基于PLC和觸摸屏的食品包裝自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

[摘 要] 隨著社會經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人們對食品包裝也提出了更高的要求，傳統(tǒng)食品包裝生產(chǎn)線已不能適應(yīng)現(xiàn)代化社會發(fā)展下人們的多樣化需求，為了食品包裝生產(chǎn)效率及其質(zhì)量的提升，應(yīng)快速提升食品生產(chǎn)包裝自動化水平。分析基于PLC和觸摸屏的食品包裝自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并提出實(shí)用性應(yīng)用策略。

[關(guān) 鍵 詞] PLC；觸摸屏；食品包裝自動化生產(chǎn)線；控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

[中圖分類號] TP273 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）18-0180-02

隨著人們生活水平的不斷提升，對食品的需求量也隨之增大。這時(shí)食品生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)基于市場實(shí)際訂單需求量，及時(shí)調(diào)整食品種類，合理安排食品生產(chǎn)線，適當(dāng)改善生產(chǎn)線食品配方及其工藝參數(shù)，嚴(yán)格控制溫度及時(shí)間等顯得尤為重要。而傳統(tǒng)的手動、機(jī)械式食品包裝技術(shù)已經(jīng)不能滿足多樣化、定制化的要求。西方國家的食品生產(chǎn)線自動化程度很高，國內(nèi)的生產(chǎn)線大都是人工模式，或者是半自動控制，此類模式生產(chǎn)效率低，其間工藝參數(shù)的調(diào)整需要很多時(shí)間。這些問題都說明分析基于PLC和觸摸屏的食品包裝自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對國內(nèi)食品加工行業(yè)發(fā)展有著很大的推進(jìn)意義。

一、食品包裝自動化生產(chǎn)線概論

食品包裝自動生產(chǎn)線包括自動包裝機(jī)、輔助設(shè)備、輸送裝置、食品包裝、檢測、自動調(diào)整補(bǔ)償設(shè)備控制幾個(gè)方面，需要包裝的產(chǎn)品要持續(xù)送上生產(chǎn)線，在一定位置加入包裝材料，產(chǎn)品根據(jù)相應(yīng)的工藝流程，最后由另一端輸出，此類工藝流程不需要人工加入，可以直接自動化完成輸送和包裝。

（一）顆粒及粉末材料包裝流程

顆粒及粉末材料包裝流程主要是：1.包裝材料的輸送，這是為了有效避免柔性材料由于不同張力的伸縮而導(dǎo)致商標(biāo)圖案不完整，而裝設(shè)的自動檢測補(bǔ)償裝置；2.包裝材料的成型，這是用成型機(jī)構(gòu)將包裝材料設(shè)定成規(guī)定的形狀，之后再進(jìn)行封邊，僅需給物料的填充保留一邊開口；3.物料的稱量及其填充：給稱量機(jī)上裝設(shè)物重檢測設(shè)備，以此進(jìn)行物料高精度動態(tài)稱量，之后再基于自重或者是加料機(jī)構(gòu)把已經(jīng)成型的產(chǎn)品裝進(jìn)袋中；4.封口（抽氣、充氣），填料完成之后的產(chǎn)品應(yīng)進(jìn)行封口，不同產(chǎn)品應(yīng)選擇不同方式；5.切斷輸送，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)制袋和加料的包裝機(jī)大都是在產(chǎn)品全部包裝完成之后，進(jìn)行送出切斷操作；6.物重選別，這主要是二次稱量之后篩選出合格的產(chǎn)品，未達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品則應(yīng)及時(shí)分流。

（二）自動包裝線簡述

自動包裝線包括稱量機(jī)、成型充填封口機(jī)、物重選別機(jī)、打印器、輸送機(jī)等設(shè)備，基于規(guī)范的工藝流程要求合理控制系統(tǒng)功能：其一，著眼于包裝物品輸入，再到產(chǎn)品輸出等各個(gè)環(huán)節(jié)的順序控制；其二，稱量重量模擬量有效控制；其三，嚴(yán)格監(jiān)視相關(guān)設(shè)備具體運(yùn)行情況，及時(shí)輸入工作參數(shù)，同時(shí)合理簡化操作面板，這些都應(yīng)具備科學(xué)有效的人機(jī)界面；其四，要具備科學(xué)完善的故障檢測及其警報(bào)功能。

（三）氣動執(zhí)行元件

生產(chǎn)線上所有的動態(tài)稱量機(jī)及其成型充填封口機(jī)，或者是打印設(shè)備等，均應(yīng)是基于氣動執(zhí)行元件來實(shí)現(xiàn)，利用電磁閥來控制汽缸，確保其有效完成相應(yīng)操作。其間包裝材料的輸送及其牽引，或者是包裝操作完成之后，再進(jìn)行選別和輸送，這些程序及其設(shè)備均應(yīng)以電動機(jī)來實(shí)現(xiàn)。

