刘若仪
摘要：商品包装应包含诸如商标、品牌、形状、颜、图案及材料等元素。为实现包装过程的自动化，形成了包装自动化生产线，自动化包装生产线可以将自动包装机、辅助设备及输送装置按照产品的包装工艺顺序组合在一起，再配以相应的检测、控制、自动调节补偿装置等装置而成，不需人工直接参与操作。
关键词：基于PLC的自动化包装生产线集成控制系统设计
引言
生产线机器人集成控制是工业自动化实现的必要环节，在“智能制造”领域采用 PLC 集中控制生产线机器人是最为高效的自动化控制方法，利用通信技术、自动化技术和计算机技术组合开发，达到对生产线机器人动作、速率、位姿的准确控制，完成自动化生产任务。
1 PLC控制技术
科技的迅速发展为人们带来了便利，人们也对产品质量要求与日俱增。许多企业需要在材料
分拣方面进行加工作业,传统生产模式的人工作业局限性制约了企业经济发展,对传统行业发展模式改造非常迫切门。随着自动化水平的提高,企业开始使用自动化设备代替人力。现代科技的更新推动了PLC技术的发展,PLC在复杂作业中占据核心地位,目前,PLC运用于运动控制等方向。
1969年,美国首次研发用于汽车自动化加工生产线的PLC.最初PLC为小规模集成电路,仅能在生产线部分系统代替继电器。目前，PLC的CPU多采用32位微型计算机处理器，PLC中具有不同编程语言包括语句高级语言,PLC可完成复杂的系统控制功能2,其发展方向是进行多种处理器系统者使用PLC,用于单机控制小型PLC,充分发挥质优价廉等优点，方便在电器柜中安装,为后期维护工作提供方便。大型PPLC具有很好的存储处理能力,可完成复杂的控制系统控制要求。PLC控制系统设计包括软硬件部分，需要分析生产机械工艺流程,了解生产机械生产工艺,对各工位动作分析,作为PLC控制系统设计的首要步骤。
PLC在当前科技中非常成熟,主要组成基本组件包括电源模块、数据存储区等,根据不同型号可自由搭配不同扩展模块实现功能。PLC将输人端子信号扫描将输入状态存放至寄存器，CPU逐条进行运行完成语句。存储器用于PLC程序,按存储类型分为存放用户编写程序与存 放系统程序。存放运算数据可进行读写操作,为具有掉电保护功能需配备电池防止用户程序丢失。I/0模块用于接收外部信号,如常见伺服电机编码器等信号,输出模块用于接收CPU处理信号。
2包装生产线自动化控制系统的硬件构成
2.1上位机系统设计
一个现代化的制造企业在构建自动化生产线时，必然要以安全生产为基本原则。而安全生产又可以细分为人身安全和设备安全。其中人身安全主要指在设计机械加工机床的电气原理图以及刀具、夹具规格时要严格按照国家的相关安全指标来对机械设备进行选型和选材。确保整个生产线所用元器件自身的安全防护性能。另一个方面，设备安全，这是要确保控制系统的鲁棒性，从电气控制电路的设计到通信信号的抗干扰能力等方面，都需要有一个相对成熟的现代化控制技术作为控制系统核心，PLC就满足这一条件。将PLC作为控制系统的核心，不仅能够控制整个自动化系统的稳定性和安全性，同时还有助于电气控制系统的经济性与科学性。
2.2 PLC选型
PLC系统主要是用户通过预编程，提前编写好一些功能性程序，然后由CPU控制运行这些程序，控制系统按照特定的指令和特定流程从一个指令过渡到另一个指令，实现对生产流程的自动化控制。由于PLC技术的指令信号传输渠道是单向的，因此PLC技术控制的系统只能从一个指令变成另一个指令的单向运作，且同一时间只能运行一段程序，像这样按照既定的程序流程一直循环下去。PLC系统属于计算机的一种，在工业生产自动化控制当中应用较为广泛，其结构主要包括有接口电路、电源、通信模块等。在整个系统中，电源为整个系统程序运作提供动力，电源的稳定同样也会直接影响整个系统的稳定性。因此PLC技术供应商都非常重视对系统电源的选用和研发，以追求电源电压的稳定性和蓄电容量作为主要选用标准。在有稳定动力的前提下，CPU按照既定程序的研判条件，去判断出整个系统的运行状态，将寄存器当中的数据传送到对应的输出装置。接口电路的作用包括输入数据以及输出数据，不同的电路则有不同的接口所组成，其之间的共同作用将整个数据和信号的输入与输出予以完成。对于本系统来说，依据上文中分析的食品自动化包装生产线的加工工艺流程的复杂程度，可以预见现场需要的控制开关较多，且有相当一部分开关与控制柜之间的距离较大，这种情况下，选用S7-200的传统轻工业加工PLC型号，则会导致连线较多，现场走线过于复杂，不仅会使整个硬件系统的构建成本更高，同时也不利于后
