摘要：我國(guó)的聚丙烯(PP)產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的10％以上，而長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)聚丙烯產(chǎn)品的包裝卻一直處于人工套袋的半自動(dòng)包裝狀態(tài)。針對(duì)PP樹(shù)脂的特點(diǎn)，專門設(shè)計(jì)了全自動(dòng)包裝碼跺生產(chǎn)線工藝流程，介紹了以PLC為基礎(chǔ)的全自動(dòng)包裝碼跺生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，重點(diǎn)說(shuō)明了控制系統(tǒng)的硬件配置、輸入輸出分配和軟件設(shè)計(jì)。全自動(dòng)包裝碼垛線改變了國(guó)內(nèi)PP產(chǎn)品包裝的落后局面，值得在PP包裝領(lǐng)域推廣。
關(guān)鍵詞：全自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線；PLC；控制系統(tǒng)；聚丙烯

    聚丙烯具有耐溫、耐油、抗沖擊等特性，有良好的加工性能。以往聚丙烯包裝主要分為人工稱量、手封口、人工堆放等。當(dāng)閃蒸釜中的物料經(jīng)閃蒸結(jié)束，乙烯氣檢驗(yàn)合格后，打開(kāi)釜底的氣動(dòng)球閥和手動(dòng)球閥，包裝工手拿包裝袋，撐開(kāi)袋口，袋底擱在磅秤上(事先定為50 kg)讓聚丙烯物料靠重力的作用自由落料進(jìn)入包裝袋。包裝工在接料的同時(shí)用眼睛盯著磅秤，當(dāng)磅秤的秤砣稍稍翹起，即迅速換上另一只包裝袋進(jìn)入下一袋的包裝。稱量完畢手封口，由工人搬到倉(cāng)庫(kù)堆放好。這樣計(jì)量誤差大，效率低。若包裝工的動(dòng)作過(guò)于迅速，包裝袋中的物料極有可能低于實(shí)際值，給用戶造成損失，引起糾紛。若動(dòng)作過(guò)慢物料超出定量值，無(wú)疑會(huì)給廠方造成一定經(jīng)濟(jì)損失。由于聚丙烯自身極易產(chǎn)生靜電，加上所需包裝的是粉狀物料，包裝現(xiàn)場(chǎng)粉塵較大，對(duì)工人的健康是有害的。整個(gè)包裝過(guò)程全靠手工來(lái)完成，勞動(dòng)強(qiáng)度很大。所以聚丙烯包裝生產(chǎn)中采用PLC控制系統(tǒng)可以節(jié)省原料，提高包裝速度，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率，同時(shí)還降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

1 聚丙烯包裝生產(chǎn)線的工藝概述
    聚丙烯包裝生產(chǎn)線具體分為稱重、封口、推倒傳輸、檢驗(yàn)、碼垛等部分，相比而言稱重和碼垛是最重要、最復(fù)雜的兩個(gè)部分。圖1是包裝線的工藝流程圖。

    系統(tǒng)的運(yùn)行方式共分為手動(dòng)、單步、周期及自動(dòng)4種操作方式。
    1)手動(dòng)  各工步都可單獨(dú)點(diǎn)動(dòng)，按鈕釋放即停止運(yùn)行；
    2)單步  按下啟動(dòng)按鈕，運(yùn)行一個(gè)工步，到位即停。再按啟動(dòng)，則進(jìn)入下一工步運(yùn)行；
    3)周期  從初始位置開(kāi)始，按啟動(dòng)按鈕，程序自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后返回到第一步開(kāi)始位置停止；
    4)自動(dòng)  按啟動(dòng)按鈕，程序完成一個(gè)周期的動(dòng)作后又接著從第一步開(kāi)始運(yùn)行，自動(dòng)循環(huán)。在自動(dòng)方式下，中途若按下復(fù)位按鈕，則系統(tǒng)要繼續(xù)運(yùn)行到第一步開(kāi)始位置才停止；若按下停止按鈕，則運(yùn)行立即停止，此時(shí)若再按啟動(dòng)，系統(tǒng)即從該位置運(yùn)行到第一步開(kāi)始處停止。
    根據(jù)聚丙烯包裝系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，本系統(tǒng)采用自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行兩種方式。與運(yùn)行方式的設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)，還必須考慮停止運(yùn)行方式的設(shè)計(jì)?？删幊炭刂破鞯耐＿\(yùn)方式有正常停運(yùn)、暫時(shí)停運(yùn)和緊急停運(yùn)3種。根據(jù)控制系統(tǒng)要求，由于包裝系統(tǒng)運(yùn)行期間采用循環(huán)工作方式，只有在工作結(jié)束或接收到操作人員的停止運(yùn)行指令或設(shè)備出現(xiàn)故障或異常情況時(shí)才停止，因此本系統(tǒng)采用硬件切斷電源，使系統(tǒng)立即停車。

2 控制系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)
    控制系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示。

2．1 電子稱量部分的組成
    電子秤主要由秤體和電子稱量控制系統(tǒng)兩個(gè)部分組成。其秤體部分又是由貯料倉(cāng)、給料裝量、稱量斗、夾袋器等組成。電子秤量控制系統(tǒng)則是由稱量傳感器、稱重控制儀表和控制執(zhí)行元件組成，如圖3所示，其中稱重傳感器是很重要的組成部件。

    包裝秤給料裝置以大小兩種流量向稱量斗供給物料。稱重傳感器將重量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并傳送給稱重控制儀表。稱重控制儀表測(cè)量重量值并對(duì)整個(gè)稱量過(guò)程進(jìn)行程序控制，構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)稱量控制系統(tǒng)。

