基于PLC的自动贴标机控制系统的研制

基于PL C 的自动贴标机控制系统的研制

毕娟1　杨存祥2　马庆华2　李学桥2

11辽宁丹东职业技术学院,辽宁丹东　118003;21郑州轻工业学院河南郑州　450002

摘要:以火腿肠自动贴标签机控制系统的设计为例讨论了其中涉及的关键问题,同时介绍了该系统的主要功能,传感器、执

行机构的选用方法及软硬件设计,使用情况表明,该系统运行平稳,适应性好,比人工提高效率约20倍。关键词:贴标签机;同步系统;自动控制中图分类号:TP273　文献标识码:A 文章编号:1001-2265(2004)01-0091-02

The development of automatic labeling -machine PLC system

B I J uan YAN G Cunxiang MA Qinghua L I Xueqiao

Abstract :Here we discussed the crucial problem involved in the design of the sausage automatic labeling -machine PLC system ,

introduced the important functions of the system and the selection of sensors and executive components ,and explained how to de 2sign software and hardware.The result of application showed that the PLC system could work steadily with excellent adaptability ,and its efficiency was 20times that of manual work.

K ey w ords :labeling machine ;synchronous system ;automatic control

图1　自动贴标机电控系统硬件框图1　引言

近年来,随着生活节奏的加快,各种快餐食品琳琅满目,应有尽有。其商标设计更是五光十色精彩纷呈。而贴商标标签大多是人工操作,耗费大量人力,而且人工操作贴标签容易造成二次污染,占用较大的场地。近几年笔者与双汇集团等食品生产集团公司合作研制了多排火腿肠自动贴标签机。该机器在机械上采用了红外传感器、同步控制机构和可编程控制器,使得该机器性能优良、效率高(500根/min ),能节省大量人力和场地。

2　系统的主要功能

火腿肠自动贴标机主要有如下功能:

(1)可自动贴标签,速度可达200根/min ～500根/min ;(2)有多种检测功能:标签到位检测,火腿肠到位检测,火腿肠缺位检测和火腿肠料下限检测;

(3)对装箱数量能预先设置(三位十进制数);

(4)对已贴标签的火腿肠具有累计计数和显示功能;

(5)具有实时报警功能:火腿肠缺位报警,火腿肠料位下限报警,装箱满预报警和箱满报警;

(6)可进行手动、自动两种工作方式的选择操作。

3　系统的硬件设计

本系统采用SIEMENS 公司的S7-200系列可编程控制器(PLC ),该可编程控制器具有体积小、高速、模块化、可靠性高、抗干扰能力强等特点,开关量24路输入,16路输出。根据多排自动贴标机的工序动作及控制要求,笔者设计了如图1所示的贴标机电控系统硬件框图。

贴标机中的开关量状态检测点直接输入PLC 的开关量输入端,火腿肠计数脉冲信号输入PLC 的高速脉冲输入端,火腿肠装箱根数设定由三位BCD 码拨盘输入。为了实时显示火腿肠装箱根数,PLC 将火腿肠BCD 码计数值输出到笔者研制的显示板上,在运行过程中工作人员可以很方便地了解火腿肠装箱根数。

在自动贴标过程中,控制系统中的技术关键之一是解决标签纸带与在输送板链上的火腿肠同步问题。输送板链的动力由

调速电机提供,速度可在100根/min 至500根/min 之间调节。标签纸带的动力由步进电机提供,当板链速度变化时,要求步进电机速度能与

其保持同步变

化。为此,笔者

设计了一套保证标签与火腿肠运行速度一致的同步系统,实现方法是用光电速度传感器检测输送板链速度,将速度传感器的脉冲信号经PLC 输出端控制的与门74HC08输出到步进电机控制器的脉冲输入端。当步进电机以较快的频率间隙牵引标签纸带运动时,既要满足与板链最高速度500根/min 保持一致,还要防止因负载大于步进电机高速启动对应的矩频特性曲线输出的转矩而造成的失步现象。通过笔者对这套同步系统的有关参数进行优化设计,选用130型三相六拍步进电机及控制电源,使步进电机工作在满足需要的矩频点上。

为了保证自动贴标机的正常工作,笔者设计了多种故障状态检测。当5排火腿肠缺根时,通过反射式微光电传感器组成的阵列,把检测信号输入到P LC 的一个输入端;当料箱运行到下限时,通过对射式光电传感器,把信号输入到P LC 的另外输入端;P LC 只要检测到任一故障信号立即发出声光报警并停机。

4　自动贴标签机控制系统程序设计

该自动贴标机可以分为手动、自动两种控制方式,系统程序控制框图如图2所示。

(1)手动控制方式

在自动贴标签机自动运行前必须先进行料箱、缺位、计数、标签到位等工序检查,不合适的要经过单步调整。在检修阶段也需要用手动方式,直接用各手动按钮控制贴标签机的对应分步动作。

(2)自动控制程序设计

当按下操作面板的自动按钮后,PLC 将控制(下转第93页)

直径端点。

(3)AutoCAD环境下绘制胶管中心线:

中心线分两步完成:

