隨著現代工業自動化技術的不斷發展，企業中的生產機械設備逐步成為集機、電、儀於一體的綜合體，人工手動工作已逐漸被高度自動化控製所取代。食鹽、糧食、化肥等顆粒物料的包裝、運輸以及庫房碼垛離不開自動化包裝機械。目前，由於先進的全自動包裝技術主要掌握在少數發達國家手裏，國內全自動包裝碼垛設備主要依賴進口，國外設備成本較高，維修困難，各種先進技術被壟斷，對此國內對全自動包裝生產線國產化的呼聲越來越高。隨著我國經濟的不斷發展，人工包裝的低效率與生產量的不斷提高之間的矛盾日益激化，因此對包裝碼垛自動生產線的研究具有重大的經濟意義與現實意義。全自動包裝碼垛生產線是集機、電、氣於一體的高技術機械設備，它主要應用於食鹽、糧食、化肥以及醫藥等行業中的粉、粒等物料的全自動包裝，即對包裝過程中的稱重、供袋、取袋、送袋、折邊、封袋、編碼打印、產品檢測、產品傳送、碼垛、托盤和垛盤的輸送等工作過程全部實現自動化。可編程控製器（PLC）因其具有抗幹擾能力強、可擴展性強、可靠性高、可編程能力強等優點，因此在環境相對惡劣的工業控製領域中得到了廣泛應用。基於此本文提出了一種基於PLC的全自動包裝碼垛生產線控製係統，采用西門S7-300和維綸MT8150iE觸摸屏作為控製係統的核心，二者相互配合共同完成整個生產線的自動控製與監控。

1.全自動包裝碼垛生產線工藝流程

      全自動包裝碼垛生產線能夠自動完成稱重、供袋、取袋、裝袋、封口、輸送、重量複檢以及碼垛等工作任務。包裝碼垛生產線中主要機械係統包括自動稱重秤係統、倒袋係統、輸送係統、重量複檢係統、剔除係統、碼垛係統、托盤輸送係統、控製係統等。工藝流程可總結為：物料從自稱重係統的料鬥進入包裝秤的給料裝置中，通過粗料和細料供給係統完成粗料和細料的混合完成物料的混配。當自動稱重係統中的壓力傳感器檢測到物料重量與目標重量相同時，則傳感器將信號傳送到PLC中，PLC發出停止加料命令加料係統停止加料，整個加料稱重循環完成，此時稱重機等待下一次稱重加料信號。當自動裝袋機完成上袋後，傳感器檢測到信號後稱重箱中的卸料翻門打開，物料落入包裝袋中，卸料完成後翻門被關閉，包裝袋經過折邊機進行自動折邊，折邊完成後包裝袋被運送到縫口機，分包裝袋一旦被縫口機中的傳感器檢測到，縫口機邊開始進行縫合包裝袋口，縫合完成後自動將縫合線割斷。包裝完成後，產品經過輸送機被輸送到重量複檢係統，對包裝質量進行最後的檢查，當複檢係統檢測到包裝質量不合格時，包裝袋經過自動剔除係統被剔除，而符合標準的包裝袋將以此通過噴墨打印機等設備，最後到達碼垛機係統中，碼垛機器人按照移動的排列方式進行自動擺放

2.控製係統硬件設計

      裝袋、輸送以及縫合等多個動作均是自動完成，工作過程中動作較多且複雜，工作環境也較為惡劣。而基於PLC的全自動包裝碼垛生產線控製係統具有結構簡單、運行速度快、穩定性高、可擴展性強等優點，比較適合本文所研究的生產線所處的工作環境條件。根據生產線的工藝流程，該控製係統應該滿足以下幾個要求：

（1）各工序能夠協調控製，使自動化生產線穩定、可靠高速運行

（2）程序的可變性強，能夠根據不同作業要求隨時對運行程序進行調整。

（3）實時性高，動態響應性能好，能夠隨時對各種傳感器信號進行采集並及時反饋。

（4）高可靠性、安全性和穩定性。

（5）理性化的人機界麵，便於工人操作以及監控。

（6）硬件結構緊湊，且具有後期擴展性。根據包裝工藝流程，本文采用了“HMI+PLC”的控製模式，控製係統整體框圖如圖3所示。PLC可編程控製器作為觸摸屏與各信號傳感器之間的橋梁，將觸摸屏與各個信號緊密連接起來。因此觸摸屏、PLC、I/O輸入輸出模塊等組合在一起便構成了全自動包裝碼垛生產線控製係統。

