1引言
隨著人們生活水平不斷提高，人們對各工農產品的消費需求也隨之增長，同時這也帶動了我國包裝機械行業的迅速發展。未來定量包裝業配合著產業自動化的趨勢，在技術上將向著控製數字化方向發展[1-2]。定量包裝機產業落後是我國包裝產業的現狀，並且手工的稱重、封裝依然是許多薄弱企業所采用的包裝手段。該方法的勞動強度大、工作效率低。對於企業的大規模生產、提高勞動生產率來說已成為一種製約。在這樣的背景下，自動定量包裝機應勢而生。包裝係統的精度與速率低，一直是製約包裝機發展的主要因素。此外由於無法實時監控包裝的稱重與卸料環節，進一步影響了係統的精度與穩定性。本文從定量包裝係統的整體設計出發，采用S7-200PLC作為核心控製部件，重點研究了MCGS對係統各個動作的實時監控、報警及實時重量的反饋，進而預估稱重倉物料變化實現提前控製並調節電磁閥的開度，使得係統的效率與精度得到顯著提高。最後通過實驗仿真驗證，該係統控製精度可以達到預期要求，遠高於傳統包裝係統，並且係統的穩定性也得到明顯改善，有很好的應用前景。
2係統的整體設計及原理
定量包裝機的稱重係統主要由三大組成部分構成，其分別為稱重檢測部分、現場執行部分和係統控製櫃部分[2-7]。現場的各個執行機構的運行動作均由控製櫃中的控製器根據采集的信息和其他相關信號來控製的。定量包裝機工作過程中的定量下料和稱重到包裝袋等各種動作都是通過控製器控製各執行機構協調運行來完成的。如圖1所本文的定量包裝係統的稱重模塊與稱重傳感器的連線示意圖如圖1所示。本模塊所采用的電子設備均為西門子公司的產品。因為本設計控製係統選用的是S7-200PLC且其與S7-200PLC的兼容性和可靠性都較其他產品高，所以鑒於這兩方麵因素選用西門子廠商的稱重電子模塊。因為SIMATIC係統集成了SIWAREX電子稱重模塊所以稱重傳感器的信號可以直接由PLC控製係統接收和處理，並且各種複雜動作的控製都可以PLC控製執行無需疊加其他環節如A/D轉換或傳輸環節。

同時，為了便於根據客戶需求以及包裝工藝條件的改變及時提供係統升級和擴展服務，稱重係統采用模塊化設計，可編程性、擴展性都很好。S7-200的擴展模塊SIWAREX_MS可以與係統的其他擴展模塊進行聯機運行。電子稱重模塊擁有2個串行接口，用於連接遠程數字顯示器的接口是TTY接口；另一個是RS232接口，可以連接一台PC（個人電腦）。
2.1定量包裝控製係統流程設計
本係統主要通過S7-200PLC進行整體的動作控製。首先對係統進行初始化，包括對係統的儲料倉進行料位的檢測，當儲料倉的料位超過90%時，儲料倉的上限位開始報警，同時送料帶停止物料的輸送。當儲料倉的料位低於10%時，儲料倉的下限為開始報警，送料帶保持物料的輸送，從而保證儲料倉的物料保持在合理範圍內。給料開關為螺旋式控製，通過控製電機，給料電機可以分為三檔，分別為快給料、慢給料和補料三檔。首先開啟快給料，當達到給定重量的90%時，將快給料切換至慢給料，在確定稱重倉已達給定重量時，係統會給出手動上袋信號，完成上袋工作後，卸料閥開啟卸料。卸料完成後進行抖袋工作，最後就是開啟包裝袋傳送帶，進行包裝袋的傳送。整體流程如圖2所示。

