基于包装生产线自动化控制的关键技术研究

赵建国 袁娜娜 杨 东 于红伟 姜深革

(1.青岛连成金展包装有限公司 山东 青岛 266000 2.青岛宏运包装印刷物资有限公司 山东 青岛 266000)

引言

为不断提升包装生产线的整体运行效率与安全,为企业创造更多的经济收益,则应当积极引进自动化控制系统。基于可编程逻辑控制器PLC技术的支持,架构自动化控制系统,打造全新的包装生产线运行模式,发挥出自动化控制系统运行的价值与作用。

1 包装生产线自动化控制的意义

1.1 自动化管理

现代企业的包装生产线运行时,合理引进自动化控制系统,建构自动化控制运行的包装生产线,能够完成对包装各个环节设备机械的自动化、智能化管理,极大地降低生产运营成本,使得设备机械的综合利用率得到有效提升。

1.2 高效率生产

通过对自动化控制的包装生产模式分析可知,在该种运行模式中,设备的故障率降低、人员的误操作规避、产品的残次率下降,能够保证产品的高效率生产,不断提升企业的产能,为企业创造更多的经济效益[1]。

2 包装生产线自动化控制的主要流程

2.1 包装生产线工艺流程

A公司的某食品进行包装生产线自动化控制时,则主要包含以下五道包装生产工艺。

⑴ 原材料的清洗。为保证食品加工的质量,必须对食品加工的原材料进行彻底有效的清洗处理,必要时可适用杀菌设备,对材料进行深度清洗,达到灭菌清洗的预期效果。

⑵ 原材料的烘干处理。在对原材料进行清洗时,将使得材料的表面残留一定水分与杀菌剂,为此则需要对原材料进行有效的烘干处理。为达到预期烘干的效果,则可以采取辐射传热的方式,加快原材料烘干的效率。

⑶ 整料工艺。为达到食品加工的预期效果,则需要针对原材料进行特殊处理,提高食品包装生产的整体效率与质量。

⑷ 包装处理。在原材料进行统一的整料处理后,则应当在相关设备的作用下,快速完成包装处理。

⑸ 利用专用的滚子和孔带,进而对包装好的商品进行分级分类,为后续商品的销售提供保障。

2.2 全自动包装单元作业流程

A公司的某产品进行包装生产时,采用塑料薄膜作为包装材料,并通过两头扎口的方式完成食品的包装。为有效提升包装生产的效率,则可以设定全自动包装单元作业流程,如配置供袋设备、送袋设备、切袋设备、开口设备、收口设备等,在多个机械设备的相互配合辅助下,快速完成食品的包装生产。为达到自动化包装生产的预期效果,则可以合理设置辊轴转动参数、配置真空管路、刀具运行参数,以保证食品加工的安全性与高效性,避免由于相关机械设备匹配不当,对包装生产线的整体运行造成不利影响[2]。

3 包装生产线自动化控制系统的硬件构成

3.1 上位机系统设计

A公司的产品进行包装生产时,为实现高效生产、安全生产、环保生产的总体目标,公司技术部门进行上机位系统设计时,依据国家相关部门的包装生产要求,针对刀具的规格、夹具的参数、电气原理图进行深化,以保证后续自动化控制包装生产运行的整体安全性与可靠性。

在上机位系统进行设计时,技术人员不仅需要考量包装生产线所有电器元件的运行安全性能,同时需要分析评估自动化控制系统的鲁棒性,以及电气控制系统的抗干扰能力,避免系统运行过程中,相关电气设备相互干扰,直接影响到包装生产的安全性与可靠性。为达到上述工作目标,技术人员则选择PCL技术,将其作为自动化控制系统的核心,为后续公司产品的自动化包装生产控制管理提供有力保障。

3.2 PLC选型

通过对PLC系统进行分析可知,该系统主要是基于用户的要求进行预编程,进而设定相关的功能性程序,而后则基于CPU的控制运行相关程序。在程序运行过程中对应包装生产线工艺的衔接与切换,实现对包装生产线的自动化控制。鉴于PLC控制系统的指令信号传输方式为单向性,使得PLC控制的系统程序,只能由一个指令转变为下一个指令完成单向的运行。同时,在相关的时间段内仅可以运行一段程序,并对该程序进行无限循环,完成包装生产的自动化重复。

在现代互联网工业发展背景下,PLC系统在工业生产中得到广泛应用。为满足企业包装生产线的自动化控制,则需要合理开展PLC选型,如接口电路、电源、通信模块等。在PLC控制系统运行过程中,电源模块非常重要,为确保PLC系统整体运行的稳定性与可靠性,则需要选择安全性相对较高的电源模块,保证电源模块稳定的提供电力输出。在电源支持下,CPU则会基于PLC系统既定程序进行研判,根据包装生产线相关机械设备的运行参数反馈信息,进而作出不同的研判结论,并下达相关的控制指令,完成对包装生产线的自动化控制[3]。

比如,A公司的复杂产品进行包装生产加工时,设计人员选择S7-200软件与PLC系统。鉴于生产包装现场的走线复杂较多,若不对线束进行有效的集成与管理升级,将必然影响到后续系统运行维护的成本,同时可能会影响到包装生产线整体运行的安全性与可靠性。为此,技术人员在进行PLC硬件组成选型时,则选择了PROFIBUS-DP数据通信功能模块,进而应对复杂的数据通信工作挑战,有效提高了包装生产线的控制效果,并实现对生产线运行成本的有效控制。

