自动包装机模块化控制系统的研究调节阀

自动包装机模块化控制系统的研究

[摘 要]：本文提出了一种自动包装机模块化控制的通用化思路，分析包装机工作及结构特点，建立控制功能模块库A构造出控制系统模型，并采用PLC对整个系统进行控制。

关键词：自动包装机；模块化控制；功能模块；PLC

引 言

现代自动包装机的设计采用先进技术，在对产品功能分析的基础上，通过创新构思、系统建模、动力分析、动态优化，从而得到最佳设计方案。模块化设计是一种先进的设计方法，它的核心思想是将系统根据功能分为若干模块，将包装机中同一功能的单元设计成具有不同性能、可以互换的模块，通过模块的不同组合，使包装机多功能化、系列化。机器采用模块化设计，对各模块执行件的动作协调配合要求较高，因此采用模块化控制方法也是势在必行。运用PLC作为整机的神经中枢，对各模块进行协调控制，很好的解决了这一问题；控制系统设有数据设定显示单元，人机交互型好。

1 控制系统分析

控制系统是包装机械的重要组成部分，它的作用在于对整个自动工循环进行控制和协调，包括使各种包装运动按一定顺序进行；必要的压力、温度、时间、速度的调节及其控制：各种质量检测，自动安全保护，自动计量、计数的实现；物料的供停，故障的自动报警等控制。

通常所说的模块化控制是指对包装机的各功能模块进行控制。对于不同的包装机其具体要完成的包装任务是不同的，因此功能模块的配置也就不同，控制系统也不尽相同。针对每一种包装机就要重新对它进行模块化分析，设计出相应的控制方案。随着科学发展和自动化程度的提高，要求一种适应性强、功能完备、通用化的控制系统来适应包装机械的改变，并且使成本降至最低、控制准确。这正是本文阐述的模块化控制系统与一般模块化控制不同之处。

1．2建立功能模块库

在建立功能模块库之前首先构造各个控制模块单元。为使该控制系统的应用更为广泛，灵活性更强，控制模块的划分一定要注意以下三个方面：

（1）模块的通用化和标准化；

（2）模块的划分务必保持模块在功能上有一定的独立性和完整性；

（3）模块的划分不影响整个系统的控制。

控制模块根据包装机的结构特点可分为两大类：基本模块和特殊模块。基本模块用来控制包装机基本的、经常的、重复的、不可缺少的功能；特殊模块则是为实现某些包装机的特殊功能设计的。这些模块均采用PLC编程实现对各类包装机不同执行动作的控制。另外，控制模块还包括开关量检测、温度控制、故障监测等不可缺少的小单元。

将所有控制模块集中保存到一个库中从而建立起所谓的控制功能模块库。各模块之间按照一定的顺序并与各检测模块共同构成一个通用的控制系统。

2 自动包装机模块化控制系统模型与应用

在对各类包装机作全面了解的基础上，对包装机进行模块化分析，将其分解成能独立完成某一动作的各单元模块，针对这些模块设计出相应通用化、标准化的控制功能模块并保存在功能库中。进一步对所有动作进行合理有序的组合，构成一个能够完成很多包装要求的包装机模型。每个动作对应一个控制，所有动作构成的包装机模型也就构造出了整个控制系统的结构模型。当具体使用某一包装机时，根据实际选择需要的动作重新组合，在模块库中调用每一个动作赖以实现的控制模块，同时屏蔽掉与本包装无关的控制即可建立本包装机的控制系统。可以看出，整个控制系统模型所具有的功能比较齐全、结构简单明了，既适用于简单操作的单个包装机，也可用于具有多条流水作业的复杂包装机构。其结构如图1所示：

包装机完成特定的包装任务时，有可能在一个工位就完成所有的操作，也可能经多个工位多条流水线动作同时进行才能实现要求。根据实际的包装对象，选择需要操作，每一个操作动作在模块库中都能找到相应的控制块。将模块调用组合，该包装机的控制系统即可搭建成功。现在以药品包装及大米包装为例对系统作简单说明。

