自动打包机控制系统设计

张心人境 孟亚男 张建胜 高思航

（1.吉林化工学院信息与控制工程学院；2.浙江中控技术有限公司）

传统的工业打包机一般采用继电器来控制，该方法问题相对较多：控制复杂，元件和接点多，线路连接复杂；可靠性差，故障率高；无法实现自动报警，安全性低。 相比于传统继电器方法，PLC在控制上就具有极大的优势［1］，该方法具有功能强大、安装调试方便、适应性强及抗干扰能力强等优势。 PLC 技术应用于打包机控制系统可以提高打包机的自动化、智能化程度，提高机器的工作效率和准确性。 为此， 笔者设计了一款基于PLC 技术的自动打包机控制。

1 自动打包机控制系统

1.1 工艺流程

自动打包机的工艺流程（图1）为：通过传送带将需要打包的产品运到进料门，进料门随后打开，进完料后随之关上，此时主预压在电机和相关电磁阀的作用下同时上升，当到达相应位置之后，预压不再抬升，而主压继续上行，当主压抬升到位后，在电机的作用下开始左右转箱，目的是使产品位置均匀［2］。之后再下行到预压上，在电机和相关电磁阀的作用下开始捆包，捆包完预压右行［3］。 然后，进行放包布环节，放包布的动作由电机和相关电磁阀来完成的。 最后，产品包装完毕后被移走，而预压会左行回归原位［4］。

图1 自动打包机工艺流程

1.2 控制方案

自动打包机主要有以下几个基本动作：给料、主预压升降、左右旋转、机械臂捆包、顶包升降、放包布。 由图1 工艺流程可以看到，这些动作主要由电动机及其相关的电磁阀来完成控制。

控制系统以西门子S7-300 软件为控制核心，主要程序分为手动和自动两大类，手动程序按单步执行，每执行完一个动作，就停止运行；自动程序可以循环执行，自动打包机在完成一个周期后继续下一个周期的工作，直到最后结束，打包机回到初始状态。

2 I/O 点表的建立及硬件选型

2.1 I/O 点表的建立

通过对现场工艺要求和控制方案的研究，确定整个打包机控制系统的I/O 点， 共有41 个DI点、31 个DO 点，部分I/O 点见表1。

表1 部分I/O 点

2.2 硬件选型

硬件选型是设计整体项目的构架，综合考虑价格和系统设备维护， 对I/O 点的计算遵循20%裕量的原则，确定的硬件配置见表2。

表2 打包机硬件配置

3 自动打包机控制系统的设计

通过分析自动打包机的工作过程， 结合控制方案与I/O 点表，应用STEP7 软件进行项目创建、硬件组态，编写主程序OB1、手动控制子程序FC2、自动控制子程序FC3，应用STEP7 进行系统实现。

3.1 主程序OB1 和手动控制子程序FC2

主程序OB1 的主要作用是对各个子程序进行调用， 并在程序刚开始的时候进行上电初始化，然后根据操作者的指令进行子程序的调用。

手动控制子程序FC2 是让操作者通过按键进行逐步打包，手动控制的另一个作用是作为调试工具， 通过手动按钮完成对各个环节的调试。如工艺流程中提到的电机启停动作就是通过手动调试进行直接控制，在此过程中，还可以更改电机的转速和转向。 图2 所示为打包机系统的控制流程。

图2 打包机系统的控制流程

3.2 自动控制子程序FC3

如图3 所示，自动控制子程序FC3 的设计采用顺序控制设计法，按照打包机系统工艺流程的要求进行设计。 顺序控制设计法的具体表现形式为顺序功能图，它能清楚地表现出系统各个工作步的功能、转换顺序和转换条件，让程序简单直观地表达出来。 顺序控制设计法在分析被控对象的控制要求后， 将系统的工作过程分为几个“步”。 步是根据可编程逻辑控制器输出量的状态去划分的，若输出量状态发生变化，系统就会进入新的步。顺序控制设计法通过转换条件控制元件，转换条件是使系统从当前进入下一步的条件。 动作是每一步产生的结果， 它是设备在实际工作中各部件的输出，如车床的切削、机器人末端执行器的抓取等。每一个步可能对应一个动作，也可能对应好几个动作。在自动打包之前，先检查所有的执行元件是否在原位，若不在原位，则需要先进行复位操作，复位后按开始按钮完成打包。

图3 自动控制子程序FC3 的控制流程

4 结束语

本设计运用STEP7 编程软件实现了对打包机启动、传送、打包、停止的自动控制过程，创建了全自动打包机控制系统，增强了整个系统的可靠性、精准性，也减少了劳动强度，降低了打包成本，节约了能源。