CN108100360A - 一种基于plc的液体袋装包装机 - Google Patents

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Abstract

一种基于PLC的液体袋装包装机，由包装机机械结构和包装机控制系统组成；利用变频器驱动电机以及进料泵，通过PLC的RS‑485总线通讯精确控制各电机运行，从而控制走膜的速度、定位的精度和计量的精度。该包装机提高了系统的集成度与可靠性；确保了包装定位以及灌装物料的精确，实现了袋长和袋速的实时检测，现场使用中稳定可靠。

Description

一种基于PLC的液体袋装包装机
技术领域
本发明涉及一种包装机，尤其涉及一种基于PLC的液体袋装包装机。
背景技术
液体的袋装包装机作为典型的机电一体化产品，已经在食品、化工、医药、农产品等包装行业得到广泛应用。随着现代社会对包装速度和包装质量越来越高的要求，生产厂家也要求该型设备朝着操控简易化、包装薄膜定位高精度、物料灌装高精度方向发展。
S7-200是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。
发明内容
本发明的目的是为了应对生产厂家对液体袋装包装设备操控简易化、包装薄膜定位高精度、物料灌装高精度要求，设计了一种基于PLC的液体袋装包装机。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
基于PLC的液体袋装包装机由包装机机械结构和包装机控制系统组成，本包装机利用变频器驱动电机以及进料泵，通过PLC的RS-485总线通讯精确控制各电机运行，从而控制走膜的速度、定位的精度和计量的精度。
所述的包装机机械结构包括进料管、色标传感器、成型器、薄膜、拉膜橡胶带、纵封轮、横封轮等部分构成。
所述的包装机控制系统包括PLC、变频器从站、人机界面、热电偶、加热装置、继电器、进料阀线圈、编码器等。
所述的本包装机选择了西门子公司的S7-224XP，人机界面选用西门子TP177A单色触摸屏，变频器采用内置有Modbus通讯模块的ABB公司的ACS510。
所述的包装机软件由一个主程序和若干子程序组成，包括系统初始化程序、逻辑控制程序、液料恒流量控制程序、袋长控制程序、阀门控制程序、故障监控程序、通讯程序。
所述的薄膜的横封辊和纵封轮温度控制使用与S7-200兼容的EM231热电偶PID模块。
所述的包装机使用Winccflexible编程软件对各界面进行组态。主界面负责各个主控界面切换；包装机控制界面、参数设置界面、填充阀门控制、数据存储、报警界面。
本发明的有益效果是：
基于PLC的液体袋装包装采用PLC为控制核心，通过Modbus通讯协议控制包装膜的定位、灌装原料的输送，确保了其精确度。薄膜密封辊轮的温度控制都采用与S7-200兼容的热电偶PID模块，节省了CPU资源，同时利用了人机界面整合了包装机各控制功能，强化了机器性能，预留了大量的升级空间，以便同型机器扩展功能使用，性价比较高。实际运行过程中快速稳定可靠。
附图说
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是液体袋装包装机的结构。
图2是总体控制方案。
图3是主程序控制流程。
图4是主程序控制流程。
其中，1-进料管，2-色标传感器，3-成型器，4-薄膜，5-拉膜橡胶带，6-纵封轮，7-横封轮。
具体实施方式
基于PLC的液体袋装包装机由包装机机械结构和包装机控制系统组成，本包装机利用变频器驱动电机以及进料泵，通过PLC的RS-485总线通讯精确控制各电机运行，从而控制走膜的速度、定位的精度和计量的精度。包装机机械结构包括进料管1、色标传感器2、成型器3、薄膜4、拉膜橡胶带5、纵封轮6、横封轮7等部分构成。包装机控制系统包括PLC、变频器从站、人机界面、热电偶、加热装置、继电器、进料阀线圈、编码器等。
如图1所示，包装机机械结构由进料管1道输入液体物料。在管路设计方面，进料管1道带有旁路回流，用以消除进料阀关闭时对流量造成的冲击。备同时预留第二条进料管1道以及相关设备，通过人机界面可设置扩展系统功能，可让设备同时对两种不同液体分别进行包装，也可用于灌装时充填保护气体。同时也要求包装机在硬件设计时预留足够的元件扩展其功能。当设备选择自动运行时，拉膜电机启动，通过传动机构带动高弹力的拉膜橡胶带5恒速运行，其速度为人机界面上设置的生产速度。包装薄膜卷中拉出的薄膜4，经各导辊以及纠偏机构，由成型器3折成筒状后向下运动。此时，薄膜筒的侧边由加热的纵封轮6压紧加热密封。加热的横封辊则根据薄膜4光标信号连续旋转，筒状薄膜4由横封辊加热密封。之后，进料阀打开，液料充填入袋，随后横封辊旋转至下个光标位置，完成封口。横封辊封口过程的定位信号由一扇形金属板及其传感器标定。当条状包装袋向下运行切断处，由横封电机驱动的切断装置切断。包装机根据人机界面设定的温度加热纵封、横封装置。若人机界面上选择手动模式，横封电机根据设定的袋长连续旋转封袋。人机界面上具备操控机器的启停等按钮以及各种生产状态显示界面，同时具备显示各种报警信息功能。
根据包装机功能模块化的特点，包装机功能会随着包装机功能的改变而有所增减。同时，将横封辊和纵封轮6的温度设置、调控集成在触摸屏以及PLC中。根据包装机的控制需求，确定输入设备(检测开关、定位传感器、编码器等)、输出设备(电磁阀、电机继电器等)，确定数字量I/O点数以及模拟量。本包装机选择了西门子公司的S7-224XP，它带有16K的程序存储器，10K的数据存储器，数字量I/O口为14入/10出，模拟量I/O口为2入/1出，扩展模块数量可达到7个模块，2个RS485自由口(Port0负责PLC与电机控制器通信，Port1负责PLC与人机界面通信)。选用EM232模拟输出量模块(2路)和EM231热电偶PID模块(4路)。人机界面选用西门子TP177A单色触摸屏。变频器采用内置有Modbus通讯模块的ABB公司的ACS510。数字输入信号包括薄膜4光标信号、启动停止按钮、点动按钮、各电机编码器反馈信号等，选址应充分考虑到S7-200的输入地址特点，如中断信号输入点I0.0对应中断事件0。在I/O分配表中预留一定的输入输出点可供设备增加对应功能，如在产品输送管道上选择增加流量计，则可通过脉冲信号或模拟信号进行恒流量控制。
如图3所示，包装机软件由一个主程序和若干子程序组成，包括：
①系统初始化程序：系统中袋长、速度、封辊温度等若干参数的初值设定；
②逻辑控制程序：机器的启停、模式选择；
③液料恒流量控制程序(管路中若安装流量计则使用该程序，否则采用变频器内部调节)：通过流量计反馈精确控制液料输送流量(脉冲或模拟量方式选一)；
④袋长控制程序：利用光标信号触发中断程序来计算袋长，计算袋长偏差用于程序纠正袋长偏差，保证了定位的精确；
⑤阀门控制程序：控制一个或多个阀门在适当时间，开阀填充，属于开环的时长控制；纵封即走膜电机的控制程序：根据袋长设置设定走膜即纵封电机运行速度；
⑥故障监控程序：监控薄膜4用量、变频器信息、编码器信息，及时显示到触摸屏上；
⑦通讯程序：利用Step7的Modbus协议库文件对PLC自由口Port1进行编程，以PLC为主站，精确控制纵封电机、横封电机、液料输送电机的各变频器分站。
如图4所示，薄膜的横封辊和纵封轮6温度控制使用与S7-200兼容的EM231热电偶PID模块(CO-TRUST公司)。包装机通过模块直接采用多路温度PID控制封膜装置的加热装置，即通过直接赋值给该模块对应地址完成温度设定，结合热电偶反馈值输出调节值，再将调节值直接赋值给模拟量输出到对应的加热装置。设定温度的工作则可通过触摸屏完成，同时也可将热电偶反馈值送至触摸屏显示。选用的该模块可与西门子PLC完全兼容，同时在CPU中能够应用模块自带的PID专用库，算法集成在模块内部。包装机因使用这种多功能模块节省了CPU资源，简化了包装机，同时提高了设备的性价比。
人机界面(HMI)设备是用户和机器之间的桥梁，可以灵活应用图形和相关文字信息来取代传统设备上大量的触控按钮、指示灯、选择开关等。本发明使用Winccflexible编程软件对各界面进行组态，包括：
①主界面负责各个主控界面切换；
②包装机控制界面：用于袋长、封袋温度、产品计数等参数显示；
③参数设置界面：用于袋长、纵向封袋温度、横向封袋温度、生产速度等参数输入设定；
④填充阀门控制；数据存储：用于存储读取相关袋型信息，以便切换袋型后快速设置；
⑤报警界面(图略)：显示光标信号丢失、薄膜4消耗光、变频器故障等报警信息显示。

