基于包裝生產(chǎn)線自動化控制的關(guān)鍵技術(shù)研究

趙建國 袁娜娜 楊 東 于紅偉 姜深革

(1.青島連成金展包裝有限公司 山東 青島 266000 2.青島宏運包裝印刷物資有限公司 山東 青島 266000)

引言

為不斷提升包裝生產(chǎn)線的整體運行效率與安全,為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟收益,則應(yīng)當積極引進自動化控制系統(tǒng)?；诳删幊踢壿嬁刂破鱌LC技術(shù)的支持,架構(gòu)自動化控制系統(tǒng),打造全新的包裝生產(chǎn)線運行模式,發(fā)揮出自動化控制系統(tǒng)運行的價值與作用。

1 包裝生產(chǎn)線自動化控制的意義

1.1 自動化管理

現(xiàn)代企業(yè)的包裝生產(chǎn)線運行時,合理引進自動化控制系統(tǒng),建構(gòu)自動化控制運行的包裝生產(chǎn)線,能夠完成對包裝各個環(huán)節(jié)設(shè)備機械的自動化、智能化管理,極大地降低生產(chǎn)運營成本,使得設(shè)備機械的綜合利用率得到有效提升。

1.2 高效率生產(chǎn)

通過對自動化控制的包裝生產(chǎn)模式分析可知,在該種運行模式中,設(shè)備的故障率降低、人員的誤操作規(guī)避、產(chǎn)品的殘次率下降,能夠保證產(chǎn)品的高效率生產(chǎn),不斷提升企業(yè)的產(chǎn)能,為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益[1]。

2 包裝生產(chǎn)線自動化控制的主要流程

2.1 包裝生產(chǎn)線工藝流程

A公司的某食品進行包裝生產(chǎn)線自動化控制時,則主要包含以下五道包裝生產(chǎn)工藝。

⑴ 原材料的清洗。為保證食品加工的質(zhì)量,必須對食品加工的原材料進行徹底有效的清洗處理,必要時可適用殺菌設(shè)備,對材料進行深度清洗,達到滅菌清洗的預(yù)期效果。

⑵ 原材料的烘干處理。在對原材料進行清洗時,將使得材料的表面殘留一定水分與殺菌劑,為此則需要對原材料進行有效的烘干處理。為達到預(yù)期烘干的效果,則可以采取輻射傳熱的方式,加快原材料烘干的效率。

⑶ 整料工藝。為達到食品加工的預(yù)期效果,則需要針對原材料進行特殊處理,提高食品包裝生產(chǎn)的整體效率與質(zhì)量。

⑷ 包裝處理。在原材料進行統(tǒng)一的整料處理后,則應(yīng)當在相關(guān)設(shè)備的作用下,快速完成包裝處理。

⑸ 利用專用的滾子和孔帶,進而對包裝好的商品進行分級分類,為后續(xù)商品的銷售提供保障。

2.2 全自動包裝單元作業(yè)流程

A公司的某產(chǎn)品進行包裝生產(chǎn)時,采用塑料薄膜作為包裝材料,并通過兩頭扎口的方式完成食品的包裝。為有效提升包裝生產(chǎn)的效率,則可以設(shè)定全自動包裝單元作業(yè)流程,如配置供袋設(shè)備、送袋設(shè)備、切袋設(shè)備、開口設(shè)備、收口設(shè)備等,在多個機械設(shè)備的相互配合輔助下,快速完成食品的包裝生產(chǎn)。為達到自動化包裝生產(chǎn)的預(yù)期效果,則可以合理設(shè)置輥軸轉(zhuǎn)動參數(shù)、配置真空管路、刀具運行參數(shù),以保證食品加工的安全性與高效性,避免由于相關(guān)機械設(shè)備匹配不當,對包裝生產(chǎn)線的整體運行造成不利影響[2]。

