基于PLC 控制的小麥自動包裝機(jī)系統(tǒng)設(shè)計

孔慶龍 管保晉 王延玉

（濰坊科技學(xué)院，山東 濰坊262700）

現(xiàn)階段，我國小麥的種植面積不斷擴(kuò)大，且基本年年豐收，因此小麥在包裝方面的效率問題也逐漸出現(xiàn)，現(xiàn)在我國大部分地區(qū)仍使用傳統(tǒng)的包裝機(jī)和人工包裝方式，這兩種方式已經(jīng)不能滿足高效率、高質(zhì)量的包裝要求，為了提高包裝效率，設(shè)計一種具有高效率、高精準(zhǔn)度的新型包裝機(jī)是市場迫切需要的。由此，對系統(tǒng)控制要求也越來越高。本系統(tǒng)設(shè)計的新型包裝機(jī)采用三菱PLCFX2N-64MT-001 型可編程控制器，伺服電動機(jī)精準(zhǔn)控制機(jī)械運動位置，配有重量傳感器、接近開關(guān)傳感器等器件，建立完整控制體系，增加系統(tǒng)的可靠性、準(zhǔn)確性、高效性，減少成本。

1 系統(tǒng)運行過程及結(jié)構(gòu)組成圖

自動包裝機(jī)具有運輸原料、稱重、填充、封口、打印日期和計數(shù)等功能，同時能自動的進(jìn)行成品輸出。其工作過程是人工將紙箱敞開安置到傳送帶①上，每個紙箱由兩塊黑色金屬鐵塊組成來固定位置，防止紙箱在運輸?shù)倪^程中發(fā)生錯位，影響后續(xù)步驟。先啟動由三相異步電動機(jī)帶動的傳送帶②，進(jìn)行運輸小麥工作，將小麥送入原料料斗中。當(dāng)小麥到達(dá)料斗中時，啟動設(shè)備，料斗中進(jìn)行稱重動作，同時伺服電動機(jī)①收到特定的脈沖信號，帶動傳送帶①前進(jìn)輸送紙箱，紙箱到達(dá)指定位置，伺服電動機(jī)①停止工作，接近開關(guān)作用，出料口打開開始填充。填充完成，傳送帶①開始運行，將紙箱輸送到人工封箱區(qū)，完成封箱，輸送到日期打印區(qū)，完成打印。重復(fù)此過程。成品將輸送到倉庫，在傳送帶③末端設(shè)有計數(shù)器，統(tǒng)計成品數(shù)量。包裝機(jī)的基本結(jié)構(gòu)組成圖如圖1 所示。

圖1 包裝機(jī)基本結(jié)構(gòu)組成圖

2 硬件描述

根據(jù)設(shè)計要求，選用三菱PLCFX2N-64MT-001 型可編程控制器，基本單元帶32 點輸入和32 點繼電器輸出，選用渦流式接近開關(guān)，伺服電動機(jī)選用三菱MR-J2S 系列。系統(tǒng)搭載的主要硬件描述如下：

2.1 可編程控制器（PLC）。簡稱PLC，是一種以微處理器為核心的控制設(shè)備。內(nèi)設(shè)存儲器，可以對儲存器進(jìn)行編輯，并在其內(nèi)部進(jìn)行運算，并且以數(shù)字量或模擬量的形式輸入和輸出，達(dá)到對各種類型機(jī)械的控制。

2.2 伺服電動機(jī)。伺服電動機(jī)為執(zhí)行部件，位置精度極高，有直流和交流兩種電動機(jī)。伺服電動機(jī)區(qū)別與其它電動機(jī)的是它能將電信號轉(zhuǎn)化為電動機(jī)軸上的角位移或角速度輸出，達(dá)到對機(jī)械的精確控制。三菱MR-J2S 系列電動機(jī)有與其配套的編碼器，采用分辨率為131072 脈沖/轉(zhuǎn)的絕對位置編碼器，有更精準(zhǔn)的控制能力。

2.3 接近開關(guān)。接近開關(guān)又稱為無觸點開關(guān)，它是不需要與機(jī)械運動部件接觸及施加任何壓力就能操作的開關(guān)。它具有行程開關(guān)、微動開關(guān)的作用，同時還有傳感性能。

