基于PLC和触摸屏的食品包装自动化生产线控制系统设计

[摘 要] 随着社会经济、科学技术的快速发展，人们对食品包装也提出了更高的要求，传统食品包装生产线已不能适应现代化社会发展下人们的多样化需求，为了食品包装生产效率及其质量的提升，应快速提升食品生产包装自动化水平。分析基于PLC和触摸屏的食品包装自动化生产线控制系统设计，并提出实用性应用策略。

[关 键 词] PLC；触摸屏；食品包装自动化生产线；控制系统设计

[中图分类号] TP273 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2016）18-0180-02

随着人们生活水平的不断提升，对食品的需求量也随之增大。这时食品生产企业应基于市场实际订单需求量，及时调整食品种类，合理安排食品生产线，适当改善生产线食品配方及其工艺参数，严格控制温度及时间等显得尤为重要。而传统的手动、机械式食品包装技术已经不能满足多样化、定制化的要求。西方国家的食品生产线自动化程度很高，国内的生产线大都是人工模式，或者是半自动控制，此类模式生产效率低，其间工艺参数的调整需要很多时间。这些问题都说明分析基于PLC和触摸屏的食品包装自动化生产线控制系统设计，对国内食品加工行业发展有着很大的推进意义。

一、食品包装自动化生产线概论

食品包装自动生产线包括自动包装机、辅助设备、输送装置、食品包装、检测、自动调整补偿设备控制几个方面，需要包装的产品要持续送上生产线，在一定位置加入包装材料，产品根据相应的工艺流程，最后由另一端输出，此类工艺流程不需要人工加入，可以直接自动化完成输送和包装。

（一）颗粒及粉末材料包装流程

颗粒及粉末材料包装流程主要是：1.包装材料的输送，这是为了有效避免柔性材料由于不同张力的伸缩而导致商标图案不完整，而装设的自动检测补偿装置；2.包装材料的成型，这是用成型机构将包装材料设定成规定的形状，之后再进行封边，仅需给物料的填充保留一边开口；3.物料的称量及其填充：给称量机上装设物重检测设备，以此进行物料高精度动态称量，之后再基于自重或者是加料机构把已经成型的产品装进袋中；4.封口（抽气、充气），填料完成之后的产品应进行封口，不同产品应选择不同方式；5.切断输送，可以同时实现制袋和加料的包装机大都是在产品全部包装完成之后，进行送出切断操作；6.物重选别，这主要是二次称量之后筛选出合格的产品，未达标的产品则应及时分流。

（二）自动包装线简述

自动包装线包括称量机、成型充填封口机、物重选别机、打印器、输送机等设备，基于规范的工艺流程要求合理控制系统功能：其一，着眼于包装物品输入，再到产品输出等各个环节的顺序控制；其二，称量重量模拟量有效控制；其三，严格监视相关设备具体运行情况，及时输入工作参数，同时合理简化操作面板，这些都应具备科学有效的人机界面；其四，要具备科学完善的故障检测及其警报功能。

（三）气动执行元件

生产线上所有的动态称量机及其成型充填封口机，或者是打印设备等，均应是基于气动执行元件来实现，利用电磁阀来控制汽缸，确保其有效完成相应操作。其间包装材料的输送及其牵引，或者是包装操作完成之后，再进行选别和输送，这些程序及其设备均应以电动机来实现。

二、食品包装自动化生产线工艺流程

传统食品包装都是采用手工来完成的，随着社会的不断发展，此类包装方式早已适应不了现代化社会发展需求，为了提高生产线工作效率及其质量，降低工作人员的劳动量，为企业节约成本，积极研究开发新型自动化食品包装控制系统就显得非常必要。食品自动化包装是基于自立袋而完成包装的，此类自立袋可确保自动化包装系统设计科学有效。将自立袋引入生产线流程中，从而设计新型流。生产流程改善之后，是通过高压真空压缩机来输送物料，这也是物料的来源，再人工辅助将食品装进自立袋中，同时利用自动运输系统将其传输至封口机，再进行封口操作，于下个流程处进行自动喷码，这些程序都完成之后再进行理料与整料，最终打包装袋，整个流程的完成则表示食品包装成功。

