包裝生產(chǎn)線自動計數(shù)裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計

易 銘

（佛山職業(yè)技術(shù)學院機電工程系，廣東佛山 528137）

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中大量的產(chǎn)品需要進行包裝與裝箱，僅僅依靠人工來完成這些復(fù)雜的工作，勞動強度大，效率低，不能適應(yīng)現(xiàn)代化快速生產(chǎn)的需要，于是包裝生產(chǎn)線應(yīng)運而生。本文完成包裝生產(chǎn)線自動計數(shù)裝箱控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計。

1 系統(tǒng)功能

包裝生產(chǎn)線自動裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計有兩條傳送帶，如圖1所示

傳送紙箱由傳送帶1完成，運走已裝夠產(chǎn)品數(shù)量的箱子，并傳送來一只空紙箱，為了檢測空紙箱是否準確到位，在傳送帶1上安裝一個光電檢測器1，光電檢測器1的位置正對著傳送帶2末端中間位置。傳送帶2傳送產(chǎn)品，將產(chǎn)品從生產(chǎn)車間運來并傳送到紙箱內(nèi)。傳送路徑為當產(chǎn)品到達傳送帶2的末端時，產(chǎn)品會自動落入紙箱內(nèi)，由光電檢測器2檢測到信號并轉(zhuǎn)換成計數(shù)脈沖，實現(xiàn)自動計數(shù)。設(shè)計具體要求如下所述。

圖1 生產(chǎn)線自動裝箱系統(tǒng)示意

（1）按下控制裝置啟動按鈕SB1后，傳送帶1先啟動運行，輸送空紙箱向前移動，達到指定位置后，傳感器S1發(fā)出信號，使傳送帶1制動停止，制動時間2 s。

（2）傳送帶1停車后，傳送帶2啟動運行，產(chǎn)品逐一落入箱內(nèi)，由傳感器S2檢測產(chǎn)品數(shù)量，當累計產(chǎn)品數(shù)量達到12個時，傳送帶2延時1 s停車，傳送帶1啟動運行。

（3）上述過程循環(huán)進行，直到按下停止按鈕SB3，傳送帶1和傳送帶2同時停止。

（4）重新啟動后，能接著計數(shù)裝箱。

（5）故障清除后，必須復(fù)位，才能重啟，并重新計數(shù)裝箱。

（6）傳送帶1和傳送帶2應(yīng)有獨立點動控制，便于維修和調(diào)試。

2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

在深入了解被控對象的工藝過程的基礎(chǔ)上，分析控制要求，同時考慮到今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝改進的需要，選用FX3U-48MT作為控制器來設(shè)計控制系統(tǒng)［1］。

2.1 控制對象分析

2.1.1 輸入信號

輸入信號共9個，包括主令信號和現(xiàn)場檢測信號。

（1）主令信號。主令信號有點動1、點動2、啟動、停止、測試/復(fù)位、急停和工作方式選擇7個。

（2）現(xiàn)場檢測信號?，F(xiàn)場檢測信號2個。

考慮PLC點數(shù)限制，本任務(wù)不引入3個接觸器的反饋信號，熱繼電器FR1和FR2的觸點也不進PLC控制系統(tǒng)。

2.1.2 輸出信號

輸出信號共9個，包括指示類信號和現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)接觸器。

（1）指示類信號。指示類信號有1#傳送帶運行指示HL1、2#傳送帶運行指示HL2、停止/故障指示HL3、測試按鈕按下指示HL4、手動模式指示HL5和自動模式指示HL6，共計6個。

（2）現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)接觸器?，F(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)的接觸器KM1、KM2、KM3，計3個，分別用直流中間繼電器KA1、KA2、KA3進行隔離驅(qū)動。

2.2 I/O地址分配

根據(jù)對控制對象的分析，對輸入輸出元件作出分配，如表1所示。

表1 I/O地址分配表

3 硬件設(shè)計

根據(jù)表1地址分配情況，設(shè)計I/O接線，如圖2所示。

圖2 I/O接線圖

4 軟件設(shè)計

4.1 控制程序流程圖總體設(shè)計

根據(jù)控制要求與思路，設(shè)計控制系統(tǒng)的程序總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 控制程序流程圖總體結(jié)構(gòu)

4.2 主程序組成

主程序按功能要求可分為以下5部分，其組成如圖4所示。各組成部分的功能如下所述。

（1）公用程序是無條件執(zhí)行的，主要處理手動到自動的工作方式切換。

（2）手動程序是條件執(zhí)行的，當選擇開關(guān)X005斷開，且系統(tǒng)無故障時，可執(zhí)行傳送帶1和傳送帶2的點動控制。

（3）自動程序是條件執(zhí)行的，當選擇開關(guān)X005接通，且系統(tǒng)無故障時，執(zhí)行生產(chǎn)線周而復(fù)始地自動裝箱控制。用主控指令來判斷條件是否滿足，用步進流程來實現(xiàn)自動控制功能［2］。

