1 引言
濟(jì)南正昊化纖新材料有限公司化工三廠有一套年產(chǎn)15萬(wàn)噸聚酯熔體的裝置，后面配套裝置為年產(chǎn)7萬(wàn)噸短絲，剩余熔體經(jīng)切粒機(jī)切成聚酯切片后包裝成一噸袋裝外銷。包裝機(jī)選用航天部十二所的一噸袋裝自動(dòng)稱量包裝系統(tǒng)，共有兩套。系統(tǒng)采用可編程控制器進(jìn)行自動(dòng)控制，本文將重點(diǎn)討論P(yáng)LC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(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)。可編程控制器(PLC)和稱重指示控制儀F701組成測(cè)控系統(tǒng)來(lái)完成切片的稱量、計(jì)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(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、自動(dòng)控制部件和機(jī)械裝置，實(shí)現(xiàn)切片的動(dòng)態(tài)在線稱重計(jì)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(jī)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(gè)現(xiàn)場(chǎng)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(jì)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(fēng)機(jī)電機(jī)、M2提升機(jī)構(gòu)電機(jī)、M4傳送機(jī)構(gòu)電機(jī)，其中提升機(jī)構(gòu)由于有升有降，所以用了兩個(gè)接觸器。現(xiàn)場(chǎng)操作盒AR1用于料口升降控制，AR2用于傳送控制。
(2) 現(xiàn)場(chǎng)部分：
3個(gè)電機(jī)M1、M2、M3；
4個(gè)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(gè)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(duì)應(yīng)裝袋提升機(jī)構(gòu)的料口上位、下位、上限、下限；
3個(gè)稱重傳感器BP1、BP2、BP3；
1個(gè)光電開關(guān)SQ11用于檢測(cè)料包到傳送鏈板盡頭。
主要的機(jī)械裝置有稱量料斗、板式輸送機(jī)、裝袋機(jī)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(dòng)性好且不粘附，所以靠自重來(lái)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(shí)為快投料，控制門2關(guān)閉1開啟時(shí)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(dòng)和手動(dòng)兩種操作方式，但手動(dòng)方式也是由PLC實(shí)現(xiàn)的。手動(dòng)方式主要用于調(diào)試、維修和排除故障，所以以自動(dòng)操作為例介紹。
PLC向F701發(fā)扣除皮重信號(hào)后 (此時(shí)凈重立即設(shè)置為0) ，打開控制門1和2，由料倉(cāng)向稱量料斗快投料(快投料速度約23kg/s)，當(dāng)達(dá)到預(yù)置值時(shí)關(guān)閉控制門2，將快投料改為慢投料(速度約為2kg/s)，當(dāng)料量達(dá)到落差值時(shí)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(hào)，F(xiàn)701自動(dòng)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(bào)警。
(2)提升機(jī)構(gòu)動(dòng)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(dòng)升到上位，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)充氣15s，充氣結(jié)束后打開排料門開始放料，當(dāng)F701發(fā)出接近零信號(hào)后5s關(guān)閉排料門，然后自動(dòng)松開袋口夾，同時(shí)袋計(jì)數(shù)加1，PLC向F701發(fā)一個(gè)皮重復(fù)位命令信號(hào)(取消去皮重操作)，裝滿料的袋脫離料口放置在傳送機(jī)上。
(3)傳送過程：按AR2的“傳送啟動(dòng)”按鈕，M4啟動(dòng)自動(dòng)傳送一個(gè)袋位停止，由人工扎袋口，料口自動(dòng)降至下位。以后每稱好一袋，按傳送啟動(dòng)按鈕袋即順序向前傳送一個(gè)工位。如此循環(huán)往復(fù)。用叉車及時(shí)將傳送機(jī)上的袋叉走。
欠量時(shí)允許通過按“慢投”按鈕進(jìn)行補(bǔ)料并自動(dòng)達(dá)到適量;過量時(shí)系統(tǒng)除報(bào)警外無(wú)糾正措施，須按“強(qiáng)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(jià)比高和擴(kuò)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(gè)。型號(hào)均為B型ID212的DC輸入單元，此卡件支持16點(diǎn)直流電壓輸入。共使用了32個(gè)輸入量，包括稱重指示控制儀F701的控制輸出信號(hào)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(gè)。型號(hào)為B型OC222繼電器輸出單元2個(gè)，此卡件支持12點(diǎn)繼電器輸出;A型OD411晶體管輸出單元1個(gè)，此卡件支持8點(diǎn)輸出。共用了20個(gè)輸出量，包括電磁閥、電機(jī)的控制信號(hào)、信號(hào)燈指示和送到F701的控制信號(hào)。
(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(lái)表示，當(dāng)使用普通編程器時(shí)須把梯形圖轉(zhuǎn)換為助記符來(lái)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(cè)控制門和排料門的限位開關(guān)是否到位，這兩個(gè)限位開關(guān)到位與否是程序步進(jìn)的關(guān)鍵點(diǎn)，若不到位程序?qū)?huì)停止， 影響包裝進(jìn)度，所以必須及時(shí)報(bào)警通知操作人員。第二組內(nèi)嵌套了2組JMP、JME指令，分別對(duì)應(yīng)從稱量到放料的自動(dòng)操作過程和手動(dòng)操作過程。第三組用于自動(dòng)傳送過程， 第四組用于手動(dòng)傳送過程。
此包裝系統(tǒng)的重量檢測(cè)并未使用模擬量輸入卡件，而是通過使用三個(gè)并聯(lián)的稱重傳感器和稱重指示控制儀F701共同檢測(cè)出來(lái)。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(hào)由F701來(lái)處理，而PLC與F701全部是數(shù)字量的交接信號(hào)。這樣使此系統(tǒng)的PLC處理的全是數(shù)字量信號(hào)，在使控制精度大大提高的同時(shí)也使的編程相對(duì)簡(jiǎn)單，無(wú)需使用復(fù)雜的命令，而且由于重量在掉電再送電后，及運(yùn)行中發(fā)生故障停止運(yùn)行至排除故障恢復(fù)運(yùn)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(chǔ)器和相應(yīng)的命令。自動(dòng)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(yǔ)句來(lái)說明一下此包裝系統(tǒng)的自動(dòng)投料過程及PLC與稱重指示儀F701的交接信號(hào)的關(guān)系。用到的DI信號(hào)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(hào)均是從F701送到PLC，還有00009(自動(dòng)方式的旋鈕開關(guān))、00301(限位開關(guān)SQ1，投料門關(guān)閉時(shí)閉合)、00303(限位開關(guān)SQ3， 排料門關(guān)閉時(shí)閉合);DO信號(hào)有00700(去皮重信號(hào))、00701(皮重復(fù)位信號(hào))、00701(數(shù)據(jù)保持信號(hào))，以上信號(hào)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(hào)有時(shí)也當(dāng)作終值信號(hào)使用，因?yàn)橹亓康铰洳钪禃r(shí)關(guān)閉控制門結(jié)束投料，時(shí)間上只存在閥門關(guān)閉用時(shí)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(jī)或每班第一次開始自動(dòng)包裝時(shí)的啟動(dòng)條件，此時(shí)投料門關(guān)閉著將進(jìn)行投料了。第3句是是第二包開始包裝的啟動(dòng)條件， 此時(shí)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(gè)條件任意一個(gè)滿足且排料門關(guān)閉著時(shí)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(gè)0.12秒的脈沖進(jìn)行去皮重操作，此時(shí)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(dòng)作打開投料門1、2，此時(shí)為大投料；預(yù)置值00001到時(shí)09010為0，此時(shí)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(dòng)作打開投料門1，即預(yù)置值已到而終值未到時(shí)投料門1開著，此時(shí)為小投料，終值到時(shí)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(shí)進(jìn)行重量比較。第12、13句，03006是充氣結(jié)束標(biāo)志，排料控制09012為重量未超差且充氣結(jié)束后為1，此時(shí)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(gè)0.12s的脈沖進(jìn)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(jìn)行去皮重操作，保證每次稱量的都是凈重量。