3控製係統的總體設計
3.1PLC選型
CPU226CNPLC有24個輸入和16個輸出I/O，均為本地I/O都有固定的地址。如I0.0～I0.7或Q0.0～Q0.7等均為係統預設地址[8]。對於具有複雜控製要求的控製係統所添加的擴展模塊的I/O地址可根據具體模塊在控製係統中的相對位置來確定。該型號PLC性能穩定價格便宜，滿足係統設計要求。
3.2稱重傳感器的選型
最大量程、精度、工作環境和穩定性等是選擇傳感器時必須要考慮因素。從受力方式上稱重傳感器可以分為拉式和壓式傳感器，由於拉式傳感器在包裝機上安裝簡便，維護方便，顧考慮以上因素及結合本設計要求選用全密封拉式傳感器，型號為SHK-4型。
3.3I/O分配
如表1所示，一共調用了10個輸入I/O和10個輸出I/O。PLC上電運行後，首先對對係統進行初始化動作，通過I0.0可實現對定量包裝係統進行手動啟動，I0.1可以實現對係統的停止。同樣可以通過其他I/O分別實現相應的功能。
3.4電氣控製設計與實現
根據定量包裝機的設計要求：電機有過載保護和短路保護功能；電源有欠壓保護（當電源電壓（線電壓）小於0.75倍的額定電壓時，要求控製係統產生欠壓保護）和過壓保護（當電源電壓（線電壓）大於1.15倍的額定電壓時，要求電氣控製係統產生過壓保護）功能[9]。從而主電路設計如圖3所示。

4PLC程序設計
該係統可以實現手動自動兩種運行模式的切換以及急停等功能其中重量的判斷與控製是整個程序的關鍵部分。如圖4梯形圖所示。
圖4中MD10中存放的是傳感器的輸入值即為實際重量，MD2中為給定重量，通過雙整數轉換為實數指令後存入MD4中，使能實數減法器SUB_R減去3Kg後存入MD6中，MD6中的重量MD10中的重量進行比較確定慢給料的開啟（如給定重量30Kg，當重量大於27Kg就關閉快給料同時開啟慢給料）。當MD4中的重量與MD10中傳感器的實際讀取重量相等時，稱重工作結束。
5MCGS監控係統設計
監控界麵主要包括：主界麵、包裝機界麵、控製麵板界麵、報警數據顯示界麵和實時重量顯示界麵。如圖5所示。圖6為本係統的主要仿真監控界麵，在該界麵通過與PLC的在線連接可以實現對定量包裝係統的各個運動環節進行實時監控，從而可以動態觀測稱重倉物料的實時情況和卸料倉卸料狀態，有效避免了料倉滯料情況的發生並且通過觀測稱重傳感器的數值可以提前預測重量的變化情況，進而提前控製提高包裝精度與效率。

圖7為係統的控製麵板，在該模塊中可以實現係統的啟動、自動/手動的模式切換以及急停等功能。通過圖8可以實現對係統曆史報警數據的檢查，從而可以方便的排查係統故障及曆史包裝重量的變化情況。
6實驗結果與分析
係統實時監測界麵主要由稱重倉報警數據、實時重量曲線、曆史重量表格和曆史重量曲線四大部分組成。如圖9所示。

從稱重倉的報警數據中可以得知重量是否位於合理範圍內，進而調整定量包裝機相關參數的設置。通過報警數據瀏覽窗口可以對報警數據進行打印報表等操作。從曆史重量表格中可以判定稱重倉的重量是否達到給定以及卸料是否完成。
實時重量曲線用於顯示稱重倉重量的實時變化是重量的動態變化，曆史重量曲線則用於表達稱重倉重量的曆史變化趨勢是重量的穩態變化。通過圖9可以看出雖然在實時重量曲線中重量在30Kg（係統給定重量）上下波動存在一定的誤差，但從曆史重量曲線上看稱重倉重量總體上趨於30Kg，具有較高的穩定性與抗幹擾性。因此定量包裝係統可以保證包裝精度在要求範圍內。
7結束語
針對傳統稱重係統稱重過程中的稱重精度較差及包裝過程不可控的問題，設計了基於S7-200PLC的MCGS實時在線監控定量包裝係統，給出了相應的硬件結構圖和電路圖，實現MCGS的在線連接及遠程的實時監控。通過仿真實驗結果表明：該定量包裝係統，產品包裝重量與標準重量誤差在給定範圍內，稱重精度得到顯著提高，係統運行穩定。
 

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