基于PLC控制的包裝碼垛生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)

王 平，黃玉志

（1.延長(zhǎng)石油煉化公司項(xiàng)目建設(shè)指揮部 陜西 洛川 727406；2.延長(zhǎng)石油研究院 陜西 西安 710075）

聚丙烯具有耐溫、耐油、抗沖擊等特性，有良好的加工性能。以往聚丙烯包裝主要分為人工稱量、手封口、人工堆放等。當(dāng)閃蒸釜中的物料經(jīng)閃蒸結(jié)束，乙烯氣檢驗(yàn)合格后，打開釜底的氣動(dòng)球閥和手動(dòng)球閥，包裝工手拿包裝袋，撐開袋口，袋底擱在磅秤上（事先定為50 kg）讓聚丙烯物料靠重力的作用自由落料進(jìn)入包裝袋。包裝工在接料的同時(shí)用眼睛盯著磅秤，當(dāng)磅秤的秤砣稍稍翹起，即迅速換上另一只包裝袋進(jìn)入下一袋的包裝。稱量完畢手封口，由工人搬到倉(cāng)庫堆放好。這樣計(jì)量誤差大，效率低。若包裝工的動(dòng)作過于迅速，包裝袋中的物料極有可能低于實(shí)際值，給用戶造成損失，引起糾紛。若動(dòng)作過慢物料超出定量值，無疑會(huì)給廠方造成一定經(jīng)濟(jì)損失。由于聚丙烯自身極易產(chǎn)生靜電，加上所需包裝的是粉狀物料，包裝現(xiàn)場(chǎng)粉塵較大，對(duì)工人的健康是有害的。整個(gè)包裝過程全靠手工來完成，勞動(dòng)強(qiáng)度很大。所以聚丙烯包裝生產(chǎn)中采用PLC控制系統(tǒng)可以節(jié)省原料，提高包裝速度，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率，同時(shí)還降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度[1-2]。

1 聚丙烯包裝生產(chǎn)線的工藝概述

聚丙烯包裝生產(chǎn)線具體分為稱重、封口、推倒傳輸、檢驗(yàn)、碼垛等部分，相比而言稱重和碼垛是最重要、最復(fù)雜的兩個(gè)部分。圖1是包裝線的工藝流程圖。

系統(tǒng)的運(yùn)行方式共分為手動(dòng)、單步、周期及自動(dòng)4種操作方式。

圖1 包裝生產(chǎn)的工藝框圖Fig.1 Diagram of packaging production processes

1）手動(dòng) 各工步都可單獨(dú)點(diǎn)動(dòng)，按鈕釋放即停止運(yùn)行；

2）單步 按下啟動(dòng)按鈕，運(yùn)行一個(gè)工步，到位即停。再按啟動(dòng)，則進(jìn)入下一工步運(yùn)行；

3）周期 從初始位置開始，按啟動(dòng)按鈕，程序自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后返回到第一步開始位置停止；

4）自動(dòng) 按啟動(dòng)按鈕，程序完成一個(gè)周期的動(dòng)作后又接著從第一步開始運(yùn)行，自動(dòng)循環(huán)。在自動(dòng)方式下，中途若按下復(fù)位按鈕，則系統(tǒng)要繼續(xù)運(yùn)行到第一步開始位置才停止；若按下停止按鈕，則運(yùn)行立即停止，此時(shí)若再按啟動(dòng)，系統(tǒng)即從該位置運(yùn)行到第一步開始處停止。

根據(jù)聚丙烯包裝系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，本系統(tǒng)采用自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行兩種方式。與運(yùn)行方式的設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)，還必須考慮停止運(yùn)行方式的設(shè)計(jì)?？删幊炭刂破鞯耐＿\(yùn)方式有正常停運(yùn)、暫時(shí)停運(yùn)和緊急停運(yùn)3種。根據(jù)控制系統(tǒng)要求，由于包裝系統(tǒng)運(yùn)行期間采用循環(huán)工作方式，只有在工作結(jié)束或接收到操作人員的停止運(yùn)行指令或設(shè)備出現(xiàn)故障或異常情況時(shí)才停止，因此本系統(tǒng)采用硬件切斷電源，使系統(tǒng)立即停車[3-4]。

