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[摘 要]：本文提出了一種自動(dòng)包裝機(jī)模塊化控制的通用化思路，分析包裝機(jī)工作及結(jié)構(gòu)特
點(diǎn)，建立控制功能模塊庫(kù)，構(gòu)造出控制系統(tǒng)模型，并采用PLC對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)包裝機(jī)；模塊化控制；功能模塊；PLC
引 言
現(xiàn)代自動(dòng)包裝機(jī)的設(shè)計(jì)采用先進(jìn)技術(shù)，在對(duì)產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，通過創(chuàng)新構(gòu)思、系統(tǒng)建模、動(dòng)力分析、動(dòng)態(tài)優(yōu)化，從而得到******設(shè)計(jì)方案。模塊化設(shè)計(jì)是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，它的核心思想是將系統(tǒng)根據(jù)功能分為若干模塊，將包裝機(jī)中同一功能的單元設(shè)計(jì)成具有不同性能、可以互換的模塊，通過模塊的不同組合，使包裝機(jī)多功能化、系列化。機(jī)器采用模塊化設(shè)計(jì)，對(duì)各模塊執(zhí)行件的動(dòng)作協(xié)調(diào)配合要求較高，因此采用模塊化控制方法也是勢(shì)在必行。運(yùn)用PLC作為整機(jī)的神經(jīng)中樞，對(duì)各模塊進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，很好的解決了這一問題；控制系統(tǒng)設(shè)有數(shù)據(jù)設(shè)定顯示單元，人機(jī)交互型好。
1 控制系統(tǒng)分析
控制系統(tǒng)是包裝機(jī)械的重要組成部分，它的作用在于對(duì)整個(gè)自動(dòng)工循環(huán)進(jìn)行控制和協(xié)調(diào)，包括使各種包裝運(yùn)動(dòng)按一定順序進(jìn)行；必要的壓力、溫度、時(shí)間、速度的調(diào)節(jié)及其控制：各種質(zhì)量檢測(cè)，自動(dòng)安全保護(hù)，自動(dòng)計(jì)量、計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn)；物料的供停，故障的自動(dòng)報(bào)警等控制。
通常所說的模塊化控制是指對(duì)包裝機(jī)的各功能模塊進(jìn)行控制。對(duì)于不同的包裝機(jī)其具體要完成的包裝任務(wù)是不同的，因此功能模塊的配置也就不同，控制系統(tǒng)也不盡相同。針對(duì)每一種包裝機(jī)就要重新對(duì)它進(jìn)行模塊化分析，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的控制方案。隨著科學(xué)發(fā)展和自動(dòng)化程度的提高，要求一種適應(yīng)性強(qiáng)、功能完備、通用化的控制系統(tǒng)來適應(yīng)包裝機(jī)械的改變，并且使成本降至最低、控制準(zhǔn)確。這正是本文闡述的模塊化控制系統(tǒng)與一般模塊化控制不同之處。
1．2建立功能模塊庫(kù)
在建立功能模塊庫(kù)之前首先構(gòu)造各個(gè)控制模塊單元。為使該控制系統(tǒng)的應(yīng)用更為廣泛，靈活性更強(qiáng)，控制模塊的劃分一定要注意以下三個(gè)方面：
（1）模塊的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化；
（2）模塊的劃分務(wù)必保持模塊在功能上有一定的獨(dú)立性和完整性；
（3）模塊的劃分不影響整個(gè)系統(tǒng)的控制。
控制模塊根據(jù)包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為兩大類：基本模塊和特殊模塊。基本模塊用來控制包裝機(jī)基本的、經(jīng)常的、重復(fù)的、不可缺少的功能；特殊模塊則是為實(shí)現(xiàn)某些包裝機(jī)的特殊功能設(shè)計(jì)的。這些模塊均采用PLC編程實(shí)現(xiàn)對(duì)各類包裝機(jī)不同執(zhí)行動(dòng)作的控制。另外，控制模塊還包括開關(guān)量檢測(cè)、溫度控制、故障監(jiān)測(cè)等不可缺少的小單元。