二、食品包裝自動化生產(chǎn)線工藝流程

傳統(tǒng)食品包裝都是采用手工來完成的，隨著社會的不斷發(fā)展，此類包裝方式早已適應(yīng)不了現(xiàn)代化社會發(fā)展需求，為了提高生產(chǎn)線工作效率及其質(zhì)量，降低工作人員的勞動量，為企業(yè)節(jié)約成本，積極研究開發(fā)新型自動化食品包裝控制系統(tǒng)就顯得非常必要。食品自動化包裝是基于自立袋而完成包裝的，此類自立袋可確保自動化包裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)科學(xué)有效。將自立袋引入生產(chǎn)線流程中，從而設(shè)計(jì)新型流。生產(chǎn)流程改善之后，是通過高壓真空壓縮機(jī)來輸送物料，這也是物料的來源，再人工輔助將食品裝進(jìn)自立袋中，同時(shí)利用自動運(yùn)輸系統(tǒng)將其傳輸至封口機(jī)，再進(jìn)行封口操作，于下個(gè)流程處進(jìn)行自動噴碼，這些程序都完成之后再進(jìn)行理料與整料，最終打包裝袋，整個(gè)流程的完成則表示食品包裝成功。

三、自動化生產(chǎn)整體方案設(shè)計(jì)

（一）設(shè)備外形

設(shè)備外形尺寸的大小是設(shè)備的長、寬、高，同時(shí)基于相應(yīng)的生產(chǎn)流程和食品包裝特性進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般設(shè)備長度設(shè)計(jì)不可大于26200毫米，其寬度也不能大于3800毫米，高度也不能大于2400毫米。

（二）小袋人工放料速度設(shè)計(jì)

可根據(jù)每小袋10秒的速度來設(shè)計(jì)，之后的大包裝應(yīng)是一個(gè)人來完成。

（三）包裝自動化生產(chǎn)節(jié)拍

包裝自動化生產(chǎn)節(jié)拍可設(shè)計(jì)成每禮包3.75秒。

（四）自立袋放置人數(shù)

應(yīng)著眼于食品包裝需求和企業(yè)規(guī)模來設(shè)計(jì)，一般自立袋放置人數(shù)可設(shè)置成30個(gè)座位，具體生產(chǎn)中可對其進(jìn)行調(diào)整。

四、生產(chǎn)線自動化控制設(shè)計(jì)

生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)應(yīng)注意以下幾方面要求：

（一）緊急操作按鈕

生產(chǎn)線運(yùn)行中極易出現(xiàn)意外的情況，這時(shí)就應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的緊急按鈕在控制系統(tǒng)中，如果產(chǎn)生了意外情況，可及時(shí)按壓該按鈕，這時(shí)系統(tǒng)就會即刻停止，也避免了安全事故的發(fā)生。

（二）運(yùn)行方式設(shè)置

生產(chǎn)線具體操作時(shí)，應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的自動方式，并且設(shè)置一定的手動方式，這有助于系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生故障時(shí)，手動方式設(shè)備維修及其調(diào)試的有效率提升。

（三）報(bào)警裝置

設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)故障時(shí)，報(bào)警設(shè)備可及時(shí)提醒相關(guān)工作人員，從而提升系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

（四）互鎖及聯(lián)鎖

自動化生產(chǎn)控制是基于相應(yīng)的程序控制來實(shí)現(xiàn)的，其工作方式可以是多種多樣的，但是這些方式不可以同時(shí)工作，這時(shí)就應(yīng)在控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)聯(lián)鎖或者是互鎖。

（五）觸摸屏上進(jìn)度條顯示

系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)度可利用屏幕上的進(jìn)度條顯示，及時(shí)了解系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)度。

五、軟硬件設(shè)計(jì)

（一）硬件設(shè)計(jì)

PLC（可編程控制器），其可靠性高且編程簡單，維修方便。為了更直觀的了解生產(chǎn)過程以及監(jiān)控信號的動態(tài)變化需上位機(jī)、觸摸屏與可編程控制器的配合，這樣才能形成科學(xué)有效的食品包裝自動生產(chǎn)線控制系統(tǒng)。其間PLC（CPU）單元為整個(gè)生產(chǎn)過程控制的關(guān)鍵單元，觸摸屏的RS-232串口與CPU通訊，可確保系統(tǒng)輸出模塊給外部設(shè)備傳輸信號，推動各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)展開操作。傳感器能夠把信號充分反饋于輸入模塊，以此來改變各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)。CPU單元在輸入模塊中進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，獲得數(shù)據(jù)變化控制的相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動態(tài)，使其形成良好的控制回路。應(yīng)基于生產(chǎn)線需要的點(diǎn)數(shù)量及其系統(tǒng)控制來選擇適宜的PLC、觸摸屏。