2 控制系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)硬件組圖Fig.2 Structure diagram of hardware system

2.1 電子稱量部分的組成

電子秤主要由秤體和電子稱量控制系統(tǒng)兩個(gè)部分組成。其秤體部分又是由貯料倉(cāng)、給料裝量、稱量斗、夾袋器等組成。電子秤量控制系統(tǒng)則是由稱量傳感器、稱重控制儀表和控制執(zhí)行元件組成，如圖3所示，其中稱重傳感器是很重要的組成部件。

圖3 稱量器件圖Fig.3 Diagram of weigh device

包裝秤給料裝置以大小兩種流量向稱量斗供給物料。稱重傳感器將重量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并傳送給稱重控制儀表。稱重控制儀表測(cè)量重量值并對(duì)整個(gè)稱量過程進(jìn)行程序控制，構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)稱量控制系統(tǒng)。

根據(jù)該過程的流程要求設(shè)計(jì)，系統(tǒng)中開關(guān)量輸入信號(hào)有啟動(dòng)按鍵、停機(jī)鍵、斗門狀態(tài)、夾袋夾緊等檢測(cè)信號(hào)。開關(guān)量輸出有粗細(xì)進(jìn)料電磁閥、放料電磁閥、夾袋器等控制信號(hào)和一些顯示、報(bào)警輸出信號(hào)。數(shù)字量通道接收傳感器重量輸入信號(hào)，其中稱重斗門關(guān)閉和夾袋夾緊檢測(cè)用接近開關(guān)，緩沖料門、稱重斗門和夾袋由電磁閥帶動(dòng)氣缸來控制。稱重過程圖如圖4所示。

圖4 稱量過程圖Fig.4 Diagram of weighing process

理想狀態(tài)下，大給料、小給料共同完成額定重量值的95%給料量，且在很短時(shí)間內(nèi)完成。接著大給料停止，小給料再完成額定重量值的5%～10%給料量，且占用較長(zhǎng)時(shí)間。說明大給料用以提高包裝速度，小給料的緩慢給料可以保證稱量準(zhǔn)確度。實(shí)際生產(chǎn)中這兩段的重量與時(shí)間參數(shù)要根據(jù)具體情況不斷調(diào)整才能達(dá)到最佳狀態(tài)。檢測(cè)裝置如圖5所示。

圖5 檢測(cè)裝置Fig.5 Detection device

2.2 封口機(jī)

在得到下料完畢后，封口機(jī)得到一個(gè)信號(hào)，封口機(jī)就加熱封口針，接著就開始工作封口。封口延時(shí)以便能完全封好。

2.3 推倒裝置

在封口完畢后，感應(yīng)器發(fā)出信號(hào)給推倒裝置，推倒裝置推倒包裝袋使袋子平放傳輸帶上，以便傳輸帶把袋子運(yùn)走。

2.4 重量檢測(cè)器

該檢測(cè)由光電開關(guān)Ⅰ、Ⅱ控制，當(dāng)料袋進(jìn)入該裝置時(shí)，光電開關(guān)Ⅰ被料袋遮擋；當(dāng)料袋被完全載于稱體上時(shí)，光電開關(guān)Ⅱ被遮擋，系統(tǒng)通過壓力傳感器開始采集數(shù)據(jù)直至復(fù)檢結(jié)束；若重量合格（測(cè)量精度50 kg動(dòng)態(tài)），料袋進(jìn)入下道工序；重量超差的料袋，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，該料袋進(jìn)入揀選機(jī)時(shí)，揀選機(jī)將其剔除。

