全自動包裝及碼垛系統的發(fā)展與應用

張慶軍++叢云霞++劉曉陽

[摘 要]針對包裝碼垛生產線，設計了一種基于PLC的全自動包裝碼垛生產線的控制系統。該控制系統以WinCC V7.0監(jiān)控軟件為上位機，以西門子S7-400PLC為控制核心，實現了對全自動包裝碼垛生產線的控制。實際運行結果表明，該控制系統可靠、穩(wěn)定，實時監(jiān)控能力強，能滿足實際生產需要。

[關鍵詞]包裝碼垛生產線；PLC；控制系統；上位機

中圖分類號：TP 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）16-0374-01

全自動包裝碼垛生產線是機電一體化高技術設備。通過對上位機WinCC V7.0監(jiān)控軟件的組態(tài)，達到對包裝碼垛自動生產線的各個工序的實時過程監(jiān)控，有利于對包裝碼垛自動生產線運行過程所出現的故障，及時維修、解決。傳統繼電器控制系統由于線路復雜、故障率高，因此很難滿足自動化生產線的需要；相反，以PLC為控制方式的控制系統具有運行穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強、功能強大、易于實現機電一體化等特點，所以被廣泛應用于工業(yè)生產領域的各種控制過程中。綜合各方面因素，本系統采用PLC實現對全自動包裝碼垛生產線的控制，極大提高了生產效率，減少勞動成本，提高了生產自動化水平。

一、簡述全自動包裝碼垛生產線系統組成

全自動包裝碼垛生產線主要是對各個工序：稱重、供袋、裝袋、折邊、封袋、倒袋整形、金屬檢測、重量復檢、批號打印、轉位編組、碼垛、托盤和垛盤的輸送等作業(yè)過程進行全程監(jiān)控，從而簡化了生產線工序結構，減少了人工操作，提高了生產效率，提高了包裝質量。通過PLC程序控制對整個自動生產線工作過程進行全程控制，可實現連續(xù)工作，具有故障報警、顯示及自動連鎖停機功能。全自動包裝碼垛生產線系統主要有以下幾部分構成。包裝機械單元。電子稱重機、自動供袋機、自動裝袋機、轉位輸送機、編組機、推袋壓袋機。碼垛機械單元。分層碼垛機、升降機、托盤倉?？刂葡到y單元。PLC控制、人機界面、WinCC V7.0監(jiān)控軟件。

二、控制系統硬件組成

根據全自動包裝碼垛生產線整體設計指標及作業(yè)要求，其控制系統應滿足如下要求。實時協調控制各工序的執(zhí)行機構，實現自動化生產線的高速、穩(wěn)定、可靠運行。實時監(jiān)控能力高、動態(tài)響應性好。人機界面友好、編程簡便，操作簡單。硬件結構緊湊，具有一定的可擴展性，易于維護。

全自動包裝碼垛生產線的控制系統主要由軟件系統和硬件系統組成，該控制系統硬件架，下位機采用西門子S7-400 PLC進行控制，上位機采用西門子WinCC V7.0監(jiān)控軟件進行實時監(jiān)控，各組成部分通訊連接采用工業(yè)以太網現場總線。S7-400 PLC采用模塊化設計，可根據不同需要選取不同模塊，本控制系統選用了電源模塊、CPU模塊、數字量模塊、故障診斷模塊、通信模塊等。電源模塊（PS）。它為CPU模塊、數字量模塊等提供電源。故障診斷模塊。CPU在識別到故障或編程錯誤時，將立即調用對應的中斷組織塊（OB），相應的中斷程序及時處理故障。通信模塊。為上位機（WinCC V7.0）對下位機（PLC、變頻器等智能設備）之間的信息流通提供通信渠道。

