摘要：本文介紹了PLC在稱(chēng)重式自動(dòng)定量包裝機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用，控制系統(tǒng)采用SIMATIC S7-200PLC 和文本顯示器構(gòu)成。論述了包裝機(jī)的系統(tǒng)組成及工作原理，并對(duì)控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。 關(guān)鍵詞：可編程序控制器;稱(chēng)重;定量包裝 Abstract: This paper introduces the application of PLC in the automatic quantitative packaging machine, which control system is based on SIMATIC S7-200 and text display. It discusses the structure and running principles of packaging，and analyses the hardware configuration and soft design of control system． Key words: PLC; weighing; quantitative packaging 1.引言 隨著機(jī)械自動(dòng)化水平的不斷提高，自動(dòng)控制技術(shù)在定量包裝生產(chǎn)中應(yīng)用越來(lái)越多，在糧食、化肥、飼料和輕工等行業(yè)中都有廣泛應(yīng)用。稱(chēng)量包裝技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了手工稱(chēng)量、繼電器控制、稱(chēng)重儀表控制、PLC 控制等幾個(gè)階段。相對(duì)于傳統(tǒng)的稱(chēng)重儀表控制，應(yīng)用PLC 和觸摸屏組成的控制系統(tǒng)便于將開(kāi)關(guān)量設(shè)置、復(fù)位操作以及設(shè)定和修改系統(tǒng)參數(shù)功能有機(jī)的結(jié)合，提高機(jī)器速度和精度。 2. 包裝機(jī)的工作原理 2.1 包裝機(jī)的組成 稱(chēng)重式自動(dòng)定量包裝機(jī)由供料部分、稱(chēng)重部分與卸料部分組成。供料部分分為儲(chǔ)料斗和重力供料裝置。儲(chǔ)料斗用于存儲(chǔ)需要灌裝的物料，重力供料裝置主要是向稱(chēng)量料斗中提供物料。稱(chēng)重部分即稱(chēng)量斗，它通過(guò)和稱(chēng)重傳感器相連，測(cè)量物料重量。卸料部分用來(lái)完成標(biāo)準(zhǔn)重量物料的卸料裝袋過(guò)程。如圖1 所示，為包裝機(jī)的組成圖。 2.2 工作原理 稱(chēng)重式自動(dòng)定量包裝機(jī)的工作原理流程圖如圖2 所示。當(dāng)儲(chǔ)料斗中物料足夠，在重力的作用下進(jìn)入重力供料裝置，完全打開(kāi)料門(mén)進(jìn)入大給料狀態(tài)。當(dāng)?shù)竭_(dá)給定大給料重量時(shí)，關(guān)閉給料門(mén)，留一條狹縫，進(jìn)入小給料狀態(tài)。當(dāng)?shù)竭_(dá)給定小給料重量時(shí)，完全關(guān)閉給料門(mén)，經(jīng)過(guò)一定的空中落料，稱(chēng)量斗穩(wěn)定，并且卡袋機(jī)構(gòu)卡緊時(shí)，卸料門(mén)打開(kāi)，物料進(jìn)入放料斗，再落入袋內(nèi)，完成一個(gè)包裝循環(huán)。 3.控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)主要為開(kāi)關(guān)量控制，料門(mén)的全部動(dòng)作由氣缸驅(qū)動(dòng)，而氣缸又由相應(yīng)的電磁閥控制。設(shè)備即可以手動(dòng)操作也可以自動(dòng)操作。手動(dòng)操作要求用按鈕對(duì)機(jī)器的每一步運(yùn)動(dòng)單獨(dú)進(jìn)行操作控制。自動(dòng)操作要求按一下自動(dòng)/手動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)，機(jī)器自動(dòng)地、連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。在工作中若按下停止按鈕，則機(jī)器繼續(xù)完成一個(gè)周期的動(dòng)作，回到初始狀態(tài)后自動(dòng)停止?？刂葡到y(tǒng)框圖如圖3 所示。 根據(jù)稱(chēng)重式自動(dòng)定量包裝機(jī)的操作和控制要求，控制系統(tǒng)選用西門(mén)子公司的SIMATICS7-200 系列PLC，此系列的PLC 具有結(jié)構(gòu)緊湊、模塊化、可擴(kuò)展性強(qiáng)、指令集豐富等特點(diǎn)。所選CPU 的型號(hào)為CPU 226 AC／DC／REL，它提供24 個(gè)數(shù)字量輸入和16 個(gè)數(shù)字量輸出，輸入／輸出接口電路均采用了光耦合電路，對(duì)外界接口具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。并且2 個(gè)RS485 通訊/編程口，具有PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。由于要處理傳感器的模擬量輸入信號(hào)，所以擴(kuò)展了一個(gè)EM 235 模擬量處理模塊，該模塊具有4 路模擬量輸入。POP 文本顯示器對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)程監(jiān)控顯示以及參數(shù)設(shè)定等功能，可以通過(guò)PPI 協(xié)議和s7-200 系列PLC 的編程口或擴(kuò)展通訊口直接通訊。 