1 前言

众所周知，我国的自动化水平正不断提高，自动控制技术在众多领域的应用变得越来越广泛。包装工业由来已久，在大致经历了手工称量，继电器控制，称重仪表控制后，PLC控制技术开始被广泛应用。
我国的包装行业由三大块组成。第一块是以包装原辅材料和包装机械设备为主的包装基础工业，这一块属于资金密集型和技术密集型工业，具有相对较高的产业附加值，也有较高的行业进入门槛和产业竞争障碍。第二块是由纸、塑料、金属、玻璃这四大包装和包装印刷组成的包装制品制造业，这一大块的企业基本上属于劳动密集型企业，是一般竞争性的加工行业，具有地理成本优势，进入壁垒较低，生产附加值相对较低，但现在的市场竞争也非常激烈。第三块是由包装代理、研、管理机构等包装服务和包装管理行业，这部分属于知识密集型行业，附加值高，进入门槛低，这类企业正在快速发展，但总体发展水平还不是很高，整个产业不够规范。这三大块的发展就构成了我国包装行业的整体发展。
包装机械的最大特点是动作复杂，频繁，且有较多的执行元件，在这种场合使用其他控制设备如继电器控制逻辑必然需要大量的中间继电器，而这些中间继电器在用 PLC 控制的情况下，就可以对其内部的辅助继电器进行编程后取代。
再从物理角度来阐述：前者需要具体的电气元件来组合，而PLC 的内部寄存器在 PLC 编程容量许可的范围内，可以不花费额外的费用来实现复杂的控制逻辑。包装机的种类繁多，按产品状态分，有液体、块状、散粒体包装机；按包装行业分，有食品、日用化工、纺织品等包装机；按包装工位分，有单工位、多工位包装机；

按自动化程度分，有半自动、全自动包装机等。液体包装机即包装液体产品的包装设备，诸如饮料灌装机、乳品灌装机、粘稠液态食品包装机、液态清洁用品及个人护理品包装机等等都属于液体包装机的范畴。块状包装机即是包装块状产品的包装设备，现在市面上的肥皂，小蛋糕，面包等都使用这种设备，一般一次成形，快捷，方便。散粒体包装机又可以分为颗粒包装机和粉料包装机。颗粒包装机由于物料是颗粒型，流动性好，易于控制，通常采

用重力式给料，包装精度高、效果良好。粉料包装机又叫粉料包装秤，是针对肥料、化工、食品、制药等行业粉料包装而研制，可完全适用于 5-50Kg 粉状物料的半自动计量充填包装；配套螺旋提升机、皮带输送机、封包装置，人工套袋，自动夹袋、计量、充填、落袋、输送，人工辅助入封合工位，热封内袋或缝制外袋，完成半自动包装过程。由于粉料的特性，对粉料包装机的要求大大提高，粉料由于流动性差，容易结块和堵塞管道，因此对于粉料包装机的性能和包装精度也有更高的要求。针对粉料包装的特点，设计基于 PLC 的粉料包装机控制系统，提高粉料包装的精度。
 

2 系统结构

整个包装系统由 PLC（西门子 S7-200），包装机，数字称重传感器（三菱 F701），变频器，伺服电机组成，系统硬件结构如图 1 所示。PLC 接受数字称重传感器 F701 的重量达标信号，从而控制变频器。变频器通过改变输出频率控制电机转速，从而改变包装机上输料螺旋杆的转动速度来控制给料的快慢。从上述过程可以看出整个系统是一个闭环控制系统

根据称重式自动定量粉料包装机（针对粉状物料的包装）的控制操作要求，控制系统选用西门子 S7-200 系列 PLC，此系列的 PLC 具有结构紧凑，模块化，可扩展性强，指令集丰富等特点。所选 CPU 的型号为 CPU226AC/DC/REL，它提供 24个数字量输入和 16 个数字量输出，输入/输出接口电路均采