三、控制系統軟件組成

3.1 全自動包裝碼垛生產線工藝流程

全自動包裝碼垛生產線主要對粉、粒、塊狀物料實現稱重、供袋、裝袋、折邊、封袋、倒袋整形、金屬檢測、重量復檢、批號打印、轉位編組、碼垛、托盤和垛盤的輸送等自動化生產過程。其生產工藝流程主要有以下：自動供袋。當按下包裝碼垛生產線準備就緒按鈕時，系統各部分歸位為初始狀態(tài)，當吸袋垂直氣缸電磁閥接通時，氣缸下降并且吸袋真空裝置接通工作，當吸袋真空閥達到設定值時，吸袋垂直氣缸開始上升，吸盤吸住袋子上升，當上限位開關打開時，觸發(fā)傾斜氣缸電磁閥接通，使垂直氣缸傾斜，把袋送入供袋輥子。完成吸袋操作。自動取袋。當上一工序完成后，自動取袋裝置開始工作，袋子被送到斜托板上，同時橫進裝置到達生產線裝袋位置時，觸發(fā)磕頭裝置傾斜，由限位開關進行限位，同時觸發(fā)真空電磁閥，實現真空吸袋，延時后，吸住袋并磕頭裝置立起，斜托板上升回到原來位置，完成整個取袋動作。送袋、開袋、裝料。當上一工序完成后，送袋、開袋、裝料裝置開始工作，初始狀態(tài)時，開袋、抱板與大夾子處于張開位置，橫進裝置向包裝線取袋方向減速移動，檢測到位后，抱板與大夾子閉合。橫進裝置向包裝線裝袋位置減速移動，由限位開關控制到位，觸發(fā)抱板與大夾子把裝滿料的袋子送到輸送帶上，同時夾輥氣缸動作，完成夾送動作。之后卸料門打開，開始裝袋。折邊、封袋。當上一工序完成后，折邊、封袋裝置開始工作，包裝袋通過夾口整形機和立袋輸送機進入自動折邊機，經過折邊后，光電開關檢測到包裝袋后，觸發(fā)縫紉機工作，縫合包裝袋。

3.2 上位機的組態(tài)

上位機監(jiān)控系統采用西門子WinCC V7.0自帶的組態(tài)軟件進行組態(tài)。WinCC V7.0軟件具有模塊化結構，支持現場總線技術，具有自己的網絡體系和通信功能，能方便快捷的與下位機進行實時通信，組態(tài)監(jiān)控技術為快捷的數據采集、過程監(jiān)控、生產控制提供了基礎平臺。WinCC V7.0監(jiān)控軟件畫面的工作流程主要包括以下上位機監(jiān)控系統碼垛機械單元畫面。當點擊監(jiān)控畫面碼垛機械系統按鈕時，可以查看分層碼垛機、升降機、托盤倉等板塊的監(jiān)控信息，并且可以對這些板塊根據需要進行操作。上位機監(jiān)控系統包裝機械單元畫面。當點擊監(jiān)控畫面包裝機械系統按鈕時，可以查看電子稱重機、自動供袋機、自動裝袋機、轉位輸送機、編組機、推袋壓袋機等板塊的監(jiān)控信息，并且可以對這些板塊根據需要進行操作。上位機監(jiān)控系統報警畫面。當全自動包裝碼垛生產線出現故障或錯誤報警時，報警指示信號自動彈出，可以點擊主畫面報警記錄按鈕查看，并根據相應提示信息進行操作。上位機監(jiān)控系統參數設置畫面。當全自動包裝碼垛生產線要進行某個動作時，要通過參數設置畫面進行參數設置，點擊主畫面的參數設置按鈕，進入參數設置畫面。參數設置主要涉及控制參數、工藝參數。

結語：

本文以全自動包裝碼垛生產線為研究對象，以西門子S7-400 PLC為基礎設計了全自動包裝碼垛生產線的控制系統，并用WinCC V7.0軟件作為上位機監(jiān)控系統實現了對生產全過程的實時監(jiān)控。本文所構建的全自動包裝碼垛生產線的控制系統能充分發(fā)揮了PLC、WinCC V7.0的技術特點，具有高度自動化、實時監(jiān)控能力強、功能完善、運行穩(wěn)定等突出特點，具有廣闊的工業(yè)應用前景。

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