1)绘制直管段部分的中心线

为了提高效率,我们将直径端点坐标值存入DA TA.TEX 文件中,再编制一个lisp小程序一次性绘制出直管段端面的直径。

(Defun c:cen()

　(Setq f(Open″DA TA.txt″″r″))

　(setq c1)

　(While(<=c6)

(Setq sb(Read(Strcat″(″(Read-line f)″)″)))

(Setq x1(Nth0sb)y1(Nth1sb)z1(Nth2sb))

(Setq sb(Read(Strcat″(″(Read-line f)″)″)))

(Setq x2(Nth0sb)y2(Nth1sb)z2(Nth2sb))

(Setq sb(Read(Strcat″(″(Read-line f)″)″)))

(Setq x3(Nth0sb)y3(Nth1sb)z3(Nth2sb))

(Setq sb(Read(Strcat″(″(Read-line f)″)″)))

(Setq x4(Nth0sb)y4(Nth1sb)z4(Nth2sb))

(command″color″c)

(command″line″(list x1y1z1)(list x2y2z2)″″)

(command″line″(list x3y3z3)(list x4y4z4)″″)

(setq c(+c1))

　)

)

然后在AutoCAD环境下交互式用line命令并捕捉每条直线的中点绘制出直管段部分的中心线。

2)确定弯管段中心线的拐点

弯管段中心线的拐点是相邻两段直管段中心线的交点,但是由于是空间线段,所以不能通过捕捉交点方法获得。

因此将中心线延长,用Trim命令进行剪切,再用点坐标查询命令ID,并用end方式捕捉端点,就获得了交点坐标值。

3　结束语

CAD使用人员常常关心对象或模型的生成方法和技巧,而忽略了CAD软件的分析功能。通过这个过程,我们体会到在设计中善于应用二维和三维CAD软件的查询和分析工具,可以提高设计效率和准确性,达到事倍功半的作用。

在Pro/E中Analysis->Measure功能还有Curve Lengh用来测量线段的长度;Angel可以测量两个对象的夹角;Area用来计算曲面或实体的表面面积;Diameter测量曲面或实体表面上任意点的直径等等,另外Pro/EN GIN EER的测量和分析工具还提供了Model Analysis、Curve Analysis、Surface Analysis等分析工具,获得模型的质量、重心、体积等信息;在AutoCAD中查询命令有:List列表显示选定对象的数据库信息、Dist测量两个点之间的距离和角度、Area计算对象或定义区域的面积和周长等等。

[参考文献]

[1]张沛欣,斐建昌,黄圣杰1Pro/EN GIN EER2000i进阶教程

1北京:清华大学出版社,2001

收稿日期:2003-05-29

作者简介:郭津津(1968-),女,天津理工学院副教授,硕士。

(编辑　江复

)图2　自动贴标机PLC系统程序框图

(上接第91页)贴标签机的各个部分自动完成火腿肠贴标签的

全部工序动作。

多排火腿肠自动贴标签机的PLC程序有下列主要模块组

成:装箱计数输入设定与显示程序模块;贴标签运行状态检测模

块(在这个模块中完成料下限、缺位、标签及火腿肠到位、火腿肠

计数等状态检测);步进电机与输送板链同步控制模块;输出控

制与报警程序模块(在这个模块中设计了判断传感器发出的信

号是否正确以及漏发信号的处理程序,提高了抗干扰能力和整

机运作的可靠性)。

(3)软件抗干扰措施

PLC

是专门为工

业生产环境

设计的,通

常不需要采

取什么措施

就可以直接

在工业环境

中使用。但

由于工业生

产环境条件

恶劣,例如:

控制系统供

电电源的波

动、电源电

压中的高次

谐波、地线

中的杂散电

流、空中强

电场通过分布电容的耦合、接触器频繁分合时的操作过电压都

会影响测控系统的正常工作。为提高系统的可靠性,除采用有

效的硬件抗干扰措施外,在程序编写中还采用了如下一些软件

抗干扰措施:

对数字量输入点选择输入滤波器,延迟10ms读取输入信

号值,有助于滤除输入噪声。

由于工业环境恶劣,干扰信号较多,常常会使传送的信号有

误。为提高系统运行的可靠性,使PLC在信号出错情况下能及

时发现错误,并能排除错误的影响继续工作,在程序编制中可采

用软件容错技术。

5　结束语

本文介绍的多排自动贴标签机及控制系统具有功能强、运

行平稳、贴标速度快、控制精度高等优点,贴出的标签端正、整

齐,对各种压敏标签适应性较好。该机器已在多家大型肉联厂

得到应用,取得明显的经济效益和社会效益。如将该机器在贴

标结构上作些改动,还可以作为一种新型的贴标签包装设备推

广到烟草、食品、医药等行业。

[参考文献]

[1]台方.可变程序控制器应用教程.北京:中国水利水电出版

社,2001

[2]邱公伟.可变程序控制器网络通信及应用.北京:清华大学

出版社,2000

收稿日期:2003-05-21

作者简介:毕娟(1956-),女,山东荣城人,辽宁丹东职业技

术学院副教授。

(编辑　江复)