基于PLC控制的包裝碼垛生產(chǎn)線的設(shè)計

摘要：我國的聚丙烯(PP)產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的10％以上，而長期以來國內(nèi)聚丙烯產(chǎn)品的包裝卻一直處于人工套袋的半自動包裝狀態(tài)。針對PP樹脂的特點，專門設(shè)計了全自動包裝碼跺生產(chǎn)線工藝流程，介紹了以PLC為基礎(chǔ)的全自動包裝碼跺生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，重點說明了控制系統(tǒng)的硬件配置、輸入輸出分配和軟件設(shè)計。全自動包裝碼垛線改變了國內(nèi)PP產(chǎn)品包裝的落后局面，值得在PP包裝領(lǐng)域推廣。
關(guān)鍵詞：全自動包裝碼垛生產(chǎn)線；PLC；控制系統(tǒng)；聚丙烯

    聚丙烯具有耐溫、耐油、抗沖擊等特性，有良好的加工性能。以往聚丙烯包裝主要分為人工稱量、手封口、人工堆放等。當(dāng)閃蒸釜中的物料經(jīng)閃蒸結(jié)束，乙烯氣檢驗合格后，打開釜底的氣動球閥和手動球閥，包裝工手拿包裝袋，撐開袋口，袋底擱在磅秤上(事先定為50 kg)讓聚丙烯物料靠重力的作用自由落料進(jìn)入包裝袋。包裝工在接料的同時用眼睛盯著磅秤，當(dāng)磅秤的秤砣稍稍翹起，即迅速換上另一只包裝袋進(jìn)入下一袋的包裝。稱量完畢手封口，由工人搬到倉庫堆放好。這樣計量誤差大，效率低。若包裝工的動作過于迅速，包裝袋中的物料極有可能低于實際值，給用戶造成損失，引起糾紛。若動作過慢物料超出定量值，無疑會給廠方造成一定經(jīng)濟(jì)損失。由于聚丙烯自身極易產(chǎn)生靜電，加上所需包裝的是粉狀物料，包裝現(xiàn)場粉塵較大，對工人的健康是有害的。整個包裝過程全靠手工來完成，勞動強(qiáng)度很大。所以聚丙烯包裝生產(chǎn)中采用PLC控制系統(tǒng)可以節(jié)省原料，提高包裝速度，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率，同時還降低工人的勞動強(qiáng)度。

1 聚丙烯包裝生產(chǎn)線的工藝概述
    聚丙烯包裝生產(chǎn)線具體分為稱重、封口、推倒傳輸、檢驗、碼垛等部分，相比而言稱重和碼垛是最重要、最復(fù)雜的兩個部分。圖1是包裝線的工藝流程圖。

    系統(tǒng)的運(yùn)行方式共分為手動、單步、周期及自動4種操作方式。
    1)手動  各工步都可單獨點動，按鈕釋放即停止運(yùn)行；
    2)單步  按下啟動按鈕，運(yùn)行一個工步，到位即停。再按啟動，則進(jìn)入下一工步運(yùn)行；
    3)周期  從初始位置開始，按啟動按鈕，程序自動完成一個周期的動作后返回到第一步開始位置停止；
    4)自動  按啟動按鈕，程序完成一個周期的動作后又接著從第一步開始運(yùn)行，自動循環(huán)。在自動方式下，中途若按下復(fù)位按鈕，則系統(tǒng)要繼續(xù)運(yùn)行到第一步開始位置才停止；若按下停止按鈕，則運(yùn)行立即停止，此時若再按啟動，系統(tǒng)即從該位置運(yùn)行到第一步開始處停止。
    根據(jù)聚丙烯包裝系統(tǒng)的實際運(yùn)行情況，本系統(tǒng)采用自動運(yùn)行和手動運(yùn)行兩種方式。與運(yùn)行方式的設(shè)計相對應(yīng)，還必須考慮停止運(yùn)行方式的設(shè)計?？删幊炭刂破鞯耐＿\(yùn)方式有正常停運(yùn)、暫時停運(yùn)和緊急停運(yùn)3種。根據(jù)控制系統(tǒng)要求，由于包裝系統(tǒng)運(yùn)行期間采用循環(huán)工作方式，只有在工作結(jié)束或接收到操作人員的停止運(yùn)行指令或設(shè)備出現(xiàn)故障或異常情況時才停止，因此本系統(tǒng)采用硬件切斷電源，使系統(tǒng)立即停車。

2 控制系統(tǒng)硬件總體設(shè)計
    控制系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示。

2．1 電子稱量部分的組成
    電子秤主要由秤體和電子稱量控制系統(tǒng)兩個部分組成。其秤體部分又是由貯料倉、給料裝量、稱量斗、夾袋器等組成。電子秤量控制系統(tǒng)則是由稱量傳感器、稱重控制儀表和控制執(zhí)行元件組成，如圖3所示，其中稱重傳感器是很重要的組成部件。

    包裝秤給料裝置以大小兩種流量向稱量斗供給物料。稱重傳感器將重量信號轉(zhuǎn)換為電信號，并傳送給稱重控制儀表。稱重控制儀表測量重量值并對整個稱量過程進(jìn)行程序控制，構(gòu)成一個自動稱量控制系統(tǒng)。