將所有控制模塊集中保存到一個(gè)庫(kù)中從而建立起所謂的控制功能模塊庫(kù)。各模塊之間按照一定的順序并與各檢測(cè)模塊共同構(gòu)成一個(gè)通用的控制系統(tǒng)。
2 自動(dòng)包裝機(jī)模塊化控制系統(tǒng)模型與應(yīng)用
在對(duì)各類包裝機(jī)作全面了解的基礎(chǔ)上，對(duì)包裝機(jī)進(jìn)行模塊化分析，將其分解成能獨(dú)立完成某一動(dòng)作的各單元模塊，針對(duì)這些模塊設(shè)計(jì)出相應(yīng)通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的控制功能模塊并保存在功能庫(kù)中。進(jìn)一步對(duì)所有動(dòng)作進(jìn)行合理有序的組合，構(gòu)成一個(gè)能夠完成很多包裝要求的包裝機(jī)模型。每個(gè)動(dòng)作對(duì)應(yīng)一個(gè)控制，所有動(dòng)作構(gòu)成的包裝機(jī)模型也就構(gòu)造出了整個(gè)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型。當(dāng)具體使用某一包裝機(jī)時(shí)，根據(jù)實(shí)際選擇需要的動(dòng)作重新組合，在模塊庫(kù)中調(diào)用每一個(gè)動(dòng)作賴以實(shí)現(xiàn)的控制模塊，同時(shí)屏蔽掉與本包裝無(wú)關(guān)的控制即可建立本包裝機(jī)的控制系統(tǒng)?？梢钥闯?，整個(gè)控制系統(tǒng)模型所具有的功能比較齊全、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，既適用于簡(jiǎn)單操作的單個(gè)包裝機(jī)，也可用于具有多條流水作業(yè)的復(fù)雜包裝機(jī)構(gòu)。
包裝機(jī)完成特定的包裝任務(wù)時(shí)，有可能在一個(gè)工位就完成所有的操作，也可能經(jīng)多個(gè)工位多條流水線動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行才能實(shí)現(xiàn)要求。根據(jù)實(shí)際的包裝對(duì)象，選擇需要操作，每一個(gè)操作動(dòng)作在模塊庫(kù)中都能找到相應(yīng)的控制塊。將模塊調(diào)用組合，該包裝機(jī)的控制系統(tǒng)即可搭建成功。現(xiàn)在以藥品包裝及大米包裝為例對(duì)系統(tǒng)作簡(jiǎn)單說明。
（1）藥品包裝機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
藥品包裝機(jī)通常要完成以下操作，藥品計(jì)量與進(jìn)給、包裝材料或容器的進(jìn)給、包裝動(dòng)作的執(zhí)行、成品輸出，同時(shí)還要保證整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的流暢。
參照?qǐng)D1，若第一條控制鏈上1代表計(jì)量操作控制，3代表傳動(dòng)控制，第二條控制鏈上2代表某一進(jìn)給操作控制，在這里用作說明書的進(jìn)給，第三條控制鏈上1代表包裝材料的進(jìn)給控制．m代表包裝動(dòng)作的執(zhí)行控制，再經(jīng)過貼標(biāo)簽．最后輸_出成品，完成整個(gè)包裝過程。各動(dòng)作對(duì)應(yīng)的控制模塊直接從功能庫(kù)中在調(diào)用，適當(dāng)修改某些參數(shù)而無(wú)需重新設(shè)計(jì)控制模塊。我們只選用了能實(shí)現(xiàn)藥品包裝過程所需動(dòng)作的控制模塊，對(duì)于其它沒有涉及的控制模塊，將其屏蔽，不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的控制功能。因此藥品包裝機(jī)控制系統(tǒng)的最后結(jié)構(gòu)與圖1相似，但相對(duì)簡(jiǎn)單。
藥品包裝屬于通過多個(gè)工位才能完成包裝任務(wù)的典例。以此類推，啤酒包裝、各種飲料包裝以及牛奶包裝等用同樣思路也可以從自動(dòng)包裝機(jī)模塊化控制系統(tǒng)中組合出最優(yōu)的控制系統(tǒng)。而且在不同工位上依次完成各個(gè)包裝操作，全部包裝操作是分散在不同工位上同時(shí)進(jìn)行，其生產(chǎn)效率可以很高。
（2）大米包裝機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
現(xiàn)在較先進(jìn)的大米包裝機(jī)具有自動(dòng)送袋，自動(dòng)稱重、下料，自動(dòng)夾袋，自動(dòng)縫包封口的功能.
