全自动包装及码垛系统的发展与应用
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[摘 要]针对包装码垛生产线，设计了一种基于PLC的全自动包装码垛生产线的控制系统。该控制系统以WinCC V7.0监控软件为上位机，以西门子S7-400PLC为控制核心，实现了对全自动包装码垛生产线的控制。实际运行结果表明，该控制系统可靠、稳定，实时监控能力强，能满足实际生产需要。
[关键词]包装码垛生产线；PLC；控制系统；上位机
中图分类号：TP 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0374-01
全自动包装码垛生产线是机电一体化高技术设备。通过对上位机WinCC V7.0监控软件的组态，达到对包装码垛自动生产线的各个工序的实时过程监控，有利于对包装码垛自动生产线运行过程所出现的故障，及时维修、解决。传统继电器控制系统由于线路复杂、故障率高，因此很难满足自动化生产线的需要；相反，以PLC为控制方式的控制系统具有运行稳定可靠、抗干扰能力强、功能强大、易于实现机电一体化等特点，所以被广泛应用于工业生产领域的各种控制过程中。综合各方面因素，本系统采用PLC实现对全自动包装码垛生产线的控制，极大提高了生产效率，减少劳动成本，提高了生产自动化水平。
一、简述全自动包装码垛生产线系统组成
全自动包装码垛生产线主要是对各个工序：称重、供袋、装袋、折边、封袋、倒袋整形、金属检测、重量复检、批号打印、转位编组、码垛、托盘和垛盘的输送等作业过程进行全程监控，从而简化了生产线工序结构，减少了人工操作，提高了生产效率，提高了包装质量。通过PLC程序控制对整个自动生产线工作过程进行全程控制，可实现连续工作，具有故障报警、显示及自动连锁停机功能。全自动包装码垛生产线系统主要有以下几部分构成。包装机械单元。电子称重机、自动供袋机、自动装袋机、转位输送机、编组机、推袋压袋机。码垛机械单元。分层码垛机、升降机、托盘仓。控制系统单元。PLC控制、人机界面、WinCC V7.0监控软件。
二、控制系统硬件组成
根据全自动包装码垛生产线整体设计指标及作业要求，其控制系统应满足如下要求。实时协调控制各工序的执行机构，实现自动化生产线的高速、稳定、可靠运行。实时监控能力高、动态响应性好。人机界面友好、编程简便，操作简单。硬件结构紧凑，具有一定的可扩展性，易于维护。
全自动包装码垛生产线的控制系统主要由软件系统和硬件系统组成，该控制系统硬件架，下位机采用西门子S7-400 PLC进行控制，上位机采用西门子WinCC V7.0监控软件进行实时监控，各组成部分通讯连接采用工业以太网现场总线。S7-400 PLC采用模块化设计，可根据不同需要选取不同模块，本控制系统选用了电源模块、CPU模块、数字量模块、故障诊断模块、通信模块等。电源模块（PS）。它为CPU模块、数字量模块等提供电源。故障诊断模块。CPU在识别到故障或编程错误时，将立即调用对应的中断组织块（OB），相应的中断程序及时处理故障。通信模块。为上位机（WinCC V7.0）对下位机（PLC、变频器等智能设备）之间的信息流通提供通信渠道。
三、控制系统软件组成
3.1 全自动包装码垛生产线工艺流程
全自动包装码垛生产线主要对粉、粒、块状物料实现称重、供袋、装袋、折边、封袋、倒袋整形、金属检测、重量复检、批号打印、转位编组、码垛、托盘和垛盘的输送等自动化生产过程。其生产工艺流程主要有以下：自动供袋。当按下包装码垛生产线准备就绪按钮时，系统各部分归位为初始状态，当吸袋垂直气缸电磁阀接通时，气缸下降并且吸袋真空装置接通工作，当吸袋真空阀达到设定值时，吸袋垂直气缸开始上升，吸盘吸住袋子上升，当上限位开关打开时，触发倾斜气缸电磁阀接通，使垂直气缸倾斜，把袋送入供袋辊子。完成吸袋操作。自动取袋。当上一工序完成后，自动取袋装置开始工作，袋子被送到斜托板上，同时横进装置到达生产线装袋位置时，触发磕头装置倾斜，由限位开关进行限位，同时触发真空电磁阀，实现真空吸袋，延时后，吸住袋并磕头装置立起，斜托板上升回到原来位置，完成整个取袋动作。送袋、开袋、装料。当上一工序完成后，送袋、开袋、装料装置开始工作，初始状态时，开袋、抱板与大夹子处于张开位置，横进装置向包装线取袋方向减速移动，检测到位后，抱板与大夹子闭合。横进装置向包装线装袋位置减速移动，由限位开关控制到位，触发抱板与大夹子把装满料的袋子送到输送带上，同时夹辊气缸动作，完成夹送动作。之后卸料门打开，开始装袋。折边、封袋。当上一工序完成后，折边、封袋装置开始工作，包装袋通过夹口整形机和立袋输送机进入自动折边机，经过折边后，光电开关检测到包装袋后，触发缝纫机工作，缝合包装袋。
3.2 上位机的组态
上位机监控系统采用西门子WinCC V7.0自带的组态软件进行组态。WinCC V7.0软件具有模块化结构，支持现场总线技术，具有自己的网络体系和通信功能，能方便快捷的与下位机进行实时通信，组态监控技术为快捷的数据采集、过程监控、生产控制提供了基础平台。WinCC V7.0监控软件画面的工作流程主要包括以下上位机监控系统码垛机械单元画面。当点击监控画面码垛机械系统按钮时，可以查看分层码垛机、升降机、托盘仓等板块的监控信息，并且可以对这些板块根据需要进行操作。上位机监控系统包装机械单元画面。当点击监控画面包装机械系统按钮时，可以查看电子称重机、自动供袋机、自动装袋机、转位输送机、编组机、推袋压袋机等板块的监控信息，并且可以对这些板块根据需要进行操作。上位机监控系统报警画面。当全自动包装码垛生产线出现故障或错误报警时，报警指示信号自动弹出，可以点击主画面报警记录按钮查看，并根据相应提示信息进行操作。上位机监控系统参数设置画面。当全自动包装码垛生产线要进行某个动作时，要通过参数设置画面进行参数设置，点击主画面的参数设置按钮，进入参数设置画面。参数设置主要涉及控制参数、工艺参数。
结语：
本文以全自动包装码垛生产线为研究对象，以西门子S7-400 PLC为基础设计了全自动包装码垛生产线的控制系统，并用WinCC V7.0软件作为上位机监控系统实现了对生产全过程的实时监控。本文所构建的全自动包装码垛生产线的控制系统能充分发挥了PLC、WinCC V7.0的技术特点，具有高度自动化、实时监控能力强、功能完善、运行稳定等突出特点，具有广阔的工业应用前景。
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