    根據(jù)該過程的流程要求設(shè)計，系統(tǒng)中開關(guān)量輸入信號有啟動按鍵、停機(jī)鍵、斗門狀態(tài)、夾袋夾緊等檢測信號。開關(guān)量輸出有粗細(xì)進(jìn)料電磁閥、放料電磁閥、夾袋器等控制信號和一些顯示、報警輸出信號。數(shù)字量通道接收傳感器重量輸入信號，其中稱重斗門關(guān)閉和夾袋夾緊檢測用接近開關(guān)，緩沖料門、稱重斗門和夾袋由電磁閥帶動氣缸來控制。稱重過程圖如圖4所示。

    理想狀態(tài)下，大給料、小給料共同完成額定重量值的95％給料量，且在很短時間內(nèi)完成。接著大給料停止，小給料再完成額定重量值的5％～10％給料量，且占用較長時間。說明大給料用以提高包裝速度，小給料的緩慢給料可以保證稱量準(zhǔn)確度。實際生產(chǎn)中這兩段的重量與時間參數(shù)要根據(jù)具體情況不斷調(diào)整才能達(dá)到最佳狀態(tài)。檢測裝置如圖5所示。

2．2 封口機(jī)
    在得到下料完畢后，封口機(jī)得到一個信號，封口機(jī)就加熱封口針，接著就開始工作封口。封口延時以便能完全封好。
2．3 推倒裝置
    在封口完畢后，感應(yīng)器發(fā)出信號給推倒裝置，推倒裝置推倒包裝袋使袋子平放傳輸帶上，以便傳輸帶把袋子運(yùn)走。
2．4 重量檢測器
    該檢測由光電開關(guān)I、Ⅱ控制，當(dāng)料袋進(jìn)入該裝置時，光電開關(guān)I被料袋遮擋；當(dāng)料袋被完全載于稱體上時，光電開關(guān)Ⅱ被遮擋，系統(tǒng)通過壓力傳感器開始采集數(shù)據(jù)直至復(fù)檢結(jié)束；若重量合格(測量精度50 kg動態(tài))，料袋進(jìn)入下道工序；重量超差的料袋，系統(tǒng)發(fā)出報警信號，該料袋進(jìn)入揀選機(jī)時，揀選機(jī)將其剔除。

    圖6是用來檢測出包裝生產(chǎn)線上是否有次品并將其剔除。光電開關(guān)I的信號作為移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入信號，當(dāng)檢測到一個次品時，光電開關(guān)I變?yōu)镺N，其余時間為OFF。光電開關(guān)Ⅱ的信號作為移位脈沖輸入信號，每檢測到一個產(chǎn)品就產(chǎn)生一個脈沖，產(chǎn)品之間的間隔是固定的。光電開關(guān)Ⅱ檢測到一個次品，移位寄存器就開始跟蹤，直到它到達(dá)傳送帶上的一個預(yù)定位置時，電磁閥動作，控制汽缸將次品推出。而正品則繼續(xù)隨傳送帶前行。次品排出時光電開關(guān)Ⅲ檢測出，該信號作為移位脈沖和電磁閥的復(fù)位信號。
2．5 金屬檢測器
    料袋通過金屬檢測器時，若料袋中不含金屬顆粒和金屬顆粒較小時，該檢測器不發(fā)出任何信號，料袋被送到下一道工序；當(dāng)料袋含有金屬顆粒大于或等于2 mm時，該金屬器通過電控系統(tǒng)發(fā)出信號，該料袋在揀選機(jī)上被剔除。
2．6 碼垛機(jī)
    碼垛機(jī)的水平皮帶機(jī)將包裝機(jī)輸送來的合格料袋通過緩沖。由壓袋機(jī)加以輥壓，使袋形平整，再由轉(zhuǎn)袋裝置使物料回轉(zhuǎn)90°或180°(目的是使包裝縫紉口全部在內(nèi)側(cè)，排層后整齊)。然后由排層輸送機(jī)使料袋每層橫3豎2打?qū)印Ｅ艥M8層后，由托盤托出垛，并由儲存輥道輸送機(jī)暫存，最后山叉車運(yùn)出碼垛。

3 軟件的設(shè)計
    控制系統(tǒng)流程圖包裝碼垛自動生產(chǎn)線控制系統(tǒng)可分為電子稱重部分、包裝機(jī)組控制部分和碼垛機(jī)組控制部分，之間通過聯(lián)鎖來進(jìn)行整個系統(tǒng)的控制。稱重系統(tǒng)流程圖如圖7所示，包裝控制系統(tǒng)流程圖如圖8所示，碼垛控制系統(tǒng)流程圖如圖9所示。

4 結(jié)束語
    該碼垛機(jī)PLC自動控制系統(tǒng)集中了PLC、傳感器、電機(jī)驅(qū)動、氣動等先進(jìn)技術(shù)，設(shè)備復(fù)雜，然而操作簡單，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，碼垛速度快，垛型整齊、美觀，生產(chǎn)能力不低于1 200袋／h。
    在延安化工廠成品車間應(yīng)用，各項指標(biāo)達(dá)到了技術(shù)要求，大量減少了成品的占地面積，極大提高了生產(chǎn)效率，深受用戶的好評。