    根據(jù)該過(guò)程的流程要求設(shè)計(jì)，系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)有啟動(dòng)按鍵、停機(jī)鍵、斗門狀態(tài)、夾袋夾緊等檢測(cè)信號(hào)。開(kāi)關(guān)量輸出有粗細(xì)進(jìn)料電磁閥、放料電磁閥、夾袋器等控制信號(hào)和一些顯示、報(bào)警輸出信號(hào)。數(shù)字量通道接收傳感器重量輸入信號(hào)，其中稱重斗門關(guān)閉和夾袋夾緊檢測(cè)用接近開(kāi)關(guān)，緩沖料門、稱重斗門和夾袋由電磁閥帶動(dòng)氣缸來(lái)控制。稱重過(guò)程圖如圖4所示。

    理想狀態(tài)下，大給料、小給料共同完成額定重量值的95％給料量，且在很短時(shí)間內(nèi)完成。接著大給料停止，小給料再完成額定重量值的5％～10％給料量，且占用較長(zhǎng)時(shí)間。說(shuō)明大給料用以提高包裝速度，小給料的緩慢給料可以保證稱量準(zhǔn)確度。實(shí)際生產(chǎn)中這兩段的重量與時(shí)間參數(shù)要根據(jù)具體情況不斷調(diào)整才能達(dá)到最佳狀態(tài)。檢測(cè)裝置如圖5所示。

2．2 封口機(jī)
    在得到下料完畢后，封口機(jī)得到一個(gè)信號(hào)，封口機(jī)就加熱封口針，接著就開(kāi)始工作封口。封口延時(shí)以便能完全封好。
2．3 推倒裝置
    在封口完畢后，感應(yīng)器發(fā)出信號(hào)給推倒裝置，推倒裝置推倒包裝袋使袋子平放傳輸帶上，以便傳輸帶把袋子運(yùn)走。
2．4 重量檢測(cè)器
    該檢測(cè)由光電開(kāi)關(guān)I、Ⅱ控制，當(dāng)料袋進(jìn)入該裝置時(shí)，光電開(kāi)關(guān)I被料袋遮擋；當(dāng)料袋被完全載于稱體上時(shí)，光電開(kāi)關(guān)Ⅱ被遮擋，系統(tǒng)通過(guò)壓力傳感器開(kāi)始采集數(shù)據(jù)直至復(fù)檢結(jié)束；若重量合格(測(cè)量精度50 kg動(dòng)態(tài))，料袋進(jìn)入下道工序；重量超差的料袋，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，該料袋進(jìn)入揀選機(jī)時(shí)，揀選機(jī)將其剔除。

    圖6是用來(lái)檢測(cè)出包裝生產(chǎn)線上是否有次品并將其剔除。光電開(kāi)關(guān)I的信號(hào)作為移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到一個(gè)次品時(shí)，光電開(kāi)關(guān)I變?yōu)镺N，其余時(shí)間為OFF。光電開(kāi)關(guān)Ⅱ的信號(hào)作為移位脈沖輸入信號(hào)，每檢測(cè)到一個(gè)產(chǎn)品就產(chǎn)生一個(gè)脈沖，產(chǎn)品之間的間隔是固定的。光電開(kāi)關(guān)Ⅱ檢測(cè)到一個(gè)次品，移位寄存器就開(kāi)始跟蹤，直到它到達(dá)傳送帶上的一個(gè)預(yù)定位置時(shí)，電磁閥動(dòng)作，控制汽缸將次品推出。而正品則繼續(xù)隨傳送帶前行。次品排出時(shí)光電開(kāi)關(guān)Ⅲ檢測(cè)出，該信號(hào)作為移位脈沖和電磁閥的復(fù)位信號(hào)。
2．5 金屬檢測(cè)器
    料袋通過(guò)金屬檢測(cè)器時(shí)，若料袋中不含金屬顆粒和金屬顆粒較小時(shí)，該檢測(cè)器不發(fā)出任何信號(hào)，料袋被送到下一道工序；當(dāng)料袋含有金屬顆粒大于或等于2 mm時(shí)，該金屬器通過(guò)電控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，該料袋在揀選機(jī)上被剔除。
2．6 碼垛機(jī)
    碼垛機(jī)的水平皮帶機(jī)將包裝機(jī)輸送來(lái)的合格料袋通過(guò)緩沖。由壓袋機(jī)加以輥壓，使袋形平整，再由轉(zhuǎn)袋裝置使物料回轉(zhuǎn)90°或180°(目的是使包裝縫紉口全部在內(nèi)側(cè)，排層后整齊)。然后由排層輸送機(jī)使料袋每層橫3豎2打?qū)印Ｅ艥M8層后，由托盤托出垛，并由儲(chǔ)存輥道輸送機(jī)暫存，最后山叉車運(yùn)出碼垛。

3 軟件的設(shè)計(jì)
    控制系統(tǒng)流程圖包裝碼垛自動(dòng)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)可分為電子稱重部分、包裝機(jī)組控制部分和碼垛機(jī)組控制部分，之間通過(guò)聯(lián)鎖來(lái)進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的控制。稱重系統(tǒng)流程圖如圖7所示，包裝控制系統(tǒng)流程圖如圖8所示，碼垛控制系統(tǒng)流程圖如圖9所示。

4 結(jié)束語(yǔ)
    該碼垛機(jī)PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)集中了PLC、傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)等先進(jìn)技術(shù)，設(shè)備復(fù)雜，然而操作簡(jiǎn)單，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，碼垛速度快，垛型整齊、美觀，生產(chǎn)能力不低于1 200袋／h。
    在延安化工廠成品車間應(yīng)用，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了技術(shù)要求，大量減少了成品的占地面積，極大提高了生產(chǎn)效率，深受用戶的好評(píng)。