Claims (7)

1.一种基于PLC的液体袋装包装机，由包装机机械结构和包装机控制系统组成，本包装机利用变频器驱动电机以及进料泵，通过PLC的RS-485总线通讯精确控制各电机运行，从而控制走膜的速度、定位的精度和计量的精度。
2.根据权利要求1所述的基于PLC的液体袋装包装机，其特征是所述的包装机机械结构包括进料管、色标传感器、成型器、薄膜、拉膜橡胶带、纵封轮、横封轮等部分构成。
3.根据权利要求1所述的基于PLC的液体袋装包装机，其特征是所述的包装机控制系统包括PLC、变频器从站、人机界面、热电偶、加热装置、继电器、进料阀线圈、编码器等。
4.根据权利要求1所述的基于PLC的液体袋装包装机，其特征是所述的本包装机选择了西门子公司的S7-224XP，人机界面选用西门子TP177A单色触摸屏，变频器采用内置有Modbus通讯模块的ABB公司的ACS510。
5.根据权利要求1所述的基于PLC的液体袋装包装机，其特征是所述的包装机软件由一个主程序和若干子程序组成，包括系统初始化程序、逻辑控制程序、液料恒流量控制程序、袋长控制程序、阀门控制程序、故障监控程序、通讯程序。
6.根据权利要求1所述的基于PLC的液体袋装包装机，其特征是所述的薄膜的横封辊和纵封轮温度控制使用与S7-200兼容的EM231热电偶PID模块。
7.根据权利要求1所述的基于PLC的液体袋装包装机，其特征是所述的包装机使用Winccflexible编程软件对各界面进行组态：主界面、包装机控制界面、参数设置界面、填充阀门控制、数据存储、报警界面。
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