1、2、3、4分別代表對(duì)送袋、稱重下料、夾袋、逢包封口操作的控制。經(jīng)過提取功能庫(kù)中對(duì)應(yīng)的功能模塊，屏蔽無(wú)用的操作，大米包裝得以簡(jiǎn)單快速的實(shí)現(xiàn)。這也正是自動(dòng)包裝機(jī)模塊化控制系統(tǒng)的優(yōu)越性所在：適用范圍廣，靈活性強(qiáng)，縮短控制設(shè)計(jì)的周期。與此同時(shí)，為保證每道工序準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)必須具有自動(dòng)檢測(cè)功能，如不開袋或開袋不完整時(shí)，不加料，不熱封，不浪費(fèi)物料等等。到位檢測(cè)等功能都有相應(yīng)的集成控制塊，根據(jù)實(shí)際直接調(diào)用即可。
3 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
包裝機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)盡量采用新型傳感技術(shù)和檢測(cè)方法。如利用圖形識(shí)別技術(shù)來自動(dòng)檢測(cè)產(chǎn)品形狀大小、表面缺陷和貼標(biāo)情況，以便分級(jí)分類剔除不合格品；利用核輻射線來自動(dòng)檢測(cè)高速自動(dòng)線上密封飲料罐內(nèi)液面的高低，令檢測(cè)到的不合格品到指定地點(diǎn)予以剔除；利月激光來代替滾刀或剪刀進(jìn)行切紙，以改變卷帶供送裝置的結(jié)構(gòu)等等，這些將極大提高控制的準(zhǔn)確性和可靠性，也將提升我國(guó)包裝機(jī)械的自動(dòng)化水平。
系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)是多種多樣的，采用PLC控制快速、穩(wěn)定、可靠，參數(shù)調(diào)整方便、快捷。使用光電開關(guān)、接近開關(guān)、空氣開關(guān)、張力檢測(cè)器、張力控制器、溫度傳感器等通過PLC擴(kuò)展模塊實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)。本自動(dòng)包裝機(jī)模塊化控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)選用西門子公司S7-400PLC作為主控制器，并PLC配置有電源模塊CPU模塊、I/O模塊、中斷模塊和PID溫度控制模塊。NTERBUS總線適配控制板安裝在PLC底板上，處理PLC與過程I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，大量的I/O模塊安裝在現(xiàn)場(chǎng)，通過INTERBUS總線連接到PLC。中斷模塊用于處理主機(jī)和輔機(jī)的機(jī)器相位及時(shí)鐘信號(hào)，保證機(jī)組各檢測(cè)功能的正常執(zhí)行，PLC I/O模塊用于電控柜內(nèi)相關(guān)電路的檢測(cè)及控制，PID模塊用于原溫控器控制的加熱器的溫度控制。總線控制板是INTERBUS總線上的主設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)協(xié)議的控制、錯(cuò)誤診斷、組態(tài)的存儲(chǔ)等功能。I/O模塊實(shí)現(xiàn)在總線控制板和傳感器、執(zhí)行器之間接收和傳輸數(shù)據(jù)。FM453模塊具有模式控制、實(shí)際只撲捉、伺服定位控制、控制模式的參數(shù)化、數(shù)字輸入輸出、軟限位開關(guān)、中斷處理、診斷和排錯(cuò)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。FM模塊還提供了豐富的操作模式，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合。采用觸摸屏工控機(jī)實(shí)現(xiàn)故障顯示，數(shù)據(jù)設(shè)置顯示等。
4 結(jié)論
基于模塊化設(shè)計(jì)思想構(gòu)造出自動(dòng)包裝機(jī)模塊化控制系統(tǒng)通用模型，通過優(yōu)選組合實(shí)現(xiàn)對(duì)各包裝機(jī)的靈活控制，PLC的應(yīng)用提高了控制的準(zhǔn)確性和可靠性。 |
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