3 包裝生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

3.1 上位機系統(tǒng)設(shè)計

A公司的產(chǎn)品進行包裝生產(chǎn)時,為實現(xiàn)高效生產(chǎn)、安全生產(chǎn)、環(huán)保生產(chǎn)的總體目標,公司技術(shù)部門進行上機位系統(tǒng)設(shè)計時,依據(jù)國家相關(guān)部門的包裝生產(chǎn)要求,針對刀具的規(guī)格、夾具的參數(shù)、電氣原理圖進行深化,以保證后續(xù)自動化控制包裝生產(chǎn)運行的整體安全性與可靠性。

在上機位系統(tǒng)進行設(shè)計時,技術(shù)人員不僅需要考量包裝生產(chǎn)線所有電器元件的運行安全性能,同時需要分析評估自動化控制系統(tǒng)的魯棒性,以及電氣控制系統(tǒng)的抗干擾能力,避免系統(tǒng)運行過程中,相關(guān)電氣設(shè)備相互干擾,直接影響到包裝生產(chǎn)的安全性與可靠性。為達到上述工作目標,技術(shù)人員則選擇PCL技術(shù),將其作為自動化控制系統(tǒng)的核心,為后續(xù)公司產(chǎn)品的自動化包裝生產(chǎn)控制管理提供有力保障。

3.2 PLC選型

通過對PLC系統(tǒng)進行分析可知,該系統(tǒng)主要是基于用戶的要求進行預(yù)編程,進而設(shè)定相關(guān)的功能性程序,而后則基于CPU的控制運行相關(guān)程序。在程序運行過程中對應(yīng)包裝生產(chǎn)線工藝的銜接與切換,實現(xiàn)對包裝生產(chǎn)線的自動化控制。鑒于PLC控制系統(tǒng)的指令信號傳輸方式為單向性,使得PLC控制的系統(tǒng)程序,只能由一個指令轉(zhuǎn)變?yōu)橄乱粋€指令完成單向的運行。同時,在相關(guān)的時間段內(nèi)僅可以運行一段程序,并對該程序進行無限循環(huán),完成包裝生產(chǎn)的自動化重復(fù)。

在現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)發(fā)展背景下,PLC系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。為滿足企業(yè)包裝生產(chǎn)線的自動化控制,則需要合理開展PLC選型,如接口電路、電源、通信模塊等。在PLC控制系統(tǒng)運行過程中,電源模塊非常重要,為確保PLC系統(tǒng)整體運行的穩(wěn)定性與可靠性,則需要選擇安全性相對較高的電源模塊,保證電源模塊穩(wěn)定的提供電力輸出。在電源支持下,CPU則會基于PLC系統(tǒng)既定程序進行研判,根據(jù)包裝生產(chǎn)線相關(guān)機械設(shè)備的運行參數(shù)反饋信息,進而作出不同的研判結(jié)論,并下達相關(guān)的控制指令,完成對包裝生產(chǎn)線的自動化控制[3]。

比如,A公司的復(fù)雜產(chǎn)品進行包裝生產(chǎn)加工時,設(shè)計人員選擇S7-200軟件與PLC系統(tǒng)。鑒于生產(chǎn)包裝現(xiàn)場的走線復(fù)雜較多,若不對線束進行有效的集成與管理升級,將必然影響到后續(xù)系統(tǒng)運行維護的成本,同時可能會影響到包裝生產(chǎn)線整體運行的安全性與可靠性。為此,技術(shù)人員在進行PLC硬件組成選型時,則選擇了PROFIBUS-DP數(shù)據(jù)通信功能模塊,進而應(yīng)對復(fù)雜的數(shù)據(jù)通信工作挑戰(zhàn),有效提高了包裝生產(chǎn)線的控制效果,并實現(xiàn)對生產(chǎn)線運行成本的有效控制。

