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(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(guò)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(kāi)(電磁閥yv5);
6個(gè)限位開(kāi)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(kāi)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(kāi)時(shí)為快投料,控制門2關(guān)閉1開(kāi)啟時(shí)為慢投料。
圖1系統(tǒng)總體框圖
2.2包裝工藝過(guò)程
(1)稱量過(guò)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(kāi)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),f701自動(dòng)的與設(shè)置的不足、過(guò)量、上限值比較,若適量則“稱好”燈亮,若過(guò)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(guò)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(kāi)排料門開(kāi)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(kāi)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(guò)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(guò)按“慢投”按鈕進(jìn)行補(bǔ)料并自動(dòng)達(dá)到適量;過(guò)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(kāi)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2plc布置圖
(1)cpu選用sysmacc200he-cpu42-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(kāi)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。
3.2plc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(guò)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(kāi)關(guān)是否到位,這兩個(gè)限位開(kāi)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(guò)程和手動(dòng)操作過(guò)程。第三組用于自動(dòng)傳送過(guò)程,第四組用于手動(dòng)傳送過(guò)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(guò)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(shuō)明一下此包裝系統(tǒng)的自動(dòng)投料過(guò)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(guò)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(kāi)關(guān))、00301(限位開(kāi)關(guān)sq1,投料門關(guān)閉時(shí)閉合)、00303(限位開(kāi)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(kāi))、00601(投料門2開(kāi))、00602(排料門開(kāi))、00603(袋口夾松開(kāi))。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(méi)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(kāi)機(jī)或每班第一次開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(guò)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(kāi)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(kāi)投料門1,即預(yù)置值已到而終值未到時(shí)投料門1開(kāi)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(guò)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(kāi)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(guò)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(kāi)車產(chǎn)品外銷以來(lái)也沒(méi)有客戶反映產(chǎn)品有重量問(wèn)題,很好的維護(hù)了公司信譽(yù)。
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