基于施耐德Twido PLC的自动称重包装机的控制

2012-07-04曾繁玲

制造业自动化 2012年9期

曾繁玲

ZENG Fan-ling

（罗定职业技术学院，罗定 527200）

0 引言

在粮食、化肥、饲料等行业中都需要对成品的物料进行定量包装。称重包装技术的发展大致经历了手工称量、继电器控制、称重仪表控制、PLC控制等几个阶段。而使用PLC控制的装置具有高可靠性、可编程、易于扩展、具有强大的功能、丰富的的通信方式、适合工业控制环境等优点，成为工业自动控制的首选产品。本文针对粉状或颗粒状物质的成品包装，选用施耐德电气有限公司的Twido型可编程控制器为控制平台，能够完成自动送料、自动称重下料、自动装袋、自动计数的过程。

1 自动双秤包装机的组成及工作原理

1.1 包装机的组成

自动双秤包装机主要由供料部分、称重部分、装料部分和传送部分组成。供料部分是将成品的物料由传送设备输送过来称量。称重部分是采用双计量磅秤进行成品称量，由A、B秤振荡器向A秤和B秤秤斗给料，测量物料重量。装料部分是将完成标准重量的成品物料的装袋过程。传送部分是将成品的物料通过传送设备进行称量及将装袋的物料通过输送带运走。包装机的组成原理图如图1所示。

1.2 工作原理

自动双秤包装机的工作原理流程图如图2所示。当传送设备将成品的物料送来时，A秤和B秤振荡器起荡，振荡器挡板打开，当到达大给料重量时，挡板关闭，进行小振给料，达到预定重量时，停止给料，秤斗打开，经过渡料斗进行放料，再落入袋内，完成一个包装循环。

图1 包装机的组成原理图

图2 自动双秤包装机的工作原理流程图

2 控制系统的设计

本控制系统的要求如下：

1）A、B两秤的控制方案相同。

2）控制系统设置了外部计数功能，可以对包装机完成的袋数进行统计。同时为了掌握控制器的工作情况，了解其使用寿命，设置了内部计数器，最大的计数值为5000，且设置了计数复位功能。

3）当A秤发生故障时，控制系统会自动切换到B秤称重；当B秤发生故障时，控制系统会自动切换到A秤称重。

4）在称斗控制中，为了防止A、B两秤斗同时打开，A秤斗和B秤斗之间有有互锁功能。

2.1 称重部分设计

在控制系统的设计中，物料定量是物料包装时的一个重要工序，定量精确与否将直接影响包装质量。根据物料的物理化学性质、自然形态、包装规格及销售、使用习惯的不同，需选用不同的定量方法。常用的定量方法有计数法定量、容积法定量、称重法定量三种。由于该控制系统是针对粉状或颗粒状物质，且要求的定量精度较高，所以采用称量法定量。

称量法定量法采用杠杆力矩平衡原理的间歇称量法。秤的基本组成部分为秤梁、配重主砝码与微调砝码、支承座、称量料斗等，如图3所示。由力矩平衡原理及m=W/g可得:

W=(W1L1+W2L2+W3L3)/L0-W0

或 m=(m1L1+m2L2+m3L3)/L0-m0

式中：L1表示秤梁重心到支承点O的水平距离；L2表示主砝码到支承点O的水平距离；L3表示微调砝码到支承点O的水平距离；L0表示称量料斗重心到支承点O的水平距离；W表示称量物料的重力；m表示所称量物料的质量；W1表示秤梁的重力；m1表示秤梁的质量；W2表示主砝码的重力；m2表示主砝码的质量；W3表示微调砝码的质量；m3表示微调砝码的质量；W0表示称量斗的重力；m0表示称量斗的质量。

对于给定的杠杆来说,称量料斗质量m0、秤梁质量m1及长度L0、L1都为定量,而主砝码质量m2、微调砝码质量m3及L2、L3为参变量,一般称m2L2为粗调参量, m3L3为细调参量。称量时，先按计量值m调好m2L2、m3L3，再向称量料斗加入物料，使秤梁由向右倾料转至水平状态。通常利用秤梁的位置变化实现称重定量的检测控制，从而达到对称量过程的自动控制的目的。

为了减少惯性力的影响，常要求给称量料斗加料分为粗加料、细加料两个阶段进行。这就需要具有高灵敏度的检测控制装置加以保证。

图3 杠杆秤示意图

2.2 称量定量检测控制装置设计

称量定量检测控制装置采用无触点检测控制。无触点检测控制装置应用差动变压器、光敏元件及电子器件检测传感器，对称量系统的预定称量程序进行检测控制，得到相应信号，经电子装置放大后，自动控制执行机构按要求程序进行称量工作。其控制的原理图如图4所示。这种检测控制装置工作可靠，精度高，速度快。

图4 称量定量检测控制装置

本控制系统的秤斗A1、B1选择反射式光电检测开关，A2、B2选取普通光电检测开关，完全能满足控制系统的要求。其中反射式光电检测开关的原理图如图5所示。由振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后，由发光管GL辐射出光脉冲。当被测物体进入受光器作用范围时，被反射回来的光脉冲进入光敏三极管DU；并在接收回路中将光脉冲解调为电脉冲信号，再经放大器放大和同步选通整形，然后用数字积分或RC积分方式排除干扰，最后经延时（或不延时）触发驱动输出光电开关控制信号。

图5反射式光电检测开关原理图

图6 I/O接线图

图7自动双秤包装机的梯形图

2.3 传送装置设计

控制系统的称量物料和完成装袋的物料是由传送带来进行传送，送料传送带和出品传送带分别由一台电机来带动，选用施耐德ATV31变频器实现电机调速。施耐德电气公司的ATV31变频器具有以下优点：1）简化传动系统，大大降低故障率，2）提高控制功能，实现控制系统的软件化。3）使生产的产品质量稳定，通过补偿转矩，防止再启动和失速等功能，实现不跳闸运行。

2.4 硬件设计

2.4.1 PLC选型

根据上述控制系统的要求和工作原理流程图分析，该控制系统主要为开关量控制，料门的全部动作由气缸驱动，而气缸由电磁阀控制。本控制系统需A、B秤光电开关A1、A2、B1、B2；夹袋按钮；内部计数器复位按钮和A、B秤故障开关8个开关输入量。A、B秤振荡器；A、B挡板电磁阀；A、B秤斗门电磁阀，夹袋电磁阀8个开关输出量。但从经济、维修、性价比和控制系统的扩展性等因素考虑，可选用施耐德Twido PLC系列可编程控制器。CPU的型号为TWDLMDA40DUK（24点输入、16点输出），采用24V直流电源供电。

2.4.2 I/O分配表

输入/输出（I/O）分配表见表1所示。