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摘要：本文设计的自动包装生产线主要包括：袋库机构、取袋机构、对中送袋机构、上袋机构、夹袋开口机构、夹口导引机构、夹口移包机构、立袋输送机构、螺旋给料机构等。分析了设备的工艺流程，阐述了控制系统的硬件设计，并给出了详细的自动工艺流程图。通过西门子S7-1200PLC对整个自动生成线的工作流程进行控制，对工作过程中出现的送袋超时、供袋异常、物料不足、码垛联锁等故障时，发出声光报警。与同类型包装设备相比，由于双工位同时运行，该自动化设备具有效率高，称量精度高，并且运行可靠，操作简单和维修方便等特点。已经应用于蔚蓝生物滨州工厂，运行良好，具有很好的推广价值；

关键词：双工位 S7-1200 自动化生产线

图书分类号：TB48

0  引言

自动包装机包装系统是化工行业、食品行业、生物助剂行业常用的包装方式，有的物料有有腐蚀性、黏着力大，不易下料和包装，有的物料需要称量准确、自动上袋、重量检测、自动运输、除尘等。以前的生产线需要配备多个工人操作，不能实现流水线的自动化。尤其是生产任务繁重的时候，需要每个环节高度配合，费力、费工时，而且有些物料对工人的身心健康有一定的影响[1]。市面上大部分都是单工位自动包装，生产效率普通比较低；随着国家智能化自动化的推进，我公司实现了双工位自动上袋、双工位自动称量、自动包装、自动贴标、自动缝合热合等，并且完成自动输送等功能，通过输送线，并输送到下一生产线，进行检测和自动码垛，紧密生产的无缝联接，减少物料的储存时间，节省人力、物力、提高生产效率，保证交货的需求速度，满足客户要求[2]。

1  系统组成

1.1 工艺流程

双工位自动包装生产线可分为称量、包装和缝合三部分[3]。称量部分主要由：螺旋给料机构、包装称等组成。包装部分主要由：袋库机构、取袋机构、对中送袋机构、上袋机构、夹袋开口机构、夹口导引机构、夹口移包机构等组成。缝包部分主要由：立袋输送机构、标签机和三合一缝合机等组成[4]。

1.2 系统组成

（1）袋库机构：袋库机构主要由20个放袋工位，每个工位能放置大概70个编织袋（跟编织袋厚度有关），大概总共能放置1400个编织袋，主要由工位安装框架、链条、链轮及各防护板组成。主要功能是给套袋机提供编织袋。

（2）取袋机构：取袋机构主要由伺服电机、丝杠皮带、真空方管、吸盘、取袋气缸及各连接板组成。其功能是将在袋库机构的包装袋，每次用真空吸盘吸取两个包装袋通过取袋气缸放到送袋平台上，等待送袋平台上的包装袋通过对中机构送走后，可以继续放下两个包装袋[5]。

（3）对中送袋机构：对中送袋机构由对中装置、送袋轮和送袋压轮组成，包括对中气缸、驱动电机、送袋轮、送袋压轮、压轮气缸等。其功能是将取袋机构送过的包装袋对准中心线后，继续向上袋位置输送。

（4）上袋机构：上袋机构包括上袋回转轴、伺服电机、撑袋手臂、夹袋爪和夹袋气缸等。用夹袋爪和夹袋气缸将包装袋袋口撑开后，通过上袋回转轴将包装袋转接到夹袋开口机构的过渡机构。

（5）夹袋开口机构：夹袋开口机构包括下料桶、料门开闭气缸、夹钳摆动气缸、料袋开口升降气缸，用来实现包装袋的物料填充，料袋封闭及袋口平整工作[6]。

（6）夹口导引机构：夹口导引机构包括皮带驱动部分、丝杠传动部分、袋口导引部分。夹口导引机构下方有输送机，与袋口导引配套使用。满物料袋子由夹口导引机构整体输送过来后，通过气缸夹住袋口引导，将袋子送到三合一封包机进行封包。袋口导引机构通过调节变频器频率来调整送袋速度，方便调节与热缝合机速度匹配。导引机构提高了包装袋袋口整形的质量与工作效率。

（7）夹口移包机构：夹口移包机构包括夹口部分、抱袋部分以及伺服电机部分。袋子在装满物料之后，降落一定的高度，夹口装置与抱袋装置同时迅速夹紧袋口、抱紧袋子，然后通过移包装置将袋子送到后端夹口导引机构中。

（8）螺旋给料机构：螺旋给料由大小两个蛟龙及截料门组成，刚开始工作时，两个蛟龙同时工作，将要达到秤的设定值时，大蛟龙停止工作，小蛟龙电机频率降低，直到达到秤的设定值。截料门关闭[7]。

（9）包装称：包装秤主要由称重框架、称重料斗、称重料斗门、及称重传感器组成。称重时称重料斗门关闭，螺旋给料器配料完成后，等待下料信号。下料信号发出后，秤斗料门打开，物料落下。

