_{隨著社會發展和國民經濟指數的提升，品茶人數逐漸增 高,茶葉需求量不斷攀升，並且小克重、精品化、多樣化包裝成 為茶葉生產行業的主流趨勢。因此，提高茶葉包裝質量和包 裝效率尤為重要。多功能茶葉包裝機是在一台包裝設備上能 夠完成多個以上的茶葉包裝工序的設備，其能夠同時實現茶 葉包裝過程中製袋、稱量、充填、封口和切斷的工序[1~2]o包 裝封口是茶葉包裝過程核心工段之一,封口質量將影響茶葉 的包裝質量、儲存時間、銷售狀況。由於熱封裝置溫度的升/ 降速率大和熱量傳遞慣性大的特性，加之外界幹擾因素和執 行器電壓波動影響，使溫度控製係統具有非線性和時滯性，利 用傳統PID控製經常出現包裝材料燒穿和過度收縮、物料泄 露、封口不嚴、封口不牢固的現象，降低了茶葉包裝效率和包 裝成品的合格率TIA Portal是西門子推出的全集成的工 業自動化軟件，可以完成高效靈活的項目組態、網絡搭建、程 序編寫、在線診斷、遠程操作及故障報警，其與傳統的WinCC + Step7方法相比無需花費大量時間完成軟件集成，明顯節約 時間，提高工作效率，是未來工業自動化的發展方向為解 決上述問題，本研究構建由S7-1200PLC, PC Station, TCP7062Ti觸摸屏的TIA Portal的多功能茶葉包裝機控製係 統，設計模糊PID包裝機熱封裝置溫度控製程序，以期提高茶 葉包裝機的自動化程度和包裝質量。}

_{1多功能茶葉包裝機結構設計及工作原理}

_{多功能茶葉包裝機結構見圖1,主要包括橫封裝置、包材 送料裝置、縱封裝置、翻領成型器、包裝薄膜、稱重裝置及定 位裝置等⑴。本研究對多功能茶葉包裝機進行以下幾方麵 優化改進：①將橫封裝置與切斷機構組合在一起，既可以減 小整機尺寸也能縮短工作周期；②橫封裝置使用獨立電機 驅動，縱封裝置運用氣缸驅動，便於協調和控製各執行機構 間的速度保持一致或匹配，避免因速度不匹配而造成封口褶 皺的問題，還能簡化傳動鏈、減小設計的複雜性和製造成本； ③導料器下方增設導料管至橫封裝置上方約30 mm處，降 低粉塵揚起汙染封口部位的程度。}

_{包裝材料被包材供送裝置經自動糾偏裝置調整後送達 成型器，包裝材料被翻領成型器成型卷成筒狀後，包裝機縱 封裝置以設定的溫度對包裝材料進行燙邊封口，在此之前橫 封裝置已經完成上一個包裝袋的頂封和下一個包裝袋的底 封，與此同時，稱重機構已完成產品稱重並將物料填充至包 裝材料內〔6一刁。包裝材料在牽引裝置的作用下繼續向下運 動到達橫封裝置位置，橫封裝置完成包裝袋頂封和切斷工 作，然後進行產品包裝的質量檢測，剔除次品，輸送出合格產 品。其中，產品的填充及包裝袋橫封、切斷位置的確定由色 標進行定位。}

_{2多功能茶葉包裝機控製係統硬件係統 設計}

_{多功能茶葉包裝機的控製係統設計主要包括兩方麵：硬 件選型和軟件設計。整個控製係統中，設備的檢測裝置、執 行機構數量較多，彼此之間還存在一定的相互影響，對控製 係統性能要求較高〔旳。}

_{2.1係統控製點統計}

_{根據多功能茶葉包裝機工藝流程分析和項目控製要求， 控製點分為：DI（數字量輸入信號）、DO（數字量輸出信號）、 AI（模擬量輸入信號）、AO（模擬量輸出信號）.}

_{2.2控製係統硬件選型}

_{（1）根據上述多功能茶葉包裝機I/O統計，選擇西門子 S7-1200係列的CPU1214C為控製器，其具有很快的處理速 度,單條基本指令處理時間約為0.1卩s,同時自帶Profinet網 絡接口"1。控製模塊選擇：數字量輸入模塊SM1221 （6ES7221-1BF32-0XB0）、數字量輸岀模塊 SM1222 （6ES7222- 1BH32-OXBO）、模擬量輸入模塊 SM123K6ES721231-4HF32- 表1多功能茶葉包裝機I/O統計表}

_{（2） 觸摸屏選用昆侖通泰TPC7062Ti,屏幕尺寸為 190.5 mm,分辨率800X480。通過觸摸屏可以實現人機交互， 在觸摸屏上能夠進行參數值調整、控製對象監控、手/自動切 換命令。}

_{（3） 傳感器選擇。重力傳感器選用日本MT（）品牌，型 號:LRS-50,檢測範圍0〜100 g,該重量傳感器檢測靈敏，適 合茶葉的小包稱量；溫度傳感器選用ESMU型祐熱電阻，檢 測範圍0〜200 K，檢測精度0.1 -C。}

_{（4） 執行器選擇。加熱管選用Cr20Ni80型號鐐倍加熱 絲，電磁閥型號TM51-1HP,電機釆用伺服電機。}

_{本控製係統基於TIA Protal V13平台，在完成工程項目 創建後，選擇“設備和網絡”-,'組態設備”-“添加新設備”， 然後根據設備訂貨號在選項列表中所需模塊，如：PS模塊、 CPU模塊、SM模塊等}

_{3多功能茶葉包裝機控製係統軟件係統 設計}

_{3.1多功能包裝機主程序流程}

_{該多功能包裝機根據茶葉包裝工序，實現茶葉包裝過程 中製袋、稱量、充填、封口和切斷的工序與運行狀態監控、異常 狀態中斷及報警功能。程序按照模塊化思路設計，主要分為 主程序、子程序及中斷程序。程序運行時，首先執行初始化程 序段，然後進入主程序段判斷包裝機運行的手/自動狀態位, 若是自動運行狀態,則主程序調用包材縱封送料子程序、縱封 加熱子程序、送料子程序,PLC實時掃描釆集包材位置信號和 縱封溫度信號，當滿足包裝袋縱封條件後，控製器啟動縱封電 磁閥完成縱封工作。當完成縱封工作後主程序調用橫封加熱 子程序、包材橫封供送子程序,PLC實時掃描采集包材位置信 號、橫封溫度信號、稱重傳感器信號，當3個信號都滿足橫封 要求時，橫封電機啟動，進行橫封工作和切斷工作，茶葉包裝 過程完成。}

_4結論

_{基於TIA Portal V13平台和S7-1200 CPU控製器實現 多功能茶葉包裝機動態實時監控和控製，利用TIA Portal可 快速、直觀地開發和調試優勢，解決包裝封口不嚴、外觀褶 皺、材料燒穿等包裝質量問題，結合()PC技術完成WinCC 與MATLAB的通訊，實現模糊PID的包裝機熱封溫度控製 算法的應用，實時調節PID的3個參數，提高溫度係統的精 確度和穩定性，應用表明，該多功能茶葉包裝機係統運行穩 定、成品率高。具有一定的應用價值。}

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