在兵團工會干部的“親戚”中，有一戶不同尋常的親戚。那就是工會干部王霞的“親戚”麥合木提·麥合蘇提家。麥合木提·麥合蘇提的姐姐、姐夫相繼去世，留下來兩個孩子，姐姐是在生下第二個孩子時去世的，當時大孩子三歲，第二年姐夫也相繼去世。目前兩個孩子由其母親代撫養(yǎng)，其母親身體不好，麥合木提·麥合蘇提每年用他微薄的收入除了照顧自己家庭還要接濟姐姐的兩個孩子。

（4）報警程序是無條件執(zhí)行的，用于故障報警處理。

（5）輸出驅(qū)動和顯示程序也是無條件執(zhí)行的。用于實現(xiàn)最終輸出驅(qū)動、工作狀態(tài)的顯示和測試信號燈的功能。為了避免雙線圈輸出，在手動和自動程序中，用中間信號代替輸出，最終輸出驅(qū)動在本程序段完成。

4.3 各程序的設(shè)計

4.3.1 公用程序段設(shè)計

公用程序段設(shè)計如圖5所示。當系統(tǒng)處于手動工作方式時，X005斷開，用ZRST指令將自動控制SFC中各狀態(tài)步（S0～S30）復(fù)位。否則當系統(tǒng)從自動工作方式切換到手動工作方式，然后再返回自動工作方式時，可能會出現(xiàn)有兩個活動步的異常情況［3］。用MOV指令將輸出Y24～Y27清零。當故障出現(xiàn)時，也執(zhí)行上述清零操作。清零操作完畢或PLC上電時，置位SFC的初始步S0。

圖4 主程序組成

圖5 公用程序

4.3.2 手動程序段設(shè)計

當手動操作條件滿足時，用SB4點動傳送帶1運行，用SB5點動傳送帶2運行。

4.3.3 自動程序段設(shè)計

根據(jù)控制要求，可繪制生產(chǎn)線自動裝箱控制系統(tǒng)的工藝流程如圖6a所示。

根據(jù)圖6a繪制自動控制順序功能圖SFC，如圖6b所示。

圖6 工藝流程及自動控制順序

自動控制程序段如圖7所示。

圖7 自動控制程序

圖7 中，帶1自動運行中間信號M21、帶2自動運行中間信號M22和M23的線圈前增加M0常開觸點。其作用是：按下停止按鈕SB3，傳送帶1和傳送帶2能同時停止；重新啟動后，能接著計數(shù)裝箱。

4.3.4 報警程序段設(shè)計

報警程序如圖8所示。

圖8 報警程序

由圖8可知，當故障信號（X007）出現(xiàn)時，在操作面板上用一個LED（HL4）來指示。故障信號出現(xiàn)后，故障輸出LED以1Hz的頻率閃爍。用應(yīng)答輸入（復(fù)位按鈕SB6）來檢測故障，如果故障已排除，則LED停止閃爍；如果故障仍然存在，則LED轉(zhuǎn)換為常亮狀態(tài)直到故障被排除。圖8中用M4來存放報警信號，用M5來存放故障輸出。同樣，急停（X027）拍下時，也產(chǎn)生故障信號，急停復(fù)位后，也復(fù)位故障保存。

4.3.5 輸出驅(qū)動和顯示程序段設(shè)計

輸出驅(qū)動和顯示程序段如圖9所示。

圖9 輸出驅(qū)動和顯示程序

第103步邏輯行是帶1繼電器的輸出驅(qū)動，第106步邏輯行是帶2繼電器的輸出驅(qū)動。集中輸出驅(qū)動，可以有效避免雙線圈輸出。第110步邏輯行是產(chǎn)品計數(shù)控制。

第115步邏輯行到第132步邏輯行是工作狀態(tài)指示。每個狀態(tài)指示的輸出均并了一個測試/復(fù)位按鈕，用于測試指示燈是否能正常點亮。

因為沒有接運行反饋信號，所以第121步邏輯行的停止顯示用所有驅(qū)動中間繼電器的常閉觸點作為停止信號。

5 小結(jié)

在調(diào)試的過程中，觀察生產(chǎn)線自動裝箱過程是否滿足要求，裝箱過程按下停止并重新啟動后，看系統(tǒng)能否繼續(xù)工作。模擬產(chǎn)品通過傳感器S3，用程序監(jiān)控，觀察計數(shù)是否正確?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中大量的產(chǎn)品需要進行計數(shù)與裝箱，包裝生產(chǎn)線自動計數(shù)裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計解決了依靠人工來完成這些復(fù)雜的工作，勞動強度大，效率低的問題，適應(yīng)現(xiàn)代化快速生產(chǎn)的需要。

參考文獻：

［1］王曉瑜.基于PLC.VVVF和HMI的無級變行程錨桿鉆機液壓驅(qū)動控制系統(tǒng)改造［J］.機床與液壓,2016（2）:175-178.

［2］王曉瑜.基于PLC及反饋電路的步進電機閉環(huán)控制系統(tǒng)改造［J］.機床與液壓,2014（16）:172-173.

［3］張俊,熊家慧,郭愛云.定量包裝控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.包裝工程,2016（13）:134-139.