茶葉裝箱機(jī)PLC控制系統(tǒng)的改造與優(yōu)化

李 紅

（成都紡織高等?？茖W(xué)校，四川成都 611731）

1 PLC控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

PLC誕生于上個(gè)世紀(jì)，在八十到九十年代得到了飛速發(fā)展，現(xiàn)如今已經(jīng)達(dá)到了十分成熟的地步。PLC控制系統(tǒng)是一種可編程邏輯控制器，它在早期的時(shí)候?qū)ιa(chǎn)線的控制只存在邏輯控制，隨著現(xiàn)在高新技術(shù)的發(fā)展，尤其是電腦技術(shù)的飛速發(fā)展，它現(xiàn)在已經(jīng)被用于各行各業(yè)的流水線操作系統(tǒng)之中，并且在一套控制系統(tǒng)中它是作為大腦而存在，操作人員可以通過改變PLC內(nèi)部的編程來(lái)改變對(duì)生產(chǎn)線的控制，大大的提高了工作的效率，同時(shí)也就降低了工作的犯錯(cuò)幾率?，F(xiàn)如今PLC控制系統(tǒng)的快速發(fā)展已經(jīng)使產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)程得到快速的推進(jìn)，PLC控制系統(tǒng)也將越加成熟。

2 茶葉裝箱機(jī)組的特征和工作原理

茶葉裝箱機(jī)組主要是用來(lái)將茶企業(yè)所生產(chǎn)的茶葉稱重然后裝箱的，是茶葉生產(chǎn)流水線上必不可少的一部分，也是茶企業(yè)在生產(chǎn)過程中必須要解決的技術(shù)難題之一。茶葉裝箱機(jī)組主要分為兩種裝箱程序：一是茶葉裝箱程序。在利用該程序工作時(shí)，首先需要有人工放置空箱子，然后茶葉裝箱機(jī)會(huì)自動(dòng)稱重、裝箱、移箱、搖箱等，實(shí)現(xiàn)茶葉自動(dòng)裝箱的操作控制；二是茶葉裝袋程序。在該操控模式下的茶葉裝箱機(jī)組在工作時(shí)，需要人工放置空袋并且按下裝箱機(jī)組的開關(guān)，然后就由裝箱機(jī)組自動(dòng)進(jìn)行稱重、裝袋、搖袋等操作，實(shí)現(xiàn)茶葉自動(dòng)裝箱的操作控制。同時(shí)該茶葉裝箱機(jī)組具有自動(dòng)和手動(dòng)控制兩種功能，還安裝有產(chǎn)量自動(dòng)顯示裝置和稱重程序指示裝置，方便工作人員控制，提高工作效率。

2.1 茶葉裝箱機(jī)組的主要數(shù)據(jù)特性

茶箱規(guī)格大?。洪L(zhǎng)為0.60米、寬為0.55米、高為0.55米；裝箱速度：70箱/小時(shí)；誤差范圍：<0.5%；存儲(chǔ)茶葉的茶斗容積約為2.1立方米；茶葉稱重的茶斗容積約為0.2立方米；電機(jī)功率：搖箱電機(jī)0.61kW，送箱電機(jī)0.71kW；電源220伏、50赫茲；整機(jī)重量：860千克。

