李國(guó)祥,何 文,梁永潤(rùn)

(中山天業(yè)包裝機(jī)械有限公司,廣東中山528400)

應(yīng)用技術(shù)

西門子PLC在組合秤上的應(yīng)用

李國(guó)祥,何 文,梁永潤(rùn)

(中山天業(yè)包裝機(jī)械有限公司,廣東中山528400)

本文介紹了西門子PLC在組合秤上的應(yīng)用。實(shí)踐表明,應(yīng)用西門子PLC開發(fā)的組合秤系統(tǒng)比傳統(tǒng)使用的單片機(jī)系統(tǒng),硬件穩(wěn)定性高,維護(hù)方便,且能根據(jù)用戶的需求擴(kuò)展功能。應(yīng)用該系統(tǒng)生產(chǎn)的組合秤得到國(guó)內(nèi)外用戶的認(rèn)可,具有較好的推廣前景。

西門子PLC;組合秤;應(yīng)用

1 前言

組合秤是伴隨著工業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展而興起的一種應(yīng)用于食品包裝行業(yè)的自動(dòng)電子衡器。由于采用組合式計(jì)量的稱重方式,成功地解決了普通電子稱重精度與速度的矛盾,達(dá)到稱重快又準(zhǔn)的目的,尤其是計(jì)量如糖塊、干果、薯片等不規(guī)則形狀的物料時(shí),優(yōu)越性更為顯著,因此組合秤稱重技術(shù)以其高精度、高速度代表了當(dāng)今稱重技術(shù)的最高水平及發(fā)展方向[1]。但在我國(guó)其發(fā)展較慢,并且絕大部分都是延續(xù)了國(guó)外早期的單片機(jī)系統(tǒng),容易受干擾、故障率高,維護(hù)成本大,擴(kuò)展困難。我司經(jīng)過長(zhǎng)期的跟蹤研究,目前已經(jīng)成功開發(fā)出一種利用西門子PLC完全替代單片機(jī)的新型組合秤控制系統(tǒng),其抗干擾性強(qiáng)、故障率低,幾乎免維護(hù),得到了客戶的一致認(rèn)可。

本文介紹的組合秤是以西門子PLC CPU226為控制核心,步進(jìn)電機(jī)為主要運(yùn)行機(jī)構(gòu)的組合秤。在實(shí)現(xiàn)組合秤的快速計(jì)量和控制過程中充分利用了西門子CPU226的高速脈沖、浮點(diǎn)運(yùn)算、時(shí)間中斷、自由通訊等功能,從而保證了組合秤在組合計(jì)量中的快速性和穩(wěn)定性[2-3]。

2 工藝流程

組合秤的工藝流程如圖1所示[4]:

圖1 工藝流程圖

首先物料通過提升機(jī)送到進(jìn)料斗內(nèi),再由程序控制的主振盤、線振盤將物料從進(jìn)料斗分別送入存料斗緩存起來,然后再進(jìn)入稱重斗進(jìn)行稱重。CPU226根據(jù)稱重斗中的不同重量值,進(jìn)行篩選和排列組合,選出最接近目標(biāo)值的組合,該組合的稱重斗打開,將物料送入集料斗或直接排入包裝機(jī),完成包裝。

3 控制原理

應(yīng)用西門子PLC(CPU226)組合秤的電氣控制原理如圖2所示,控制過程包括重量檢測(cè)、A/D轉(zhuǎn)換、料位檢測(cè)、步進(jìn)電機(jī)位置檢測(cè)、組合計(jì)算、排料檢測(cè)、與包裝機(jī)聯(lián)動(dòng)信號(hào)、振動(dòng)控制、步進(jìn)電機(jī)控制等。

圖2 電氣控制原理圖

人機(jī)界面:是與機(jī)器對(duì)話的主要窗口,通過人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)修改及下載不同的運(yùn)行參數(shù),查看生產(chǎn)記錄,并可記錄跟蹤機(jī)器目前的運(yùn)行狀態(tài)。

數(shù)字稱重傳感器:負(fù)責(zé)對(duì)應(yīng)斗重量數(shù)據(jù)的采集。

PLC:核心程序的載體,控制和協(xié)調(diào)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)。PLC通過自由口通訊采集各個(gè)A/D模塊的重量信息,然后根據(jù)組合計(jì)算找出最接近設(shè)定目標(biāo)值的組合斗,再輸出脈沖到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)令其驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)打開斗門排出物料。

