茶叶装箱机PLC控制系统的改造与优化

2018-01-19李红

福建茶叶 2018年6期

李红

（成都纺织高等专科学校，四川成都 611731）

1 PLC控制系统简介

PLC诞生于上个世纪，在八十到九十年代得到了飞速发展，现如今已经达到了十分成熟的地步。PLC控制系统是一种可编程逻辑控制器，它在早期的时候对生产线的控制只存在逻辑控制，随着现在高新技术的发展，尤其是电脑技术的飞速发展，它现在已经被用于各行各业的流水线操作系统之中，并且在一套控制系统中它是作为大脑而存在，操作人员可以通过改变PLC内部的编程来改变对生产线的控制，大大的提高了工作的效率，同时也就降低了工作的犯错几率。现如今PLC控制系统的快速发展已经使产业自动化的进程得到快速的推进，PLC控制系统也将越加成熟。

2 茶叶装箱机组的特征和工作原理

茶叶装箱机组主要是用来将茶企业所生产的茶叶称重然后装箱的，是茶叶生产流水线上必不可少的一部分，也是茶企业在生产过程中必须要解决的技术难题之一。茶叶装箱机组主要分为两种装箱程序：一是茶叶装箱程序。在利用该程序工作时，首先需要有人工放置空箱子，然后茶叶装箱机会自动称重、装箱、移箱、摇箱等，实现茶叶自动装箱的操作控制；二是茶叶装袋程序。在该操控模式下的茶叶装箱机组在工作时，需要人工放置空袋并且按下装箱机组的开关，然后就由装箱机组自动进行称重、装袋、摇袋等操作，实现茶叶自动装箱的操作控制。同时该茶叶装箱机组具有自动和手动控制两种功能，还安装有产量自动显示装置和称重程序指示装置，方便工作人员控制，提高工作效率。

2.1 茶叶装箱机组的主要数据特性

茶箱规格大小：长为0.60米、宽为0.55米、高为0.55米；装箱速度：70箱/小时；误差范围：<0.5%；存储茶叶的茶斗容积约为2.1立方米；茶叶称重的茶斗容积约为0.2立方米；电机功率：摇箱电机0.61kW，送箱电机0.71kW；电源220伏、50赫兹；整机重量：860千克。

2.2 茶叶装箱机的工作原理

茶叶装箱程序在工作时，是不断循环操作一个相同的程序，第一步：储存茶叶的茶斗下茶；第二步：自动对已经下来的茶叶进行称重；第三步：茶叶称重的茶斗下茶装箱;第四步：对已经装好箱的茶叶进行摇箱；第五步：将包装好的箱子送到指定的位置。即先将茶叶存储在储存茶叶的茶斗里，当工作人员按下茶叶装箱机组的自动程序开关后，存储茶叶的茶斗门的启动装置就会将茶斗的大门打开，茶叶就会由于重力的关系掉落在称重茶叶的茶斗上，然后称重茶叶的茶斗会对里面的茶叶自动称重，假如重量超过了所设定的值，称茶叶的茶斗就会自动打开小门的启闭装置，将多余的茶叶通过风送管道送回存储茶叶的茶斗；当重量达不到所设定的值时，存储茶叶的茶斗将会再次打开落下茶叶，直到称重茶叶的茶斗里面茶叶的重量达到所设定的值为止。然后称重茶叶的茶斗启动装置会被激活，其大门将会打开向箱中倒入茶叶，摇箱机也会启动，将茶叶摇晃均匀，使之尽可能的多装些茶叶，摇箱机在此过程中会不断降低摇箱的频率，以防止在摇动的过程中将茶叶抛出，装箱完毕后，送箱机的开关被激活，装满茶叶的箱子按照指定的路径送到指定的地方，下一个空箱子紧随其后到达称重茶叶的茶斗下面，等待下一次装茶。