用了光耦合电路，对外界接口具有很强的适应性。并且 2 个RS485 通讯/编程口，具有 PPI 通讯协议，MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。可以很方便地与外界进行通信。且其采用的 CPU 可以很快地进行 I/O 处理和扩展，便于安装。PLC 自动循环扫描各个输入输出点的当前状态，并根据程序所确定的逻辑关系刷新输出点的状态，通过变频器来控制相应的电机的动作，从而完成工艺流程的自动控制。选用三菱数字称重传感器 F701 是因为其具有高操作性和良好的数据校准功能，可以准确地测量粉料重量。此外使用它的定量投料/排出控制功能可以控制料斗定量秤/打包称量秤。它的时序控制功能和丰富的外部接口（SI/F,BCD 输出,RS-232C,RS-485,D/A 转换器等）可以方便地与 PC 或程序发生器等外部设备连接。其自检功能可检查内部电路，发生异常报警，监视 CPU 动作，大大增加了可靠性，除此外数字模拟滤波功能也集成在其内部。包装机为粉料包装机，粉料包装机顾名思义是包装粉料使用的，它包括的部件有出料斗，插板，给料门，卸料门，放料斗，卡带机构，传料螺旋杆等，通过外部电机驱动螺旋杆输送物料。
所选三菱变频器具有最高水准的驱动性能，电机不论是否有编码器都可得到高精度和高响应的速度控制，甚至 V/F控制和先进磁通矢量控制也可选用。长寿命元件和先进的寿命诊断方式使变频器寿命长达 10 年；除此外，还具有丰富的网络功能，支持 CC-Link 通讯，RS-485 通讯，支持 SSCNT3,支持各种主要的网络；产生的噪音低，操作方便。对于给料电机的选择，我们考虑的主要是其功率。包装产品主要针对小袋，电机功率我们选择较小，控制在 1.1kw左右，再考虑室内常温。灰尘较大，单向运行，启动频繁电压为 380v 的三相交流电源等特点，我们选择三菱电机。 

3 控制系统

3.1 设计要求

该系统的主要控制为开关量控制，除了一个加料电机，其他的动作都是由气缸完成的，但整个系统都由 PLC 控制。系统启动后，包装机卡带夹紧包装袋，同时数字称重传感器启动，去除包装袋的皮重，然后内部气缸开启给料门（在物料充足的情况下），外部伺服电机在 PLC 控制下以快档驱动给料螺旋杆给料，在称重传感器未达到设定的快加重量时，系统持续快速加料；当物料重量达到称重传感器快加设定值时，传感器给 PLC 一个快加料结束信号，PLC 控制变频器输出频率改变伺服电机转速以慢档加料，当物料重量达到称重传感器慢加重量时，传感器再给 PLC 一个慢加料结束信号，插板关闭并且控制电机停止，称重仪表给出称重结束信号后，卡带松开包装袋，整个过程完成。

3.2 软件设计

PLC 终端软件采用梯形图语言编写，软件采用 MicroWinV3.2。S7-200 系列的最大优点在于其自由口的同通信模式，自由口通信是通过用户程序控制 S7-200cpu 通信口的操作模式，利用自由模式可以实现用户定义的通信协议，连接多种智能设备。考虑到实际情况，在包装机存料罐中设置下限位开关保证此次装袋的物料充足。如遇紧急停车情况，在处理完事故后，可以通过手动快加或慢加来实现过程的顺利完成。以上是在实际情况下设计的相对完善的附加处理功能，以保证此次包装过程实施顺利。

本包装机控制系统已在包装工厂长期运行，实践证明，大大提高了企业的生产效率，为企业节约了成本。在运行期间系统表现稳定，包装准确度精良，产品销量大大提高，用户满意度也大幅增加。
 

4 结语

控制技术的发展大大提高了生产效率，降低了工人的劳动强度和生产成本。现代工业生产中越来越重视自动化水平的提高，本系统充分发挥了 PLC 在控制领域的优越性，整个物料传送工艺在一个完整的控制系统下完成，各个分工艺之间的协调和设计严密，确保生产在安全，高效的条件下进行。

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