圖6是用來檢測(cè)出包裝生產(chǎn)線上是否有次品并將其剔除。光電開關(guān)Ⅰ的信號(hào)作為移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到一個(gè)次品時(shí)，光電開關(guān)Ⅰ變?yōu)镺N，其余時(shí)間為OFF。光電開關(guān)Ⅱ的信號(hào)作為移位脈沖輸入信號(hào)，每檢測(cè)到一個(gè)產(chǎn)品就產(chǎn)生一個(gè)脈沖，產(chǎn)品之間的間隔是固定的。光電開關(guān)Ⅱ檢測(cè)到一個(gè)次品，移位寄存器就開始跟蹤，直到它到達(dá)傳送帶上的一個(gè)預(yù)定位置時(shí)，電磁閥動(dòng)作，控制汽缸將次品推出。而正品則繼續(xù)隨傳送帶前行。次品排出時(shí)光電開關(guān)Ⅲ檢測(cè)出，該信號(hào)作為移位脈沖和電磁閥的復(fù)位信號(hào)。

圖6 稱量數(shù)據(jù)控制圖Fig.6 Diagram of weighing data control

2.5 金屬檢測(cè)器

料袋通過金屬檢測(cè)器時(shí)，若料袋中不含金屬顆粒和金屬顆粒較小時(shí)，該檢測(cè)器不發(fā)出任何信號(hào)，料袋被送到下一道工序；當(dāng)料袋含有金屬顆粒大于或等于2 mm時(shí)，該金屬器通過電控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，該料袋在揀選機(jī)上被剔除。

圖7 稱重系統(tǒng)流程圖Fig.7 Flow chart of weighing system

2.6 碼垛機(jī)

碼垛機(jī)的水平皮帶機(jī)將包裝機(jī)輸送來的合格料袋通過緩沖。由壓袋機(jī)加以輥壓.使袋形平整，再由轉(zhuǎn)袋裝置使物料回轉(zhuǎn)90°或180°（目的是使包裝縫紉口全部在內(nèi)側(cè)，排層后整齊）。然后由排層輸送機(jī)使料袋每層橫3豎2打?qū)?。排滿8層后，由托盤托出垛，并由儲(chǔ)存輥道輸送機(jī)暫存，最后山叉車運(yùn)出碼垛[5-6]。

3 軟件的設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)流程圖包裝碼垛自動(dòng)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)可分為電子稱重部分、包裝機(jī)組控制部分和碼垛機(jī)組控制部分，之間通過聯(lián)鎖來進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的控制。稱重系統(tǒng)流程圖如圖7所示，包裝控制系統(tǒng)流程圖如圖8所示，碼垛控制系統(tǒng)流程圖如圖9所示[7]。

4 結(jié)束語

該碼垛機(jī)PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)集中了PLC、傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)等先進(jìn)技術(shù)，設(shè)備復(fù)雜，然而操作簡(jiǎn)單，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，碼垛速度快，垛型整齊、美觀，生產(chǎn)能力不低于 1 200袋/h。

在延安化工廠成品車間應(yīng)用，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了技術(shù)要求，大量減少了成品的占地面積，極大提高了生產(chǎn)效率，深受用戶的好評(píng)。

圖8 包裝控制系統(tǒng)流程圖Fig.8 Flow chart of packing system

圖9 碼垛控制系統(tǒng)流程圖Fig.9 Flow chart of palletizing system

[1]林明星.電氣控制及可編程序控制器[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004：82-97.

[2]張進(jìn)秋.可編程控制器原理及應(yīng)用實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004：78-82.

[3]謝客明，夏路易.可編程序控制器原理與程序設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002：90-101.

[4]袁任光.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)實(shí)例[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2003：31-36.

[5]胡長(zhǎng)喜.鋼材全自動(dòng)打捆包裝機(jī)器人控制系統(tǒng)研究[D].北京：北京航空航天大學(xué)，2004.

[6]岳滿林.全自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].石化技術(shù)，2007（2）：78-81.YUE Man-lin.The control system design of automatic bagging and palletizing line[J].Petrochemical Industry Technology，2007（2）：78-81.

[7]王春鋼.基于DCS的橡膠包裝碼垛生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)[J].石油化工自動(dòng)化，2007（4）：89.WANG Chun-gang.Control systems for rubber packing&palletizing line based on DCS[J].Journal of Harbin Instute of Technology，2007（4）：89.