料位信號(hào):負(fù)責(zé)檢測(cè)上進(jìn)料斗的進(jìn)料量是否處于設(shè)定的合理料層厚度。

原點(diǎn)信號(hào):步進(jìn)電機(jī)的原位檢測(cè),即步進(jìn)電機(jī)在每次動(dòng)作后返回時(shí)由此信號(hào)來確保它已回復(fù)至原位。

加料控制:向提升機(jī)等加料裝置發(fā)送加料信號(hào)。

振機(jī)驅(qū)動(dòng):向存料斗給料。

步進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置:由步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成,作為主要執(zhí)行機(jī)構(gòu),是執(zhí)行來自PLC的脈沖指令,從而控制料斗開合的角度及按設(shè)定的曲線運(yùn)行,既要保證開關(guān)料斗的速度快,又要保證運(yùn)行平穩(wěn)及無減少料斗關(guān)閉時(shí)的機(jī)械撞擊聲。

4 控制系統(tǒng)流程及系統(tǒng)參數(shù)

本系統(tǒng)采用西門子S7-200系列CPU226,其結(jié)構(gòu)緊湊、有著功能強(qiáng)大的指令集,還集成了豐富強(qiáng)大的通訊功能。使本系統(tǒng)具有更好的可擴(kuò)展性和靈活性。

圖3 系統(tǒng)配置圖

4.1 本系統(tǒng)預(yù)估值

該系統(tǒng)的基本參數(shù)如下:

振機(jī)振動(dòng)時(shí)間:50m s;重量采樣穩(wěn)定時(shí)間: 400m s;組合運(yùn)算時(shí)間:50m s;稱重斗開合時(shí)間: 400m s。一分鐘可達(dá)到的稱重速度為:1000m s× 60 s/(50m s+400ms+50ms+400m s)=66.7 (包)

在系統(tǒng)運(yùn)行中,因?yàn)橛辛舜媪隙返木彌_,振機(jī)的振動(dòng)是與稱重斗的打開幾乎是同時(shí)時(shí)間,并且振動(dòng)的時(shí)間小于稱重斗的開合時(shí)間,所以振動(dòng)時(shí)間是可以忽略的。重量信號(hào)采樣的穩(wěn)定時(shí)間,組合運(yùn)算時(shí)是根據(jù)參與組合的斗數(shù)來進(jìn)行的,而不是等所有的稱重斗都穩(wěn)定采樣完畢才進(jìn)行,所以除了首次運(yùn)行時(shí)是統(tǒng)一開始計(jì)時(shí)穩(wěn)定采樣,其它時(shí)候都是以各稱重斗參與組合的情況來計(jì)時(shí)穩(wěn)定采樣,因此,雖然重量信號(hào)采樣時(shí)間的長(zhǎng)短不會(huì)太多的影響到組合秤的速度,應(yīng)用該系統(tǒng)的10頭組合秤速度可以達(dá)到70～75包/m in。

4.2 本系統(tǒng)實(shí)際調(diào)試數(shù)據(jù)

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試,在振機(jī)振動(dòng)時(shí)間為50m s,重量采樣穩(wěn)定時(shí)間為45m s,稱重斗的斗門打開角度為110°時(shí),系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)如圖4所示:系統(tǒng)中需要用到的脈沖輸出、I/O控制、自由口通訊、組合計(jì)算等都可實(shí)現(xiàn),并能在線檢測(cè)和診斷,使控制過程一目了然。

4.3.3 硬件可靠性高、維護(hù)方便

CPU226是一個(gè)集成度很高的,經(jīng)過工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)考驗(yàn)的控制器,其穩(wěn)定性高,給用戶的使用帶來方便。

4.3.4 擴(kuò)展性好

不同的用戶甚至是同一客戶使用組合秤的不同時(shí)期都會(huì)提出不同的需求,這些需求很多時(shí)候都會(huì)涉及到硬件的更改。這種情況單片機(jī)系統(tǒng)就很難應(yīng)付,大多數(shù)情況下必須重新繪制電路板,周期較長(zhǎng),難度較高。CPU226除了本身集成的強(qiáng)大功能,還可以方便地與其它西門子家族的智能模塊配合使用,以滿足不同用戶的應(yīng)用需求。