通过对PLC控制系统的作业流程进行分析,则可以发现该系统主要包含以下五个阶段:①系统内处理阶段,主要完成PLC既定程序的分析处理;②数据信号的处理阶段,该阶段需要针对包装生产线相关机械设备反馈的信号进行有效集成处理,一般由通信模块进负责;③输入扫描阶段,该环节系统主要是识别用户输入的操作指令,并根据用户输入的操作指令,针对系统控制的程序做出调整,保证包装生产的整体有效性与安全性;④用户程序执行阶段,该阶段主要是完成逻辑判断,避免由于用户的误操作,进而对包装生产线的安全运行造成不利影响;⑤输出阶段,该阶段需要将用户程序执行结果,快速输出到数据通信模块当中,并基于电信号的转换处理,生成最终的主控指令,完成对包装生产线各类机械设备运行的自动化控制,充分发挥出PLC系统运行的价值与优势。

3.3 PLC相关模块的选用

PLC相关模块的选用,将直接影响到自动化系统硬件的整体运行效能。鉴于PLC系统运行的特点,使得该系统主要包含模拟量输入模块、输入输出接口、I/O模块等。为保证相关模块之间的兼容性,A公司的设计人员则选择西门子公司的S7-300PLC主控软件,并基于该软件选择相关的模块组件。

其一,在数字量输入/输出模块进行选择时,设计人员选择SM322、SM321的输入模块,并保证模块与PLC系统的运行电源统一为24V,而在数量选择时,则需要根据A公司产品包装生产的具体需求。

其二,分布式I/O模块的选用,为匹配S7-300PLC主控软件的运行,设计人员选用ET200系列的I/O模块,因为该模块中带有IM153-1接口,使得该模块具备很强的扩展性,能够满足包装生产线自动化控制运行的程序调试需求。

其三,模拟量输入/输出模块,鉴于该模块主要是负责传感器信号的传输,以保证PLC控制系统运行的整体稳定性。为此,在该模块选用时,可选择SM331,通过对相关模块运行参数的调试,以保证系统运行的整体稳定性与可靠性。

其四,则是进行人机交互界面系统的选用,设计人员可选用西门子公司的MP277型号触摸屏产品,保证该产品与PLC控制系统具有一定的兼容性。同时,在该显示屏运行时,具备防水防尘的功能,能够适应车间的生产环境,避免进行频繁的检修维护[4]。

4 包装生产线自动化控制系统的软件设计

4.1 编程装置和编程软件的选择

自动化控制系统进行软件设计时,主要是基于PLC技术的支持,进而完成人机交互系统的设计。如编程器进行选择时,应当基于A公式产品的包装生产要求,选择相对应的编程器,如简单型的编程器,便于工作人员随身携带,同时能够对包装生产线进行现场调试,具体工作进行时,工作人员通过编辑指令表程序,进而完成对PLC控制程序的重新编辑,进而达到对包装生产线现场调试管理控制的效果。

若A公司的产品加工要求较为特殊,工作人员选择编程器时,可采用智能型编程器,该种编程器属于梯形图PLC编程语言,具有很强的实用性,但在实际操作应用时,工作人员需要借助PC端发挥出编程器的各类功能,否则无法对包装生产线完成现场调试。在智能型编程器的支持下,工作人员可基于梯形图计算机语言,进而完成对多功能模块负载控制系统逻辑代码的快速编写,并在软件系统的支持下,生成相关的程序逻辑梯形图,以及相关的功能图与指令表。该种设计方式,非常适合产品起初包装生产时的控制,逐渐形成系统严谨的程序控制体系。

4.2 STEP7软件编程特性

A公司的某产品进行自动化包装生产控制时,技术人员采用STEP7软件,该软件能够基于S7-300、S7-400的PLC系统完成程序编写,在现场调试领域具有非常高的实际应用价值。通过对STEP7软件进行分析可知,该软件中包含功能块图、表达语句、逻辑梯形图等多个功能模块,可以完成对PLC程序的项目管理、监控程序编写、参数设置、硬件组态、通信网络组态编辑。

在逻辑梯形图的运行支持下,设计人员能够可视化地了解电路运行的具体情况,便于对程序运行的逻辑代码进行参数调试,以保证包装生产线自动化控制系统整体运行的安全性与可靠性。而STEP7软件的功能块图,则能够直观地展示电子电路的运行逻辑,为设计人员的调试工作开展提供依据。在语言表运行时,则主要是完成对汇编语言风格的统一呈现,工作人员可基于人机交互系统的支持,进而快速访问目标存储单元与控制单元。

同时,设计人员可基于STEP7软件中的高级PLC编程语言包支持,进而依据公司产品包装生产的具体要求,灵活对自动化控制系统的程序进行调试,进而充分发挥出STEP7软件的应用价值与作用。笔者认为,在STEP7软件应用时,设计人员应当深入学习,确保每一位设计人员均能够熟悉STEP7软件的编程语言与应用场景。

4.3 STEP7梯形图程序运行流程设计

包装生产线自动化控制系统进行软件设计时,设计人员可基于STEP7软件的支持,开展梯形图程序运行流程的设计,而后则基于PLC系统的支持,完成主控核心输入、输出、模拟量的逻辑梳理,保证梯形图程序运行的严谨性,为后续产品的包装生产自动化控制管理提供保障。

5 结束语

综上,笔者重点阐述了包装生产线自动化控制系统的核心技术,旨在说明自动化控制系统设计运行的必要性。为全面升级包装生产线,助力企业的高质量发展,则应当充分发挥出自动化系统的应用优势,契合包装生产线运行的特点,以及产品加工的要求,设计针对性的自动化控制系统,使得企业的包装生产线工作效能得到质的提升。