_{随着社会发展和国民经济指数的提升，品茶人数逐渐增 高,茶叶需求量不断攀升，并且小克重、精品化、多样化包装成 为茶叶生产行业的主流趋势。因此，提高茶叶包装质量和包 装效率尤为重要。多功能茶叶包装机是在一台包装设备上能 够完成多个以上的茶叶包装工序的设备，其能够同时实现茶 叶包装过程中制袋、称量、充填、封口和切断的工序[1~2]o包 装封口是茶叶包装过程核心工段之一,封口质量将影响茶叶 的包装质量、储存时间、销售状况。由于热封装置温度的升/ 降速率大和热量传递惯性大的特性，加之外界干扰因素和执 行器电压波动影响，使温度控制系统具有非线性和时滞性，利 用传统PID控制经常出现包装材料烧穿和过度收缩、物料泄 露、封口不严、封口不牢固的现象，降低了茶叶包装效率和包 装成品的合格率TIA Portal是西门子推出的全集成的工 业自动化软件，可以完成高效灵活的项目组态、网络搭建、程 序编写、在线诊断、远程操作及故障报警，其与传统的WinCC + Step7方法相比无需花费大量时间完成软件集成，明显节约 时间，提高工作效率，是未来工业自动化的发展方向为解 决上述问题，本研究构建由S7-1200PLC, PC Station, TCP7062Ti触摸屏的TIA Portal的多功能茶叶包装机控制系 统，设计模糊PID包装机热封装置温度控制程序，以期提高茶 叶包装机的自动化程度和包装质量。}

_{1多功能茶叶包装机结构设计及工作原理}

_{多功能茶叶包装机结构见图1,主要包括横封装置、包材 送料装置、纵封装置、翻领成型器、包装薄膜、称重装置及定 位装置等⑴。本研究对多功能茶叶包装机进行以下几方面 优化改进：①将横封装置与切断机构组合在一起，既可以减 小整机尺寸也能缩短工作周期；②横封装置使用独立电机 驱动，纵封装置运用气缸驱动，便于协调和控制各执行机构 间的速度保持一致或匹配，避免因速度不匹配而造成封口褶 皱的问题，还能简化传动链、减小设计的复杂性和制造成本； ③导料器下方增设导料管至横封装置上方约30 mm处，降 低粉尘扬起污染封口部位的程度。}

_{包装材料被包材供送装置经自动纠偏装置调整后送达 成型器，包装材料被翻领成型器成型卷成筒状后，包装机纵 封装置以设定的温度对包装材料进行烫边封口，在此之前横 封装置已经完成上一个包装袋的顶封和下一个包装袋的底 封，与此同时，称重机构已完成产品称重并将物料填充至包 装材料内〔6一刁。包装材料在牵引装置的作用下继续向下运 动到达横封装置位置，横封装置完成包装袋顶封和切断工 作，然后进行产品包装的质量检测，剔除次品，输送出合格产 品。其中，产品的填充及包装袋横封、切断位置的确定由色 标进行定位。}

_{2多功能茶叶包装机控制系统硬件系统 设计}

_{多功能茶叶包装机的控制系统设计主要包括两方面：硬 件选型和软件设计。整个控制系统中，设备的检测装置、执 行机构数量较多，彼此之间还存在一定的相互影响，对控制 系统性能要求较高〔旳。}

_{2.1系统控制点统计}

_{根据多功能茶叶包装机工艺流程分析和项目控制要求， 控制点分为：DI（数字量输入信号）、DO（数字量输出信号）、 AI（模拟量输入信号）、AO（模拟量输出信号）.}

_{2.2控制系统硬件选型}

_{（1）根据上述多功能茶叶包装机I/O统计，选择西门子 S7-1200系列的CPU1214C为控制器，其具有很快的处理速 度,单条基本指令处理时间约为0.1卩s,同时自带Profinet网 络接口"1。控制模块选择：数字量输入模块SM1221 （6ES7221-1BF32-0XB0）、数字量输岀模块 SM1222 （6ES7222- 1BH32-OXBO）、模拟量输入模块 SM123K6ES721231-4HF32- 表1多功能茶叶包装机I/O统计表}

_{（2） 触摸屏选用昆仑通泰TPC7062Ti,屏幕尺寸为 190.5 mm,分辨率800X480。通过触摸屏可以实现人机交互， 在触摸屏上能够进行参数值调整、控制对象监控、手/自动切 换命令。}

_{（3） 传感器选择。重力传感器选用日本MT（）品牌，型 号:LRS-50,检测范围0〜100 g,该重量传感器检测灵敏，适 合茶叶的小包称量；温度传感器选用ESMU型祐热电阻，检 测范围0〜200 K，检测精度0.1 -C。}

_{（4） 执行器选择。加热管选用Cr20Ni80型号镣倍加热 丝，电磁阀型号TM51-1HP,电机釆用伺服电机。}

_{本控制系统基于TIA Protal V13平台，在完成工程项目 创建后，选择“设备和网络”-,'组态设备”-“添加新设备”， 然后根据设备订货号在选项列表中所需模块，如：PS模块、 CPU模块、SM模块等}

_{3多功能茶叶包装机控制系统软件系统 设计}

_{3.1多功能包装机主程序流程}

_{该多功能包装机根据茶叶包装工序，实现茶叶包装过程 中制袋、称量、充填、封口和切断的工序与运行状态监控、异常 状态中断及报警功能。程序按照模块化思路设计，主要分为 主程序、子程序及中断程序。程序运行时，首先执行初始化程 序段，然后进入主程序段判断包装机运行的手/自动状态位, 若是自动运行状态,则主程序调用包材纵封送料子程序、纵封 加热子程序、送料子程序,PLC实时扫描釆集包材位置信号和 纵封温度信号，当满足包装袋纵封条件后，控制器启动纵封电 磁阀完成纵封工作。当完成纵封工作后主程序调用横封加热 子程序、包材横封供送子程序,PLC实时扫描采集包材位置信 号、横封温度信号、称重传感器信号，当3个信号都满足横封 要求时，横封电机启动，进行横封工作和切断工作，茶叶包装 过程完成。}

_4结论

_{基于TIA Portal V13平台和S7-1200 CPU控制器实现 多功能茶叶包装机动态实时监控和控制，利用TIA Portal可 快速、直观地开发和调试优势，解决包装封口不严、外观褶 皱、材料烧穿等包装质量问题，结合()PC技术完成WinCC 与MATLAB的通讯，实现模糊PID的包装机热封温度控制 算法的应用，实时调节PID的3个参数，提高温度系统的精 确度和稳定性，应用表明，该多功能茶叶包装机系统运行稳 定、成品率高。具有一定的应用价值。}

本文源于网络转载，如有侵权，请联系删除