圖3 自動(dòng)操作程序流程圖

圖4 投放料程序梯形圖
4 結(jié)束語(yǔ)
包裝是產(chǎn)品進(jìn)入流通領(lǐng)域的必要條件，而實(shí)現(xiàn)包裝的主要手段是使用包裝機(jī)械。稱量包裝的準(zhǔn)確與否將直接影響到企業(yè)的信譽(yù)和經(jīng)濟(jì)效益。C200HE雖是比較早期的產(chǎn)品，但由于包裝機(jī)的操作人員就在現(xiàn)場(chǎng)，并不需要連接工控機(jī)、操作面板等顯示操作設(shè)備，配以信號(hào)燈和報(bào)警音響即可，而且處理的信號(hào)全部是數(shù)字量的，所以C200HE在此包裝系統(tǒng)中也是性價(jià)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(jiǎn)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(jì)為1000kg±0.8k，該系統(tǒng)自使用以來(lái)，經(jīng)過計(jì)量部門兩次測(cè)試，整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)計(jì)量精度優(yōu)于0.2‰。自裝置開車產(chǎn)品外銷以來(lái)也沒有客戶反映產(chǎn)品有重量問題，很好的維護(hù)了公司信譽(yù)。
作 者 ：濟(jì)南正昊化纖新材料有限公司 李 鋒 杜宏偉 朱學(xué)余

本文摘自《PLC&FA》