通過對PLC控制系統(tǒng)的作業(yè)流程進行分析,則可以發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)主要包含以下五個階段:①系統(tǒng)內(nèi)處理階段,主要完成PLC既定程序的分析處理;②數(shù)據(jù)信號的處理階段,該階段需要針對包裝生產(chǎn)線相關(guān)機械設(shè)備反饋的信號進行有效集成處理,一般由通信模塊進負責;③輸入掃描階段,該環(huán)節(jié)系統(tǒng)主要是識別用戶輸入的操作指令,并根據(jù)用戶輸入的操作指令,針對系統(tǒng)控制的程序做出調(diào)整,保證包裝生產(chǎn)的整體有效性與安全性;④用戶程序執(zhí)行階段,該階段主要是完成邏輯判斷,避免由于用戶的誤操作,進而對包裝生產(chǎn)線的安全運行造成不利影響;⑤輸出階段,該階段需要將用戶程序執(zhí)行結(jié)果,快速輸出到數(shù)據(jù)通信模塊當中,并基于電信號的轉(zhuǎn)換處理,生成最終的主控指令,完成對包裝生產(chǎn)線各類機械設(shè)備運行的自動化控制,充分發(fā)揮出PLC系統(tǒng)運行的價值與優(yōu)勢。

3.3 PLC相關(guān)模塊的選用

PLC相關(guān)模塊的選用,將直接影響到自動化系統(tǒng)硬件的整體運行效能。鑒于PLC系統(tǒng)運行的特點,使得該系統(tǒng)主要包含模擬量輸入模塊、輸入輸出接口、I/O模塊等。為保證相關(guān)模塊之間的兼容性,A公司的設(shè)計人員則選擇西門子公司的S7-300PLC主控軟件,并基于該軟件選擇相關(guān)的模塊組件。

其一,在數(shù)字量輸入/輸出模塊進行選擇時,設(shè)計人員選擇SM322、SM321的輸入模塊,并保證模塊與PLC系統(tǒng)的運行電源統(tǒng)一為24V,而在數(shù)量選擇時,則需要根據(jù)A公司產(chǎn)品包裝生產(chǎn)的具體需求。

其二,分布式I/O模塊的選用,為匹配S7-300PLC主控軟件的運行,設(shè)計人員選用ET200系列的I/O模塊,因為該模塊中帶有IM153-1接口,使得該模塊具備很強的擴展性,能夠滿足包裝生產(chǎn)線自動化控制運行的程序調(diào)試需求。

其三,模擬量輸入/輸出模塊,鑒于該模塊主要是負責傳感器信號的傳輸,以保證PLC控制系統(tǒng)運行的整體穩(wěn)定性。為此,在該模塊選用時,可選擇SM331,通過對相關(guān)模塊運行參數(shù)的調(diào)試,以保證系統(tǒng)運行的整體穩(wěn)定性與可靠性。

其四,則是進行人機交互界面系統(tǒng)的選用,設(shè)計人員可選用西門子公司的MP277型號觸摸屏產(chǎn)品,保證該產(chǎn)品與PLC控制系統(tǒng)具有一定的兼容性。同時,在該顯示屏運行時,具備防水防塵的功能,能夠適應(yīng)車間的生產(chǎn)環(huán)境,避免進行頻繁的檢修維護[4]。

4 包裝生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

4.1 編程裝置和編程軟件的選擇

自動化控制系統(tǒng)進行軟件設(shè)計時,主要是基于PLC技術(shù)的支持,進而完成人機交互系統(tǒng)的設(shè)計。如編程器進行選擇時,應(yīng)當基于A公式產(chǎn)品的包裝生產(chǎn)要求,選擇相對應(yīng)的編程器,如簡單型的編程器,便于工作人員隨身攜帶,同時能夠?qū)Πb生產(chǎn)線進行現(xiàn)場調(diào)試,具體工作進行時,工作人員通過編輯指令表程序,進而完成對PLC控制程序的重新編輯,進而達到對包裝生產(chǎn)線現(xiàn)場調(diào)試管理控制的效果。

