全自动化肥包装码垛机包装控制单元的设计

万朝友 胡兴科 唐受良 王 欢

（四川美丰化肥分公司，德阳 618000）

全自动化肥包装码垛机包装控制单元的设计

万朝友 胡兴科 唐受良 王 欢

（四川美丰化肥分公司，德阳 618000）

本文以一种基于PLC控制技术、变频器、检测元件等多种现代电气技术的化肥自动包装码垛设备为例，将这一设备的包装控制单元作为研究对象，重点分析这一控制单元的具体结构及操控原理，希望能为相关人士提供参考。

化肥包装 自动化 码垛机 控制单元

以往化肥厂的化肥包装工作主要由人工进行，此种方式无法满足化肥批量生产的需要。基于此，很多化肥厂通过电气自动化技术构建了自动化包装码垛装置，并取得了显著效果。目前，市面可见的自动包装码垛设备能够达到近1300bags/h的包装能力，以及近1500bags/h的码垛能力，有效提升了生产效率。借助电气自动化的技术优势，全生产线只需以两名操作人员即可完成包装机码垛工作，大大解放了人力，降低了成本。此类系统包括包装线与码垛线，其中包装线包括定量秤、供袋机、整形机、折边机、装袋机、输送机等组成部分。这些设备的控制核心为PLC系统。本文就以此类设备的包装控制单元为例，对该单元的元件结构以及操控原理进行分析。

1 包装控制单元的整体概况

某化肥企业为提高生产效率，决定进行生产技术改造，引入基于PLC控制器的自动化包装码垛设备。该设备的自动包装码垛设备能够达到近900bags/h的包装能力，码垛能力近1000bags/h。设备的控制系统主要分为四个单元（称重、包装、输送、码垛）实现自动控制，每个控制单元都负责相应的电气自动化控制功能。本文主要以其中的包装控制单元为例展开探讨。

包装控制单元包括检测元件、操作元件、控制元件、执行元件等几个模块，而其中检测、操作与控制均由PLC作为控制核心。此外，因为工艺需要，包装码垛机需要能够在包装整形机、包装折边机以及输送机的运作过程中实现调速效果，因此系统增设了变频元件[1]。该控制单元的操作原理是由PLC控制给料及称重，经检测元件确定是否满足包装的称重标准。当确定满足包装标准后，会由检测元件向PLC系统发射信号，PLC收到信号后，发出包装操作指令，开始进行包装操作，包装结束后传送到码垛线。包装单元与码垛单元建立了相互连锁结构，如果其中一个单元出现问题，如码垛单元出现问题，那么将发出警报，包装单元同时停止操作。当故障解除后，才可重新运行。也可不将码垛单元和包装单元建立连锁，在断开连锁的状态下，即使其中一个单元出现故障，也不会影响另一个单元的操作。

2 包装控制单元的各元件构成

2.1 电源

以380V动力电源连接控制系统，同时连接负荷隔离开关以及漏电保护开关。其中，负荷隔离开关能代替控制系统上的开关，实现总系统电源的接通与断开，而漏电保护开关则用于人员及设备的保护。包装控制单元的各部件都分别增设了空气开关，便于维护[2]。同时，空气开关能够实现安全保护，如短路、断相以及过载等情况。系统的总回路为380V三相电源，各控制元件均为24V的直流电。

2.2 PLC控制器

PLC是整个包括控制单元的控制核心，负责检测、包装、控制等多项功能。本系统采用欧姆龙公司生产的CQM1H系列型号的PLC变成控制器。此种型号能够满足包装控制的基本功能需要，还可通过扩展接口，实现功能扩充。本PLC系统共配置有3个输入模块与4个输出模块[3]。输入模块负责接受如光电开关、检测信号等，PLC分析信号后，输出操作信号，如电动机启动、伺服驱动等。通过面板预先设置操作程序，根据操作程序接收到相应信号后，启动操作，实现自动化控制。

具体控制流程如下。包装单元的控制主要以欧姆龙PLC系统作为操控核心，首先通过屏幕操作面板，编辑操作程序，实现自动化操控。输出元件包括变频器、伺服驱动装置、交流接触器以及电磁阀等。PLC的CPU自带16个I/O输入点，通过这16点扩展出3个带16点的输入模块以及带16点的4个输出模块，经口占得到的I/O总数可达128个。