（二）軟件設(shè)計(jì)

通?？刂葡到y(tǒng)都是選擇三菱GT 1055（320*240）的觸摸屏，再是5.7英寸的彩色液晶屏。其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，相應(yīng)的控制參數(shù)可靈活設(shè)計(jì)，也能更好地管理實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及其整個(gè)系統(tǒng)。GT 1555是基于GT Designer 3而設(shè)計(jì)的程序，其具備多種控制器件、其圖形控件和功能控件，能構(gòu)建各類動態(tài)功能及其控制功能，從而使得系統(tǒng)故障可視化，亦可深層讀取PLC中的海量數(shù)據(jù)，同時(shí)充分顯示現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)。

1.變量設(shè)定

相關(guān)的變量與觸摸屏組態(tài)功能、PLC響應(yīng)接點(diǎn)以及相應(yīng)的儲存單元構(gòu)建聯(lián)系，這樣觸摸屏敏感元件的PLC參數(shù)進(jìn)行輸入時(shí)，PLC的豎直及其警報(bào)信號可以給觸摸屏相應(yīng)的輸出信號。

2.設(shè)置通訊參數(shù)以確保觸摸屏及PLC的通信

基于生產(chǎn)線相關(guān)控制要求來設(shè)計(jì)控制各功能的實(shí)際操作界面。下級界面都會設(shè)置返回上級界面的按鈕，設(shè)置參數(shù)的子界面及其手動模式等也會設(shè)置相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)界面切換按鈕。其間相應(yīng)的手動模式可提供生產(chǎn)線的變頻器啟?？刂?、上料和卸料的皮帶正反轉(zhuǎn)控制、閘口的開關(guān)控制。自立袋生產(chǎn)數(shù)量及其閘口傳輸帶的具體情況，可根據(jù)工程狀況來設(shè)置適宜的數(shù)值進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)其參數(shù)可充分顯示于觸摸屏上，自動畫面上會顯示變頻器運(yùn)行

速度，以及其相應(yīng)的生產(chǎn)數(shù)量及生產(chǎn)設(shè)置。

3.PLC程序設(shè)計(jì)

食品包裝自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)多采用CT simulator 3 PLC模擬，此類軟件是調(diào)試軟件，能夠快速地編寫程序，再展開相應(yīng)的模擬調(diào)試。為了確保生產(chǎn)線具備適當(dāng)?shù)娜嵝?，其程序可進(jìn)行手動操作也可自動運(yùn)行?；谏a(chǎn)線來完成相應(yīng)的動作功能，PLC程序設(shè)計(jì)應(yīng)全面考慮包裝對象的具體特征及其工序間的聯(lián)系。比如電機(jī)突然加減速，這時(shí)自立袋向其相應(yīng)的護(hù)欄之間倒料或者是滑動，為了有效防止此類情況的出現(xiàn)，則程序設(shè)計(jì)的電機(jī)應(yīng)是加減速模式，其速度以及加減速時(shí)間數(shù)值可隨時(shí)調(diào)節(jié)。同時(shí)封口機(jī)前面應(yīng)設(shè)置報(bào)警器，如果物料堵塞了封口機(jī)會及時(shí)發(fā)出警報(bào)。噴碼處、禮包包裝處務(wù)必設(shè)置相應(yīng)的計(jì)數(shù)器，以此來確保食品包裝自動化生產(chǎn)線及時(shí)轉(zhuǎn)為智能運(yùn)行。注重滿載操作的各方面要求，相應(yīng)的控制操作應(yīng)以觸摸屏以及PLC控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。

隨著人們生活水平的不斷提升，對食品的需求量也隨之增大。傳統(tǒng)食品生產(chǎn)線早已不能適應(yīng)現(xiàn)代化社會發(fā)展要求，西方國家的食品生產(chǎn)線自動化程度很高，國內(nèi)的生產(chǎn)線大都是人工模式，或者是半自動控制，此類模式生產(chǎn)效率低，其間工藝參數(shù)的調(diào)整需要很多時(shí)間，這嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的快捷支付。這些問題都說明分析基于PLC和觸摸屏的食品包裝自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對國內(nèi)食品加工行業(yè)發(fā)展有著很大的推進(jìn)意義。本文分析了基于PLC和觸摸屏的食品包裝自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并提出實(shí)用性應(yīng)用策略，以期提升國內(nèi)食品包裝自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平。

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