续系统功能性升级和日常检修维护。因此这里U型安永西门子公司生产的S7-300型号PLC，该型号PLC集成了PROFIBUS-DP的数据通信功能模块，能够应对复杂的数据远程通信，能够省下大部分价格昂贵的实体电缆成本。因此本文建议选用西门子公司的S7-300系列的PLC作为食品柔性生产线自动控制系统的主控核心。具体来说该系列的PLC作业流程分为五个阶段，内处理阶段，主要负责运行主控程序。数据信号处理阶段，主要负责对电信号到数据信号、数据信号到电信号之间的转译，由PLC集成的数据通信模块负责。输入扫描阶段，主要用于扫描和识别用户从编程模块中输入的指令，及时根据用户输入的指令更新内处理阶段的主控程序。
2.3 PLC相关模块的选用
PLC相关模块包括输入输出接口、I/O模块、模拟量输入模块等，这些相关模块的主要功用在于信息采集与指令的发布。为了确保兼容性，在选用西门子公司的S7-300PLC主控核心以后，最好也采用西门子公司出品的这类PLC相关模块。西门子公司生产的S7-300PLC兼容的I/O模块为ET200系列，这一系列有多种型号可供选择。结合本文自动化控制的实际环境，选用模块化从站ET200M型号的I/O模块作为相关模块。该型号I/O模块主要自带一个IM
淀粉加工153-1接口，使得该模块具备更好的功能扩展性，同时也更加适合包装生产线模块化工艺流程。模拟量输入/输出模块。该模块主要负责将传感器输入的电信号转译为能够被PLC主控核心识别的数据信号。同时也负责将PLC的输出数据信号转换为能够被各个加工设备识别的电信号。SM331包括了补偿电路、逻辑电路等电气元器件，这些元器件都有自己的参数，可以通过STEP7来设置调整这些元器件的参数。第四，人机交互界面。选用了同样由西门子公司出品的MP277型号触摸屏，该型号触摸屏兼容性方面较强，自带了MPI、PROFINET、USB等接口，可以与西门子S7-300系列的PLC组成通信网络。而且该显示屏能够防水防尘，能够适应较为恶劣的车间环境，触摸屏操作系统为WindowsCE，为用户提供了较为便捷灵活的操作体验。
3自动化包装生产线集成控制系统软件功能设计
3.1分析自动化包装生产线工艺流程
后轮驱动图1表示的是自动化包装生产线的基本工艺流程。
图1包装生产线工艺流程图
图4的工艺过程可具体分为清洗、整料、升降、输送、包装、切削压痕、分级等步骤。称量过程是生产线上的重要环节之一，电子称量先进行初始标定，在空载、机械调零后,ARM取一定的数据量，然后求平均值，得到一个数值D0并将其保存，在此之后ARM每次采集到一个数字量Di，都需要用Di减去D0，即：Dzi=Di-D智能回收机0然后调零进行空载判断，若需要调零，请调用A/D采样程序采集，得到数值零点D0，将D0保存至系统中。通过A/D转换，采集的电压信号变成了无因次数据，为了能直观地看到待包装产品的实时质量，需要将这些无因次数据转换成所需观察的实际重量值为：其中，Wx和Wm标定分别为实际重量和标定重量，Dx和D碱性脱漆剂m分别是Wx和Wm对应的数字量，参数A为增益系数。为得到称量产品的真实质量，在硬件电路测试之前，必须先用标准砝码进行静态称量以完成标定，获得一组数据Wm和Dm，计算出增益系数A，因此，得到了线性关系变换式，该变换式可以得到包装产品的实际质量。把准备好的相关包装材料和包装产品放在操作台上，然后按照包装步骤自动得到包装结果。
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