若A公司的產(chǎn)品加工要求較為特殊,工作人員選擇編程器時,可采用智能型編程器,該種編程器屬于梯形圖PLC編程語言,具有很強的實用性,但在實際操作應(yīng)用時,工作人員需要借助PC端發(fā)揮出編程器的各類功能,否則無法對包裝生產(chǎn)線完成現(xiàn)場調(diào)試。在智能型編程器的支持下,工作人員可基于梯形圖計算機語言,進而完成對多功能模塊負載控制系統(tǒng)邏輯代碼的快速編寫,并在軟件系統(tǒng)的支持下,生成相關(guān)的程序邏輯梯形圖,以及相關(guān)的功能圖與指令表。該種設(shè)計方式,非常適合產(chǎn)品起初包裝生產(chǎn)時的控制,逐漸形成系統(tǒng)嚴謹?shù)某绦蚩刂企w系。

4.2 STEP7軟件編程特性

A公司的某產(chǎn)品進行自動化包裝生產(chǎn)控制時,技術(shù)人員采用STEP7軟件,該軟件能夠基于S7-300、S7-400的PLC系統(tǒng)完成程序編寫,在現(xiàn)場調(diào)試領(lǐng)域具有非常高的實際應(yīng)用價值。通過對STEP7軟件進行分析可知,該軟件中包含功能塊圖、表達語句、邏輯梯形圖等多個功能模塊,可以完成對PLC程序的項目管理、監(jiān)控程序編寫、參數(shù)設(shè)置、硬件組態(tài)、通信網(wǎng)絡(luò)組態(tài)編輯。

在邏輯梯形圖的運行支持下,設(shè)計人員能夠可視化地了解電路運行的具體情況,便于對程序運行的邏輯代碼進行參數(shù)調(diào)試,以保證包裝生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)整體運行的安全性與可靠性。而STEP7軟件的功能塊圖,則能夠直觀地展示電子電路的運行邏輯,為設(shè)計人員的調(diào)試工作開展提供依據(jù)。在語言表運行時,則主要是完成對匯編語言風(fēng)格的統(tǒng)一呈現(xiàn),工作人員可基于人機交互系統(tǒng)的支持,進而快速訪問目標存儲單元與控制單元。

同時,設(shè)計人員可基于STEP7軟件中的高級PLC編程語言包支持,進而依據(jù)公司產(chǎn)品包裝生產(chǎn)的具體要求,靈活對自動化控制系統(tǒng)的程序進行調(diào)試,進而充分發(fā)揮出STEP7軟件的應(yīng)用價值與作用。筆者認為,在STEP7軟件應(yīng)用時,設(shè)計人員應(yīng)當深入學(xué)習(xí),確保每一位設(shè)計人員均能夠熟悉STEP7軟件的編程語言與應(yīng)用場景。

4.3 STEP7梯形圖程序運行流程設(shè)計

包裝生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)進行軟件設(shè)計時,設(shè)計人員可基于STEP7軟件的支持,開展梯形圖程序運行流程的設(shè)計,而后則基于PLC系統(tǒng)的支持,完成主控核心輸入、輸出、模擬量的邏輯梳理,保證梯形圖程序運行的嚴謹性,為后續(xù)產(chǎn)品的包裝生產(chǎn)自動化控制管理提供保障。

5 結(jié)束語

綜上,筆者重點闡述了包裝生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)的核心技術(shù),旨在說明自動化控制系統(tǒng)設(shè)計運行的必要性。為全面升級包裝生產(chǎn)線,助力企業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展,則應(yīng)當充分發(fā)揮出自動化系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢,契合包裝生產(chǎn)線運行的特點,以及產(chǎn)品加工的要求,設(shè)計針對性的自動化控制系統(tǒng),使得企業(yè)的包裝生產(chǎn)線工作效能得到質(zhì)的提升。