基于P L C的全自动包装码垛生产线控制系统设计

刘 轩，朱明靖，郁 炜

（衢州学院，浙江 衢州 324000）

当今生产工业的飞速发展离不开自动化控制的普及。在全国施行“机器换人”的政策形势之下，浙江省更是在近几年大力推行该项政策，并运用于各大机械和制造等行业中。如今PLC在工业生产中所占比例越来越高，它高速的计算力与稳定性极大地提高了生产力，创造了不可低估的效益。在新的发展形势下，全自动化包装码垛生产线技术将变得越来越重要，可为国家的工业生产带来不可低估的利处。而建立基于PLC为基础技术的包装码垛生产线，不仅成本低，其控制系统操作简易，而且自动化程度相对较高，从而可以大大地改变从前生产效率低下的困境。

1 包装码垛生产线的机电一体化系统

包装码垛全自动生产线主要分为机电与传感器两个部分。机电部分又由气动及真空系统与光电检测系统组成。传感器部分由光电开关与金属检测传感器组成。其系统组成结构如图1所示：

图1 机电一体化系统

1.1 气动及真空系统

气压传动是近几十年被广泛应用的一种传动方式，压缩空气作为其介质用于能量传递。气压元件具有结构简单，易加工，寿命长，维护方便的特点，用空气做介质，来源简单方便，用后直接排放，不污染环境。在本课题设计的全自动化包装码垛生产线装置中，气动装置主要用于电子自动称重机、装袋等环节中，具有重要的协调控制作用。

真空系统由真空泵、PLC程序控制系统、储气罐、检测器、真空阀门、境外过滤总成组成。其中真空泵是真空系统的最重要的部分，也是密封环节最为关键的组成部分。这个部分不仅提供真空动力源，还控制真空部分线路的通断控制。检测器在真空防漏与真空压力方面承担检测功能，在检测阶段结束后发出相应的装卸料信号。

1.2 光电检测系统

光电检测系统主要由光源、光学通路、光电元件和单片机四部分组成。光电检测电路把被计数的产品物体变化变成电信号，由显示计数电路计数，再由数码显示管显示，并产生相应的电信号给PLC。同时该系统也可以检测杂质，实现码垛装置的自动控制，自动报警等功能。

1.3 光电开关

本系统选用了型号为E3JK-DS30M1光电开关。主要利用其发射光束后在产品上产生的漫反射，发射器与接收器构成的单个信号接收时间不同，产生开关状态变化，从而产生单个计数信号。

1.4 金属检测传感器

本系统选用了型号为SN04-N金属检测传感器。利用无触点式开关，由振荡器以及放大器组成振荡起振，在感应开关前方产生一个交变磁场。利用金属本身性质，使得金属内部在振荡时产生涡流，进而吸收了传感器所产生的振荡能量，时振荡幅度减小甚至停振使得开关达到反转。再由整形放大器将其转换成二进制的开关电路信号，此时检测完成。

2 包装码垛生产线的P L C系统设计

本系统的生产线机械部分主要为：全自动称重、自动包装、传送检测以及包装码垛单元。

2.1 主要工艺流程

物料储存罐利用物料斗将物料送入给料装置，当称重传感器达到预设重量时，称重单元给出停止供料信号，当前次称重环节结束，与此同时包装部分收到来自称重单元的传输信号。称重完成后的信号同时会传送给自动装袋部分，在接受到输入信号之后，控制卸料门的电机开始运行。打开卸料门，让称重完成的物料倒入提前预备好的物料袋。当物料倒入完毕后，卸料门电机反向运行，关闭打开的卸料门。与此同时，装料完毕的包装袋经过推袋机械动作，将袋口推送到封口装置下。封口装置利用光电开关进行校准，当物料袋到达预定位置后，缝口机械装置开始动作。缝纫完成后，由自动切线机完成缝纫线的切断，物料袋继续向前运输。在这之后，物料袋还会经过两个检测装置，分别为金属、重量复查。在金属检测和重量检测两个环节中，当有任何一个环节检测不合格，对应的物料袋将由传送带上的剔除装置进行剔除。合格的包装袋继续通过，之后在传送带上被传送到码垛单元，由码垛单元中的机械臂完成自动码垛。码垛工艺按照“2袋竖一3袋横”和“3袋横-2袋竖”循环做转位处理，一般以8层为一垛。当码垛完成后，将有叉车送出玛多曲。码垛装置的托盘及托盘仓和相应的托盘传送机都由实际程序自动供应。

2.2 程序控制逻辑

（1）全自动称重控制逻辑。当物料开始倒入称重漏斗时称重仪器开始记录重量，达到预设重量值时，物料挡板关闭，称重仪器传输模拟信号给PLC，PLC接收到重量达标模拟信号时传输运作信号给传送带控制电机，电机运动，物料进入自动装袋装置，进行装袋封口，随后接触到传送带进行运输。传输电机运作信号只需要一次，之后便进入运行状态，直到接收到PLC给出的停止信号。

（2）杂质检测控制逻辑。当物料袋通过金属检测传感器，如果发现袋中含有杂质物体，检测传感器亮红灯并发出警报。含有杂质物料袋将由自动捡选机器控制传送带上的挡板进行剔除。合格的物料袋会继续前进运输到下一个环节。

（3）码垛系统控制逻辑。在杂质检测传感器之后装设光电门，每有一个合格物料袋通过，传感器给PLC一个输入信号，PLC计数。码垛要求按照“2竖—3横”进行码垛，每垛8层。PLC计数控制，2个竖放，再3个控制机械爪放置物料袋前旋转90°。当8层堆叠达到时，PLC输出一个换垛信号给推送机器，开始新的码垛堆。

3 MCGS人机交互

本系统选用了昆仑通态公司TPC7062Ti型号的MCGS组态软件。本组态软件采用的是嵌入版，具有操作方便、功能完备、可视性好、可维护性高等特点。并能提供形象生动的模拟实物动画画面：利用图形及实物仿真图，为实际操作员提供相应的实时信息，可使工人远程控制流水线，远离恶劣工作环境。

该人机交互界面可以实现对整条包装码垛流水线的实时监控，包括监控物料倒斗，设定倒斗质量，各传感器工作状态检测，光电开关计数等。在操作界面设定预设值后系统就可开始工作。当物料经过金属检测传感器并检出杂质时，传感器亮灯警报。光电计数开关在传送带部分与码垛机械臂运行部分，用于对物料数量进行检测。

该人机交互界面，可以实现即时数据收发与修改，使该系统的控制变得更加简便，提高生产效率。

4 结语

该设计是基于PLC的全自动包装码垛生产线控制系统设计，PLC控制技术在该设计中是重要的核心。其中实现全自动控制是本设计的重点要求，为了完成这个目的，在基于PLC技术的基础上，结合了现场总线以及各类机电一体化技术。从而完成了设计的全自动包装码垛生产线的工艺过程及其动作流程。与此同时，完成了生产线控制系统的硬件和软件设计以及调试，让该系统能够按照预期的目标正常地运作。

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[2]李全利.可编程序控制器及其网络系统的综合应用技术[M].北京:机械工业出版社,2005.

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