茶叶装袋程序在工作时，属于半自动装茶，整个袋装过的程序设定与箱装的程序设定基本相同，只存在有少部分的差异。具体装茶步骤如下：首先装茶茶斗中的茶叶在程序激活后，从下方的小口中落入称茶茶斗；然后通过小门的多退少补的程序设定，使称茶茶斗中茶叶的重量达到标准值；再然后就需要激活下茶程序的开关，将已经达到标准重量的茶叶装入袋中，同时摇箱机开始工作，摇箱的幅度相同。下茶完毕后，将包装袋扎好推出，同时称重茶叶茶斗的斗门关闭，重复以上装袋过程，等待下一次装茶[1]。

3 用PLC改造茶叶生产线的电气控制电路

3.1 茶叶装箱机的具体改造方案

针对茶叶装箱机的改造，最好的方案是在原有的基础上对其内部设计成新的梯形图。在这样的改造方式之下，原来茶叶装箱机组控制系统的外部特征没有改变，但是其内部特征却得到了很大的改善，在一定程度上降低了继电控制时中间继电器和时间继电器的维修难度，也增强了继电控制在使用时的可靠性。从生产线操作人员的角度来看，这次改造不仅使控制系统的可靠性提高了不少，而且还没有过多的改变茶叶装箱机组的操作方式，与原有的操作方式基本一样，在操作习惯上不需要做太大的转变。从另一方面来看，由于对茶叶装箱机的内部没有太大的改造，因此不需要对茶叶装箱机的改造投入太大的财力。具体改造方案如下：第一点，在不改变茶叶装箱机原有的主电路的基础上，来保证茶叶装箱机的运动方式和操作控制系统电气控制方式不变；第二点，改装后的茶叶装箱机组在自动装箱、自动装袋、手动装箱、手动装袋等的操作方式上不变；第三点，电气控制系统中的按钮、行程开关、热继电器等元件的作用基本上与原来的控制线路相同；第四点，将原PLC编程插入继电器控制中。

3.2 茶叶装箱机组系统硬件设计

现有的茶叶装箱机继电控制梯形图是在原有的原理图的基础上改造的，因此现有的梯形图和原有的原理图在构造上有许多的相似点，比如说有相同的动合触点连接。从茶叶装箱机的电动机来看，它的主电路的接触器的线圈采用的不是220V的交流电源，而是使用的110V交流电源，并且它的电源指示灯仅仅只使用24V的交流电，因此，使用电压的不同使它们的公共端分了开来。为了保证线路的安全，接触器的线圈则使用另一公共端[2]。

3.3 PLC控制软件改造

设计师在设计改造PLC梯形图时，考虑到减少工作人员在编程和阅读程序时的负担，为了方便操作，便将PLC内部的时间继电器的设定值保持与原电路相应的时间继电器的设定值一致。

尽管茶叶装箱控制与茶叶装袋控制在操作过程中有许多相似的地方，但是他们仍然还是有不小的区别，因此，设计师在设计时要将两者隔离开来，避免两套程序相互干扰。同时，设计师还需要将装箱的自动控制程序和手动控制程序隔离开来。因此，设计师在设计时就得必须选择跳转指令进行控制，以此来保证程序在运作的过程中不会出现意外。另一方面，为了能够有效地确保装箱启动按钮和停止按钮在运行时不会出错，设计师在设计装箱控制程序时，采用主控指令的控制方式来进行控制。在装箱自动和手动控制过程中，在控制称重茶叶所对应的PLC接点输入相应的信号，来完成对应的大门、小门得到控制，完成自动关闭和自动开启的指令，以此来平衡自动下茶的重量，达到控制自动下茶的目的[3]。

4 程序调试

为了确保程序在运作时能够及时的切断大门和小门的接点，设计人员可以利用PLC内部时间继电器的磅秤精度调节，其原理是以秤杆的稳定来保证对大门和小门的及时切断，最终达到保证所得到的茶叶量是标准量的目的。其中的时间间隔大约保持在两秒附近，时间太长，则可能导致大门、小门多次反复开关；时间太短，则可能导致茶叶没有达到标准量。因此，工作人员需要多次的进行试验，根据实际情况反复的增加或减少茶叶的重量，一直到茶叶的重量和设定值相同时即可。这个操作步骤是整个程序调控不可缺少的步骤，也是茶叶装箱的重中之中。