2.2 茶葉裝箱機(jī)的工作原理

茶葉裝箱程序在工作時(shí)，是不斷循環(huán)操作一個(gè)相同的程序，第一步：儲(chǔ)存茶葉的茶斗下茶；第二步：自動(dòng)對(duì)已經(jīng)下來(lái)的茶葉進(jìn)行稱重；第三步：茶葉稱重的茶斗下茶裝箱;第四步：對(duì)已經(jīng)裝好箱的茶葉進(jìn)行搖箱；第五步：將包裝好的箱子送到指定的位置。即先將茶葉存儲(chǔ)在儲(chǔ)存茶葉的茶斗里，當(dāng)工作人員按下茶葉裝箱機(jī)組的自動(dòng)程序開關(guān)后，存儲(chǔ)茶葉的茶斗門的啟動(dòng)裝置就會(huì)將茶斗的大門打開，茶葉就會(huì)由于重力的關(guān)系掉落在稱重茶葉的茶斗上，然后稱重茶葉的茶斗會(huì)對(duì)里面的茶葉自動(dòng)稱重，假如重量超過了所設(shè)定的值，稱茶葉的茶斗就會(huì)自動(dòng)打開小門的啟閉裝置，將多余的茶葉通過風(fēng)送管道送回存儲(chǔ)茶葉的茶斗；當(dāng)重量達(dá)不到所設(shè)定的值時(shí)，存儲(chǔ)茶葉的茶斗將會(huì)再次打開落下茶葉，直到稱重茶葉的茶斗里面茶葉的重量達(dá)到所設(shè)定的值為止。然后稱重茶葉的茶斗啟動(dòng)裝置會(huì)被激活，其大門將會(huì)打開向箱中倒入茶葉，搖箱機(jī)也會(huì)啟動(dòng)，將茶葉搖晃均勻，使之盡可能的多裝些茶葉，搖箱機(jī)在此過程中會(huì)不斷降低搖箱的頻率，以防止在搖動(dòng)的過程中將茶葉拋出，裝箱完畢后，送箱機(jī)的開關(guān)被激活，裝滿茶葉的箱子按照指定的路徑送到指定的地方，下一個(gè)空箱子緊隨其后到達(dá)稱重茶葉的茶斗下面，等待下一次裝茶。

茶葉裝袋程序在工作時(shí)，屬于半自動(dòng)裝茶，整個(gè)袋裝過的程序設(shè)定與箱裝的程序設(shè)定基本相同，只存在有少部分的差異。具體裝茶步驟如下：首先裝茶茶斗中的茶葉在程序激活后，從下方的小口中落入稱茶茶斗；然后通過小門的多退少補(bǔ)的程序設(shè)定，使稱茶茶斗中茶葉的重量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值；再然后就需要激活下茶程序的開關(guān)，將已經(jīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)重量的茶葉裝入袋中，同時(shí)搖箱機(jī)開始工作，搖箱的幅度相同。下茶完畢后，將包裝袋扎好推出，同時(shí)稱重茶葉茶斗的斗門關(guān)閉，重復(fù)以上裝袋過程，等待下一次裝茶[1]。

3 用PLC改造茶葉生產(chǎn)線的電氣控制電路

3.1 茶葉裝箱機(jī)的具體改造方案

針對(duì)茶葉裝箱機(jī)的改造，最好的方案是在原有的基礎(chǔ)上對(duì)其內(nèi)部設(shè)計(jì)成新的梯形圖。在這樣的改造方式之下，原來(lái)茶葉裝箱機(jī)組控制系統(tǒng)的外部特征沒有改變，但是其內(nèi)部特征卻得到了很大的改善，在一定程度上降低了繼電控制時(shí)中間繼電器和時(shí)間繼電器的維修難度，也增強(qiáng)了繼電控制在使用時(shí)的可靠性。從生產(chǎn)線操作人員的角度來(lái)看，這次改造不僅使控制系統(tǒng)的可靠性提高了不少，而且還沒有過多的改變茶葉裝箱機(jī)組的操作方式，與原有的操作方式基本一樣，在操作習(xí)慣上不需要做太大的轉(zhuǎn)變。從另一方面來(lái)看，由于對(duì)茶葉裝箱機(jī)的內(nèi)部沒有太大的改造，因此不需要對(duì)茶葉裝箱機(jī)的改造投入太大的財(cái)力。具體改造方案如下：第一點(diǎn)，在不改變茶葉裝箱機(jī)原有的主電路的基礎(chǔ)上，來(lái)保證茶葉裝箱機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式和操作控制系統(tǒng)電氣控制方式不變；第二點(diǎn)，改裝后的茶葉裝箱機(jī)組在自動(dòng)裝箱、自動(dòng)裝袋、手動(dòng)裝箱、手動(dòng)裝袋等的操作方式上不變；第三點(diǎn)，電氣控制系統(tǒng)中的按鈕、行程開關(guān)、熱繼電器等元件的作用基本上與原來(lái)的控制線路相同；第四點(diǎn)，將原PLC編程插入繼電器控制中。