（1）药品包装机控制系统结构

药品包装机通常要完成以下操作，药品计量与进给、包装材料或容器的进给、包装动作的执行、成品输出，同时还要保证整个传动系统的流畅。

参照图1，若第一条控制链上1代表计量操作控制，3代表传动控制，第二条控制链上2代表某一进给操作控制，在这里用作说明书的进给，第三条控制链上1代表包装材料的进给控制．m代表包装动作的执行控制，再经过贴标签．最后输_出成品，完成整个包装过程。各动作对应的控制模块直接从功能库中在调用，适当修改某些参数而无需重新设计控制模块。我们只选用了能实现药品包装过程所需动作的控制模块，对于其它没有涉及的控制模块，将其屏蔽，不会影响整个系统的控制功能。因此药品包装机控制系统的最后结构与图1相似，但相对简单。

药品包装属于通过多个工位才能完成包装任务的典例。以此类推，啤酒包装、各种饮料包装以及牛奶包装等用同样思路也可以从自动包装机模块化控制系统中组合出最优的控制系统。而且在不同工位上依次完成各个包装操作，全部包装操作是分散在不同工位上同时进行，其生产效率可以很高。

（2）大米包装机控制系统结构

现在较先进的大米包装机具有自动送袋，自动称重、下料，自动夹袋，自动缝包封口的功能，其控制系统结构可以简化为如图2所示：

1、2、3、4分别代表对送袋、称重下料、夹袋、逢包封口操作的控制。经过提取功能库中对应的功能模块，屏蔽无用的操作，大米包装得以简单快速的实现。这也正是自动包装机模块化控制系统的优越性所在：适用范围广，灵活性强，缩短控制设计的周期。与此同时，为保证每道工序准确实现，系统必须具有自动检测功能，如不开袋或开袋不完整时，不加料，不热封，不浪费物料等等。到位检测等功能都有相应的集成控制块，根据实际直接调用即可。

3 控制系统的实现

包装机控制系统中应尽量采用新型传感技术和检测方法。如利用图形识别技术来自动检测产品形状大小、表面缺陷和贴标情况，以便分级分类剔除不合格品；利用核辐射线来自动检测高速自动线上密封饮料罐内液面的高低，令检测到的不合格品到指定地点予以剔除；利月激光来代替滚刀或剪刀进行切纸，以改变卷带供送装置的结构等等，这些将极大提高控制的准确性和可靠性，也将提升我国包装机械的自动化水平。

系统程序的设计是多种多样的，采用PLC控制快速、稳定、可靠，参数调整方便、快捷。使用光电开关、接近开关、空气开关、张力检测器、张力控制器、温度传感器等通过PLC扩展模块实时采集数据。本自动包装机模块化控制系统程序设计选用西门子公司S7-400PLC作为主控制器，并PLC配置有电源模块CPU模块、I/O模块、中断模块和PID温度控制模块。NTERBUS总线适配控制板安装在PLC底板上，处理PLC与过程I/O设备之间的数据交换，大量的I/O模块安装在现场，通过INTERBUS总线连接到PLC。中断模块用于处理主机和辅机的机器相位及时钟信号，保证机组各检测功能的正常执行，PLC I/O模块用于电控柜内相关电路的检测及控制，PID模块用于原温控器控制蚣尤绕鞯奈露瓤刂啤Ｗ芟呖刂瓢迨荌NTERBUS总线上的主设备，用于实现协议的控制、错误诊断、组态的存储等功能。I/O模块实现在总线控制板和传感器、执行器之间接收和传输数据。FM453模块具有模式控制、实际只扑捉、伺服定位控制、控制模式的参数化、数字输入输出、软限位开关、中断处理、诊断和排错、数据存储等功能。FM模块还提供了丰富的操作模式，以适应不同的应用场合。采用触摸屏工控机实现故障显示，数据设置显示等。

4 结论

基于模块化设计思想构造出自动包装机模块化控制系统通用模型，通过优选组合实现对各包装机的灵活控制，PLC的应用提高了控制的准确性和可靠性。

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