具体操作：首先启动系统，开展运行电子秤、包装机等设备；之后通过检测元件，检测在供袋盘上是否有袋，如果有袋进入下一环节，如果无袋需发出报警信号，由人员补充袋后进入下一环节；到下一环节时，取袋气缸运动，连通取袋操作阀门，真空吸盘开始运作，将供袋盘中的袋子吸附上；检测元件检测到成功取袋后，向PLC发出信号，由PLC收到取袋成功信号后，发送气缸回收指令；取袋吸盘通过缩回操作到达原位置后，向PLC发出信号，PLC收到信号后，调整真空，使空袋子送入传送装置上。

空袋子沿着传送装置进行传送，传送到指定位置时，由检测元件向PLC传递信号。此时，PLC发出连通托袋及整形装置电磁阀的连通指令，从而将袋子摆正。之后，分别由PLC连通电子秤、进料伺服，进行装料并封口。最后，由传送装置传送至码垛系统单元中，完成整个包装流程。

2.3 变频元件

因为工艺需要，包装码垛机需能在包装整形机、包装折边机以及输送机的运作过程中实现调速效果。因此，系统设置了变频元件，共安装了3个富士公司生产的E11行变频器。此种变频器具备较小体积且性能良好，在实现有效变频控制基础上，节约了占用空间。同时，它能够实现PID控制、自设定、自动节能等功能。变频器的控制可通过面板进行设置。

2.4 伺服驱动装置

伺服驱动是对装袋系统汇总的传送装置进行位置以及反复运动控制的装置。驱动装置控制灵活，且能够实现快速响应。此外，通过伺服驱动还可通过外部脉冲以及模拟量的设置，实现位置控制。伺服系统主要通过PLC发送的脉冲信号，实现电动机运动方向以及速度的操控。

本系统选取STOBER（德国）开发的SDS4101型号的伺服驱动装置。伺服驱动与PLC相连，由PLC系统提供DC24V，伺服准备好、伺服报警、定位完成等是有伺服系统向PLC输出信号，而伺服使能、驱动、换算等则是由PLC向伺服驱动装置发送脉冲信号而实现。

该单位通过以上方案，进行了包装码垛工作环节的技术改造，大大改善了工作效率。装料误差控制在±10g范围内，极大避免了资源浪费。同时，通过低误差、自动操作技术达到了近900bag/h的包装能力，有效满足了生产需求，现已投入应用。实践证明，基于PLC控制器的自动化肥保证码垛设备具有结构简单、编程方便、解放人力、避免资源浪费等优势，可有效避免人力操作带来的误差，提高效率，值得推广。

3 结束语

综上，基于对自动化肥包装码垛装置的包装控制单元的整体概述，本文分别对其中的电源、PLC控制器、变频元件、伺服驱动装置进行探讨，重点分析了PLC控制器的控制流程，明确了PLC系统在此控制单元中的结构以及基于自动化编程、脉冲信号传递的自动控制原料，希望能为相关人士提供参考。

[1]詹俊钢，谭利都，谭娜.PLC在自动配料称重控制系统中的应用[J].化工自动化及仪表，2014，（4）：453-454.

[2]邓昌奇.基于PLC的全自动包装机控制系统开发与实现[J].广东石油化工学院学报，2014，（4）：30-33.

[3]姜永增，姚忠敏，张裕.全自动化肥包装码垛机包装控制单元的设计[J].农机化研究，2013，（4）：202-205.

Design of Automatic Fertilizer Packaging Palletizing Machine Control Unit

WAN Zhaoyou,HU Xingke,TANG Shouliang,WANG Huan
(Sichuan Meifeng chemical fertilizer branch, Deyang 618000)

In this paper, a based on PLC control technology, frequency converter, a detection element, such as a variety of modern electrical technology of fertilizer automatic packing and palletizing equipment, for example, packaging of the device control unit as the object of study, focuses on the analysis of the control unit of the specific structure and operation principle of, hope to provide reference for relevant personage.

fertilizer packaging, automatic stacking machine, control unit