隨著自動化程度的提高，包裝機的操作、維護和日常保養更加方便簡單，降低了對操作人員的專業技能要求，提高了生產效率和產品質量，有效減輕了職工的勞動強度並降低能源和資源的消耗。傳統的敞口包裝機采用繼電器控製線路，其主要缺點是接線複雜、觸點誤動作多、故障率高、自動化程度不高。PLC 作為一種基於工業電氣控製特點設計的自動化控製產品，因其功能強、成本低、編程簡單、體積小而逐步取代了繼電器控製線路。液壓設備以其“柔性”動力傳動和單一的直線驅動力，使係統具有較長的生命周期和較高的工作效率。因此，自動化包裝機控製係統首選液壓傳動與PLC 電氣控製係統相結合的電液控製係統。
1 PLC 簡介
1.1 PLC 的定義
PLC 的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC 的定義是：可編程控製器是一種數字運算操作的電子係統，專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執行邏輯運算、順序控製、定時、計數和算術運算等操作的指令，並通過數字的、模擬的輸入和輸出，控製各種類型的機械或生產過程。可編程序控製器及其有關設備，都應按易於與工業控製係統形成一個整體，易於擴充其功能的原則設計。
PLC 具有通用性強、使用方便、適應麵廣、可靠性高、抗幹擾能力強、編程簡單等特點。PLC 在工業自動化控製特別是順序控製中的地位，是無法取代的。
1.2 PLC 的構成
從結構上分，PLC 分為固定式和組合式（模塊式）2 種。固定式PLC 包括CPU 板、IO 板、顯示麵板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC 包括CPU 模塊、IO 模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規則組合配置。
1.3 PLC 故障處理
如果PLC 停止在某些輸出的地方，一般是處於中間狀態，則查找引起下一步操作發生的信號。編程器會顯示那個信號的ONOFF 狀態。
如果輸入信號，將編程器顯示的狀態與輸入模塊的LED 指示作比較，結果不一致，則更換輸入模塊。若發現在擴展框架上有多個模塊要更換，那麽在您更換模塊之前，應先檢查IO 擴展電纜和它的連接情況。
如果輸入狀態與輸入模塊的LED 指示一致，就要比較一下發光二極管與輸入裝置（按鈕、限位開關等）的狀態。若兩者不同，測量一下輸入模塊，如發現有問題，需要更換IO 裝置，現場接線或電源；否則，要更換輸入模塊。
若信號沒有輸出或輸出的狀態不同，就得用編程器檢查輸出的驅動邏輯，並檢查程序清單。檢查應按從右到左進行，找出第一個不接通的觸點，如沒有通的那個是輸入，就按第二步和第三步檢查該輸入點。要確認使主控繼電器不影響邏輯操作。信號是定時器，而且停在小於999.9 的非零值上，則要更換CPU 模塊。
如果該信號控製一個計數器，首先檢查控製複位的邏輯，然後是計數器信號。
2 自動敞口包裝機控製係統工作原理
整個係統由液壓係統和電氣控製係統組成。液壓係統由4 種主要元件組成，即動力元件（氣壓泵）、執行元件（氣壓缸）、控製元件（電磁閥）、輔助元件（稱重控製器、皮帶機等）。
自動敞口包裝機執行結構比較簡單，屬於順序控製結構，氣壓缸動作完成之後必須回到原來的位置上，否則就會啟動報警係統。
各工序簡述如下：（1）設備開始運行，動力元件（氣壓泵）開始運行。（2）執行元件（氣壓缸）打開。（3）當包裝帶套在下料口時，執行元件（氣壓缸）閉合，將包裝袋閉合。（4）上部下料閥門打開，稱重控製器工作，設定重量的物料進入包裝機小料倉。（5）下部下料閥打開，物料進入包裝袋，到設定重量的公差範圍內閉合。（6）執行元件（氣壓缸）打開，將包裝袋落入運輸皮帶上，就結束了一個自動控製過程。
3 自動敞口包裝機電氣控製係統的設計
3.1 電氣控製係統硬件設計
PLC 是整個控製係統構成的核心，動作傳輸信號采用按鈕、限位開關直接和PLC 輸入端相連，簡單易於實現。PLC 輸出端直接和主要控製信號、指示信號、報警信號及控製器件相連。各種控製邏輯以及時間控製完全在PLC 內部通過編程實現。為保證係統的安全，該設備除了料門氣壓缸外，其餘所有氣壓缸的回位都有行程開關作為位置指示。氣壓缸的伸出是按時間控製，其回縮是行程控製。當氣壓缸在規定時間內的回位動作信號沒有返回，則控製係統立即報警以提醒工作者注意，但係統本身並不動作。
采用以PLC 為核心的控製裝置在係統設計中，其選型與應用程序是其中的2 個關鍵所在。正確合理地選用PLC 尤為重要，它涉及整個PLC 控製係統的配置、程序設計和控製要求的實現。根據對工藝的分析及對各種特殊功能的設計，整個控製係統的實現需要20 個輸入點和18 個輸出點，考慮到生產工藝的改進及係統的可塑性，選用日本三菱公司的FX2N-48MR 可編程控製器。其IO 端子及內部繼電器分配如下文所述。輸入：X0—自動開關；X1—電動機啟動；X2—包裝袋打開；X3—氣壓缸閉合；X4—上部下料閥門打開；X5—稱重控製判別；X6—料倉閥門打開；X7—下部下料閥門打開；X10—判別公差範圍；X11—氣壓缸打開；X12—釋放包裝袋控製信號；X13—變頻調速；X14—下料方式；X15—切口方式；X16—溫度控製；X17—濕度控製；X20—定點停靠；X21—麵板顯示；X22—電壓功率微調；X23—緊急停止。
輸出：Y0—電動機運轉；Y1—加壓；Y2—氣壓缸閉合；Y3—上部下料閥門打開；Y4—稱重控製判別；Y5—料倉閥門打開；Y6—下部下料閥門打開；Y7—判別公差範圍；Y10—氣壓缸打開；Y11—釋放包裝袋控製信號；Y12—電動機異常信號；Y13—氣壓缸閉合異常信號；Y14—上部下料閥門異常信號；Y15—下部下料閥門異常信號；Y16—料倉閥門異常信號；Y17—氣壓缸打開異常信號；Y20—釋放控製異常信號；Y21—報警器。
內部繼電器：T0～T11，功能為定時器；M8002，功能為初始化。
3.2 電氣控製係統軟件設計
根據自動敞口包裝機工藝流程可知，其工作過程是典型的順序控製，故采用順序設計法。控製程序分為手動控製和自動控製，具體主程序如圖4 所示。其中手動控製主要用於設備的調試和檢修，正常生產是運行在自動控製狀態。為避免誤操作，在編程時尤其要注意聯鎖保護。
順序控製設計法是一種對那些按動作的先後順序進行控製的係統，適宜使用順序設計法編程，而且在順序控製設計法編程時，順序功能圖能很清楚地表示各個工作點的功能、點與點之間的轉換順序及其轉換條件。
4 結語
采用PLC 設計係統，可以縮短設計周期，安裝調試十分方便。特別是程序部分，可事先在實驗室調試好，現場隻要把事先調試好的程序輸入PLC，在工藝條件滿足的情況下，設備即可投入運行。由於PLC 自動控製的靈活性，可在現場改變某些工藝參數，改變動作順序，增加係統功能。該控製係統運行穩定、操作簡單、維護方便，具有一定的推廣價值。

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