2 控制系统实现

2.1 控制系统硬件设计

双工位自动包装控制系统的电气部分分为3层[8]：

第一层为上位机。上位机选用的是昆仑通态的触摸屏，选型为10寸TCP1061Ti，利用MCGS软件开发出一套双工位自动化包装的监控系统，作为实时监控和发出指令的中枢，向下位机S7-1200通过西门子的PN总线协议发生指令，下位机PLC控制设备自动运行。

第二层为现场控制层（下位机）。考虑到生产线所需的输入输出点数选择S7-1200的CPU1215C，4个SM1221（输入16），4个SM1222（输出16），2个PN远程IO模块16点输入GXPI-DI16，1个PN远程IO模块GXPI-DO16，1个PN远程IO模块GXPI-DIO16。作为核心控制中心，根据上位机或操作盘发出的指令，对自动生产线进行实时控制[9]。

第三层位现场现场传感器和执行器。执行器主要是4个台达伺服电机，10个台达变频电机6个普通的电机，及一些亚德客气缸等，传感器主要是一些光电开关，磁性开关，接近开关等组成。

2.2 I/O变量定义

本控制系统，由于使用PLC数字量点位比较多，如图表1所示，显示部分输入输出点。

3 控制系统软件设计

3.1 功能设计

双工位自动包装控制系统有3种工作模式，分为自动模式、手动模式和清料模式、。自动模式是进行自动吸袋、运袋、开口、套袋、称量、灌装、移包、缝合等一系列的动作，完全不需要人参与。出现问题故障，可暂停处理，处理完毕后继续运行。手动模式是可以手动操作每个气缸或电机单独动作。当在自动模式无法进行简单处理的故障时，需要转到手动模式进行处理，然后重新运行设备[10]-[11]。清理模式是自动操作清除最后一车物料。

3.2 工艺自动化流程

双工位自动包装机控制系统的主程序流程如图2所示[12]。包括自动模式子程序、手动模式子程序、清料子程序、故障处理子程序、伺服电机控制子程序等。其中 自动模式程序流程，采用结构化顺控编程[13]。自动模式程序分4个自动顺控循环，袋库循环，上袋循环，称量循环，运输缝合循环。这4个自动循环相互独立，中间用接口数据连接，这样就减少时间，提高节拍。如图3所示，显示了详细的每步动作。由于篇幅所限，其余程序流程不做详细介绍。

4 结束语

针对饲料添加剂包装产业技术的发展要求，以双工位包装机为研究对象，设计了基于PLC的双工位自动包装控制系统。采用双螺旋给料的称量机构，并采用一定的算法，提高了控制的精度，使称量偏差控制在0.3%。由于是双工位的，所以生产效率大大提高了。该控制系统针对生产工艺合理的分析和优化，编程时减少中间停顿环节，使每袋的罐装周期最小化。从而提供生产效率。采用Profinet总线通讯，增强干扰能力，提高相应速度，采用伺服控制，提高了定位精度和运行速度。从而提高生产效率本系统操作简单，运行平稳，有详细的故障信息，便于维修。

参考文献：

[1] 李春.传感器在包装码垛系统中分析与应用[J].电工技术杂志，2004，（3）：14-36.

[2] 谢国强.基于S7-200白炭黑反应釜自动控制系统的设计[J].工矿自动化.2010，（12）：111-114.

[3] 吴丽.电气控制与PLC应用[M].北京：兵工业出版社，2001：5-11.

[4] 蔡明学.基于三菱PLC码垛生产线运动控制系统设计[J].智慧工厂，2017.（12）：58-60.

[5] 程亮.基于粉状物料的全自动大袋包装机的研究[J].盐科学与化工，2017.（2）：29-34.

[6] 葛畅.基于PLC的伺服装箱机控制系统的设计[J].包装与食品机械，2019（8）：40-42.

[7] 杨新顺.基于多控制器的包装生产线控制系统设计[J].包装工程，2017， 38（11）： 165-169.

[8] 李本红.基于PLC和触摸屏的食品包装自动化生产线系统设计[J].机电工程技术，2014，43（1）：9-13.

[9] 徐海飞.高速小袋包装机控制系统及关节技术研究与设计[D].天津：天津科技大学，2016.

[10] 刘海生，张俊，李涵，等.全自动立式颗粒包装传动系统及横封机构的改进与仿真[J].食品与机械，2015，31（4）：94-96.

[11] 杨传民，刘铭宇等.给袋式包装取袋机构运动学分析[J].农业机械学报，2013，44（S2）：161-166.

[12] 周亮，李珍.基于PLC的液体袋包装机控制系统的设计[J].包装工程，2013，34（1）： 88-91.

[13] 蔡森.基于PLC技术的敞口包装机电气控制系统的设计[J].机电信息，2011（18）：150-151.