圖4 系統(tǒng)配置圖

5 結(jié)語(yǔ)

監(jiān)測(cè)實(shí)際稱重過程,本組合秤在稱目標(biāo)值為50.0g的通心粉或是蠶豆時(shí),速度可保持在70包/m in以上,稱重誤差控制在±0.5g以內(nèi)。

4.3 與傳統(tǒng)單片機(jī)控制系統(tǒng)比較

西門子PLC組合秤系統(tǒng)與單片機(jī)系統(tǒng)相比,其優(yōu)點(diǎn)在于:

4.3.1 步進(jìn)電機(jī)的控制簡(jiǎn)單,操作方便

單片機(jī)組合秤系統(tǒng)脈沖輸出較為復(fù)雜,參數(shù)設(shè)置必須要考慮到電機(jī)每一步的脈沖量和速度才能很好的正常運(yùn)轉(zhuǎn),參數(shù)設(shè)置復(fù)雜。本系統(tǒng)利用西門子集成的脈沖輸出向?qū)?自動(dòng)生成控制包絡(luò),使得電機(jī)的速度變化更為平滑、穩(wěn)定。在稱量不同的物料需要對(duì)斗門的開合情況進(jìn)行調(diào)整時(shí),只需設(shè)置電機(jī)運(yùn)行的速度和角度兩個(gè)參數(shù)即可,操作十分方便。

4.3.2 集成度高,可靠性好

單片機(jī)組合秤控制系統(tǒng)一般是每個(gè)控制單元獨(dú)立控制一個(gè)稱重裝置,節(jié)點(diǎn)多,布線復(fù)雜,容易引起故障。CPU226高度集成,功能強(qiáng)大,組合秤

由于電子組合秤的稱量速度快、稱重精度好、自動(dòng)化程度高等性能,已在食品包裝行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。但目前在國(guó)內(nèi),組合稱重技術(shù)的發(fā)展仍處于初級(jí)階段,其制造與國(guó)外的先進(jìn)水平相比還相差甚遠(yuǎn),因此研制、開發(fā)、應(yīng)用和完善電子組合稱量設(shè)備,對(duì)于提高我國(guó)包裝與食品機(jī)械的自動(dòng)化水平有著特別重要的意義[4]。本文介紹的西門子PLC組合秤是在傳統(tǒng)的單片機(jī)組合秤基礎(chǔ)上發(fā)展而來,但其又是一種新型的控制系統(tǒng),具有降低故障率、提高生產(chǎn)效率、操作方便、運(yùn)行更為可靠的特點(diǎn),具有更高的技術(shù)含量和更好的性價(jià)比,能為用戶帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]彭福紅,任作新.高精度電腦組合秤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化,2007(6):127-128.

[2]宋伯生.PLC編程實(shí)用指南[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

[3]西門子(中國(guó))有限公司自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán).深入淺出西門子S7-200PLC[M].北京:航空航天大學(xué)出版社,2004.

[4]陳士祥,郭飛,吳順勇,等.電子組合稱量技術(shù)的應(yīng)用研究[J].包裝與食品機(jī)械,2007,25(3):5-8.

The Applica tion of Siem en s PLC on Multihead Weigher

L IGuo-xiang,HE Wen,L IANG Yong-run
(Zhongshan TO-U Packaging Machienry Co.Ltd.,Zhongshan 528400,China)

This article has introduced the Siemens PLC app lication on multihead weigher.According to test,comparing with the traditionalMCU system,the Siemens PLC controlsystem has advantage ofhigh stability of hard ward,easy maintenance,and also high extensibility for future requested function from user.The multihead weigherwith this PLC control system has got recognition from customers both from abroad and domestic market.It surely has very good perspective.

Siemens PLC;multihead weigher;app lication

book=59,ebook=209

TB486.3

A

1005-1295(2010)06-0059-03

2010-11-02;

2010-11-08

2010年中山市科技計(jì)劃(20103A179)

李國(guó)祥(1966-),男,高級(jí)電氣工程師,長(zhǎng)期從事自動(dòng)控制系統(tǒng)開發(fā)。通訊地址:528400廣東省中山市火炬開發(fā)區(qū)紀(jì)豐工業(yè)園中山天業(yè)包裝機(jī)械有限公司,E-mail:info@tupack.com。

do i:10.3969/j.issn.1005-1295.2010.06.014