3.2 茶葉裝箱機(jī)組系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

現(xiàn)有的茶葉裝箱機(jī)繼電控制梯形圖是在原有的原理圖的基礎(chǔ)上改造的，因此現(xiàn)有的梯形圖和原有的原理圖在構(gòu)造上有許多的相似點(diǎn)，比如說有相同的動(dòng)合觸點(diǎn)連接。從茶葉裝箱機(jī)的電動(dòng)機(jī)來(lái)看，它的主電路的接觸器的線圈采用的不是220V的交流電源，而是使用的110V交流電源，并且它的電源指示燈僅僅只使用24V的交流電，因此，使用電壓的不同使它們的公共端分了開來(lái)。為了保證線路的安全，接觸器的線圈則使用另一公共端[2]。

3.3 PLC控制軟件改造

設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)改造PLC梯形圖時(shí)，考慮到減少工作人員在編程和閱讀程序時(shí)的負(fù)擔(dān)，為了方便操作，便將PLC內(nèi)部的時(shí)間繼電器的設(shè)定值保持與原電路相應(yīng)的時(shí)間繼電器的設(shè)定值一致。

盡管茶葉裝箱控制與茶葉裝袋控制在操作過程中有許多相似的地方，但是他們?nèi)匀贿€是有不小的區(qū)別，因此，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)要將兩者隔離開來(lái)，避免兩套程序相互干擾。同時(shí)，設(shè)計(jì)師還需要將裝箱的自動(dòng)控制程序和手動(dòng)控制程序隔離開來(lái)。因此，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)就得必須選擇跳轉(zhuǎn)指令進(jìn)行控制，以此來(lái)保證程序在運(yùn)作的過程中不會(huì)出現(xiàn)意外。另一方面，為了能夠有效地確保裝箱啟動(dòng)按鈕和停止按鈕在運(yùn)行時(shí)不會(huì)出錯(cuò)，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)裝箱控制程序時(shí)，采用主控指令的控制方式來(lái)進(jìn)行控制。在裝箱自動(dòng)和手動(dòng)控制過程中，在控制稱重茶葉所對(duì)應(yīng)的PLC接點(diǎn)輸入相應(yīng)的信號(hào)，來(lái)完成對(duì)應(yīng)的大門、小門得到控制，完成自動(dòng)關(guān)閉和自動(dòng)開啟的指令，以此來(lái)平衡自動(dòng)下茶的重量，達(dá)到控制自動(dòng)下茶的目的[3]。

4 程序調(diào)試

為了確保程序在運(yùn)作時(shí)能夠及時(shí)的切斷大門和小門的接點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員可以利用PLC內(nèi)部時(shí)間繼電器的磅秤精度調(diào)節(jié)，其原理是以秤桿的穩(wěn)定來(lái)保證對(duì)大門和小門的及時(shí)切斷，最終達(dá)到保證所得到的茶葉量是標(biāo)準(zhǔn)量的目的。其中的時(shí)間間隔大約保持在兩秒附近，時(shí)間太長(zhǎng)，則可能導(dǎo)致大門、小門多次反復(fù)開關(guān)；時(shí)間太短，則可能導(dǎo)致茶葉沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)量。因此，工作人員需要多次的進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際情況反復(fù)的增加或減少茶葉的重量，一直到茶葉的重量和設(shè)定值相同時(shí)即可。這個(gè)操作步驟是整個(gè)程序調(diào)控不可缺少的步驟，也是茶葉裝箱的重中之中。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)PLC的利用，可以使整個(gè)茶葉裝箱流水線實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，所有的裝箱步驟都可以通過流水線自動(dòng)完成，使其自動(dòng)化程度得到進(jìn)一步提高。從另一方面來(lái)看，PLC解決了原茶葉裝箱機(jī)組故障率高的問題，使整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的生產(chǎn)效率得到了提高，也降低了維修成本，提高了企業(yè)效益。

[1]范永勝，王岷.電氣控制與PLC應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2016:178-188.

[2]李道霖.電氣控制與PLC原理及應(yīng)用［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2015:105-108.

[3]蔡紅斌，郭和偉.電氣與PLC控制技術(shù)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2016:184-186.