601均動作打開投料門1、2，此時為大投料；預(yù)置值00001到時09010為0，此時00601失電投料門2關(guān)閉改為小投料。03009是重量未到終值(落差值)，這之前00600動作打開投料門1，即預(yù)置值已到而終值未到時投料門1開著，此時為小投料，終值到時03009為0，00600失電關(guān)閉投料門1，結(jié)束投料。
放料過程：第8、9句是稱量斗終值已到4.5s后，PLC向F701發(fā)數(shù)據(jù)保持指令，此時進行重量比較。第12、13句，03006是充氣結(jié)束標志，排料控制09012為重量未超差且充氣結(jié)束后為1，此時00602得電打開排料門放料，放料到接近0后5s09012為0，00602失電關(guān)閉排料門可保證料已排盡。第14句是排料結(jié)束后PLC向F701發(fā)一個0.12s的脈沖進行皮重復(fù)位操作，即取消投料前的去皮重操作。這樣循環(huán)返回后再進行去皮重操作，保證每次稱量的都是凈重量。
圖3 自動操作程序流程圖
圖4 投放料程序梯形圖
4 結(jié)束語
包裝是產(chǎn)品進入流通領(lǐng)域的必要條件，而實現(xiàn)包裝的主要手段是使用包裝機械。稱量包裝的準確與否將直接影響到企業(yè)的信譽和經(jīng)濟效益。C200HE雖是比較早期的產(chǎn)品，但由于包裝機的操作人員就在現(xiàn)場，并不需要連接工控機、操作面板等顯示操作設(shè)備，配以信號燈和報警音響即可，而且處理的信號全部是數(shù)字量的，所以C200HE在此包裝系統(tǒng)中也是性價比很高的配置。此包裝系統(tǒng)最大包裝能力為32袋/H，操作人員只需2至3人，操作簡單方便。控制系統(tǒng)采用PLC控制，可確保系統(tǒng)的可靠性和控制精確度。稱量精度設(shè)計為1000kg±0.8k，該系統(tǒng)自使用以來，經(jīng)過計量部門兩次測試，整個系統(tǒng)的動態(tài)計量精度優(yōu)于0.2‰。自裝置開車產(chǎn)品外銷以來也沒有客戶反映產(chǎn)品有重量問題，很好的維護了公司信譽。
作 者 ：濟南正昊化纖新材料有限公司 李 鋒 杜宏偉 朱學(xué)余
（轉(zhuǎn)載）