2.4 料斗設(shè)計。料斗設(shè)計分為三層：第一層儲存層，第二層稱重層，第三層儲料層。當(dāng)小麥進(jìn)入第一層后，第一層的擋板打開，將小麥送到第二層，第二層開始稱重，重量達(dá)到預(yù)先設(shè)定的重量時，第一層擋板關(guān)閉，第二層擋板打開，將稱好的料送到第三層，當(dāng)紙箱到達(dá)指定位置后，打開第三層擋板，完成填裝，最后關(guān)閉第三層擋板。重復(fù)此稱重過程。

3 工作原理及程序梯形圖

3.1 工作原理

本系統(tǒng)中，在出口擋板左下側(cè)安裝接近開關(guān)。接近開關(guān)在工作時，開關(guān)中的振蕩電路會產(chǎn)生高頻磁場，當(dāng)黑色金屬鐵塊接近磁場時，在電磁感應(yīng)的作用下，金屬鐵塊中會產(chǎn)生感應(yīng)電流。隨著黑色金屬鐵塊靠近，感應(yīng)電流增強，震蕩電路中的負(fù)載增大，使震蕩減弱直至停止，當(dāng)黑色金屬鐵塊與接近開關(guān)的距離為檢出距離時，傳感器會通過檢測電路的震蕩變化來發(fā)出信號，使開關(guān)作用。并采用伺服電動機(jī)①對傳送帶①進(jìn)行控制，當(dāng)開啟設(shè)備，接近開關(guān)開始工作，伺服電動機(jī)①接收來自PLC 的脈沖信號，將脈沖信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移，帶動傳送帶①前進(jìn)，輸送紙箱，當(dāng)電動機(jī)①走完相應(yīng)的脈沖數(shù)時，PLC 接收到到位信號，控制伺服電動機(jī)①停止，紙箱到達(dá)位置，伺服電動機(jī)①再等待下一個脈沖指令，實現(xiàn)精確定位。當(dāng)紙箱到達(dá)指定位置時，黑色金屬鐵塊與接近開關(guān)正好處于檢出距離，傳感器檢測振幅變化并輸出檢測信號，使開關(guān)打開，將稱量好的小麥進(jìn)行填充操作。填充完畢，伺服電動機(jī)①接收命令走相應(yīng)的脈沖數(shù)，將前一個紙箱運到封口區(qū)，此時檢出距離變化，出口擋板關(guān)閉，同時第二個紙箱送到指定位置，開始填充，重復(fù)此過程。填充好的紙箱運到人工封口處，封好口的紙箱繼續(xù)前進(jìn)，到達(dá)日期打印處，同時在打印機(jī)右下方安裝接近開關(guān)，當(dāng)封口完成的紙箱運往打印區(qū)時，黑色金屬鐵塊靠近接近開關(guān)，達(dá)到檢出距離，接近開關(guān)作用，打印機(jī)向下運動進(jìn)行打印動作，打印完成，通過傳送帶③運出。并在最后設(shè)有計數(shù)器，統(tǒng)計成品數(shù)量。

3.2 程序梯形圖

在本系統(tǒng)中, 三菱PLC-FX2N-64MT-001 型控制器在其編程軟件運行環(huán)境下采用梯形圖的編碼是一種簡單直觀的方式，程序經(jīng)過編譯后下載到PLC，通過PLC 發(fā)出相應(yīng)的指令來控制電機(jī)運轉(zhuǎn)、自動稱重、日期打印、計數(shù)等動作。其中，計數(shù)模塊與稱重模塊部分梯形圖如圖2 所示。

圖2 計數(shù)模塊與稱重模塊部分程序

在計數(shù)模塊中，將光電開關(guān)與X1 輸入點連接，紙箱通過光電開關(guān)，光電開關(guān)由閉到開一瞬間，觸點上升沿X1 接通，D10由零加一并儲存在D10 中，此時計數(shù)為1，重復(fù)此過程，每通過一個紙箱，計數(shù)器在前一基礎(chǔ)上加一。

4 結(jié)論

相比較其它控制器，本設(shè)計是基于三菱FX2N-64MT-001型PLC，對小麥完成自動稱重、裝箱、打包、打印裝箱日期、計數(shù)的控制設(shè)備，其具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、成本低、實用性強的優(yōu)點，而且較大限度的節(jié)約了人力、物力，在一定程度上控制了資源的浪費，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，減少在日期印刷及計數(shù)方面的誤差。具有很大的應(yīng)用價值。