2.1觸摸屏

      觸摸屏，簡稱HMI，是控製包裝機的直接媒介。由於該生產線的工作環境複雜惡劣，為了保證設備能夠在複雜的工作環境中穩定可靠運行同時考慮到其實用性和成本等特點，該控製係統中上位機選用威綸MT8150iE係列觸摸屏。通過該觸摸屏可實現包裝速度、傳送帶速度等參數的輸入，並實時對生產線目前的生產狀態等信息進行顯示。MT8150iE係列觸摸屏具有多個串口（RS-232/RS-485）可同時與下位機實現通訊，擁有400MHz的32位RISC處理速度、輸入電源為24VDC，能夠實現1分鍾的500VAC超高耐壓。

2.2PLC

       針對控製係統主要實現功能，選擇模塊式的PLC，主要組成單元有CPU模塊、電源模塊、基本I/O模塊。對控製係統進行擴展時，隻需要在原係統上增加相應的功能模塊，就可以完成功能的添加，設計成本低、效率高。PLC作為整個控製係統的核心，包裝生產線工作過程中動作多且複雜，而生產線中的I/O點數較多，綜合分析該係統選擇西門子PLCS7-300係列，該款PLC功能多、運算速度快，能夠根據生產線不同需求進行組合配置。在分析整個包裝碼垛流水線工藝流程的基礎上，選擇S7-300係列中的CPU315-2DP，該生產線中主要包括自動包裝係統和自動碼垛係統兩大部分，根據包裝流程的動作分析，包裝和碼垛部分總共需要約60個輸入點和50個輸出點，選擇輸入模塊SM321，數字輸出模塊SM322。

3.控製係統軟件設計

3.1上位機軟件設計

      上位機觸摸屏程序能夠實現操作人員與PLC之間的交流，實現不同人機界麵之間的切換，以及不同的操作不同的按鍵控製PLC中不同的程序運行。觸摸屏能夠對包裝碼垛生產線的運行信息、報警信息以及控製信號以文字或者圖像的形式，直觀形象的展示給用戶。觸摸屏程序結構設計好壞不僅僅影響人機界麵美觀性，對整個係統的穩定可靠運行同樣具有重要影響。MT8150iE係列觸摸屏通過EasyBuilder8000編程軟件進行離線模擬和在線模擬，極大的方便了程序的調試。該觸摸屏軟件程序中主要包括主控界麵、參數設置界麵以及監控三大部分。主控界麵中主要包括啟動、停止、自動模式以及手動模式。報警畫麵中主要顯示生產線中的報警信息，主要包括倉物料報警、加料不足、加料過重、秤門未關、放料失敗、總重量超重、手加料不足、手加料過多等等。結合報警畫麵中的信息，生產線的工作人員可以及時發現故障並排除故障，保證生產線的生產正常進行。

3.2下位機部分程序設計

      全自動包裝碼垛生產線中的邏輯控製程序主要包括以下幾個模塊：自動供袋子程序、自動取袋子程序、自動裝袋子程序、拆邊縫口子程序、倒袋輸送子程序、重量檢測剔除子程序以及碼垛分層子程序。在此處給出了自動取袋子程序控製流程圖。袋子由供袋輥子傳送到托板上，當傳感器檢測到袋子時，袋子便會被吸盤吸住。此時橫進裝置處於生產線取袋位置，當限位開關檢測到信號時，則停止下降，此時磕頭裝置就會傾斜，真空電磁閥啟動，袋子被吸盤吸住，吸袋後磕頭裝置豎起，斜托盤上升完成取袋操作，再進行上述重複動作。

4.結語

     為了提高包裝碼垛生產線的自動化程度，提高企業生產效率，降低工人勞動強度，提出了一種基於PLC的全自動包裝碼垛生產線控製係統。上位機采用S7-300係列CPU315-2DP與數字輸入SM321、數字輸出SM322等模塊相組合的方式實現對包裝生產線全自動控製，上位機采用維綸MT8150iE觸摸屏對整個包裝生產線的運行狀態進行監測與控製，在完成硬件選型的基礎上，對控製係統主程序以及人機交互界麵進行了軟件編程。該控製係統穩定性強、成本低以及可編程能力強，大大提高了包裝、運輸以及碼垛效率，顯著提高了企業自動化程度。

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