4.控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)為各功能軟件設(shè)計(jì)，包括顯示功能、參數(shù)設(shè)定功能、自動(dòng)修正給料量功能、通訊功能等。如圖4 所示為軟件系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。 4.1 稱(chēng)重信號(hào)處理 由于稱(chēng)量信號(hào)存在干擾，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理，并判斷信號(hào)是否穩(wěn)定，讀數(shù)是否準(zhǔn)確。所謂數(shù)字濾波，就是通過(guò)一定的計(jì)算或判斷程序減少干擾在有用信號(hào)的比重，是一種程序?yàn)V波即軟件濾波。常見(jiàn)的濾波方法有限幅濾波、限速濾波、中值濾波、滑動(dòng)平均濾波等。 本系統(tǒng)采用滑動(dòng)平均濾波方法，系統(tǒng)采集的信號(hào)是與重量成正比的電壓信號(hào)。這類(lèi)信號(hào)的特點(diǎn)是存在一個(gè)平均值，信號(hào)在某一數(shù)值范圍附近作上下波動(dòng)，在這種情況下僅取一個(gè)采樣值作為判斷依據(jù)顯然是不準(zhǔn)確的。采用滑動(dòng)濾波方法可以得到較好的效果。該方法采用最新采集的一個(gè)數(shù)據(jù)替換n 個(gè)暫存數(shù)據(jù)中的最早的一個(gè)數(shù)據(jù)，使得n 個(gè)暫存數(shù)據(jù)始終是最近的數(shù)據(jù)。求平均后所得數(shù)據(jù)既反映了最近的數(shù)據(jù)變化，又克服了隨機(jī)誤差帶來(lái)的響。 所求的平均值為 標(biāo)準(zhǔn)差為 當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)差σ 小于設(shè)定值時(shí)，則系統(tǒng)穩(wěn)定，當(dāng)前值即為稱(chēng)量值。根據(jù)系統(tǒng)要求的精度不同，可以設(shè)定不同的值。 4．2 PLC 程序設(shè)計(jì) 根據(jù)稱(chēng)重式自動(dòng)定量包裝機(jī)的操作要求，確定各動(dòng)作的順序和相互之間的關(guān)系，畫(huà)出程序流程圖，再由PLC 輸入輸出的邏輯關(guān)系編寫(xiě)出梯形圖。本系統(tǒng)輸入端口定義為自動(dòng)手動(dòng)按鈕、卡袋復(fù)位按鈕、單步執(zhí)行按鈕、總復(fù)位按鈕、停止按鈕、卡袋開(kāi)關(guān)等，輸出端口定義為稱(chēng)量斗穩(wěn)定指示、大給料氣缸動(dòng)作、小給料氣缸動(dòng)作、卸料氣缸動(dòng)作、卡袋氣缸動(dòng)作、系統(tǒng)報(bào)警等。輸出采用西門(mén)子公司STEP7-Micro/WIN32 軟件進(jìn)行編寫(xiě)，程序流程圖如圖5 所示。 4.3 POP 文本畫(huà)面設(shè)計(jì) POP-HMI 除 LCD 顯示窗之外，還有22 個(gè)薄膜開(kāi)關(guān)按鍵，其中16 個(gè)按鍵能被設(shè)定成特殊的功能鍵，用來(lái)完成畫(huà)面跳轉(zhuǎn)，開(kāi)關(guān)量、位狀態(tài)設(shè)定等功能。本系統(tǒng)中通過(guò)POP-HMI 可以設(shè)定灌裝目標(biāo)重量、大給料量、小給料量，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控稱(chēng)量重量，并且查看灌裝數(shù)據(jù)。 5.結(jié)束語(yǔ) 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行了多次模擬實(shí)驗(yàn)，并且根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的情況進(jìn)行修改。系統(tǒng)在投入運(yùn)行后，性能穩(wěn)定可靠，滿(mǎn)足各項(xiàng)工藝要求，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量均有所提高，完成了機(jī)械和電器控制系統(tǒng)的一體化要求，可廣泛應(yīng)用于食品包裝等行業(yè)。 參考文獻(xiàn)： [1] 西門(mén)子公司.SIEMENS SIMATIC S7-200 可編程序控制器系統(tǒng)手冊(cè),2002 [2] POP-HMI 小型人機(jī)界面用戶(hù)手冊(cè),2006 [3] 楊維明，徐萍萍，陳建新.PLC 在配料稱(chēng)重控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].微機(jī)算計(jì)信息，2005，2：9-10 [4] 張萬(wàn)忠，劉明芹.電氣與PLC 控制技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.8 [5] 梁晉文，陳林才，何貢.誤差理論與數(shù)據(jù)處理[M].北京:中國(guó)計(jì)量出版社,2001.9 作者簡(jiǎn)介： 郭湘君，女，1982 年出生，天津人。天津科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院碩士研究生。 李振亮，男，1953 年出生，天津人。天津科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向是自動(dòng)機(jī)械與測(cè)控技術(shù)