三、自动化生产整体方案设计

（一）设备外形

设备外形尺寸的大小是设备的长、宽、高，同时基于相应的生产流程和食品包装特性进行设计，一般设备长度设计不可大于26200毫米，其宽度也不能大于3800毫米，高度也不能大于2400毫米。

（二）小袋人工放料速度设计

可根据每小袋10秒的速度来设计，之后的大包装应是一个人来完成。

（三）包装自动化生产节拍

包装自动化生产节拍可设计成每礼包3.75秒。

（四）自立袋放置人数

应着眼于食品包装需求和企业规模来设计，一般自立袋放置人数可设置成30个座位，具体生产中可对其进行调整。

四、生产线自动化控制设计

生产线自动化控制系统应注意以下几方面要求：

（一）紧急操作按钮

生产线运行中极易出现意外的情况，这时就应装设相应的紧急按钮在控制系统中，如果产生了意外情况，可及时按压该按钮，这时系统就会即刻停止，也避免了安全事故的发生。

（二）运行方式设置

生产线具体操作时，应设置相应的自动方式，并且设置一定的手动方式，这有助于系统运行产生故障时，手动方式设备维修及其调试的有效率提升。

（三）报警装置

设备运行中出现故障时，报警设备可及时提醒相关工作人员，从而提升系统运行的安全性。

（四）互锁及联锁

自动化生产控制是基于相应的程序控制来实现的，其工作方式可以是多种多样的，但是这些方式不可以同时工作，这时就应在控制系统中设计联锁或者是互锁。

（五）触摸屏上进度条显示

系统运行进度可利用屏幕上的进度条显示，及时了解系统运行进度。

五、软硬件设计

（一）硬件设计

PLC（可编程控制器），其可靠性高且编程简单，维修方便。为了更直观的了解生产过程以及监控信号的动态变化需上位机、触摸屏与可编程控制器的配合，这样才能形成科学有效的食品包装自动生产线控制系统。其间PLC（CPU）单元为整个生产过程控制的关键单元，触摸屏的RS-232串口与CPU通讯，可确保系统输出模块给外部设备传输信号，推动各个执行机构展开操作。传感器能够把信号充分反馈于输入模块，以此来改变各个执行机构运行状态。CPU单元在输入模块中进行数据读取，获得数据变化控制的相应执行机构动态，使其形成良好的控制回路。应基于生产线需要的点数量及其系统控制来选择适宜的PLC、触摸屏。

（二）软件设计

通常控制系统都是选择三菱GT 1055（320*240）的触摸屏，再是5.7英寸的彩色液晶屏。其结构稳定，相应的控制参数可灵活设计，也能更好地管理实时监控系统运行状态及其整个系统。GT 1555是基于GT Designer 3而设计的程序，其具备多种控制器件、其图形控件和功能控件，能构建各类动态功能及其控制功能，从而使得系统故障可视化，亦可深层读取PLC中的海量数据，同时充分显示现场各类数据。

1.变量设定

相关的变量与触摸屏组态功能、PLC响应接点以及相应的储存单元构建联系，这样触摸屏敏感元件的PLC参数进行输入时，PLC的竖直及其警报信号可以给触摸屏相应的输出信号。

2.设置通讯参数以确保触摸屏及PLC的通信

基于生产线相关控制要求来设计控制各功能的实际操作界面。下级界面都会设置返回上级界面的按钮，设置参数的子界面及其手动模式等也会设置相应的统计界面切换按钮。其间相应的手动模式可提供生产线的变频器启停控制、上料和卸料的皮带正反转控制、闸口的开关控制。自立袋生产数量及其闸口传输带的具体情况，可根据工程状况来设置适宜的数值进行调整，同时其参数可充分显示于触摸屏上，自动画面上会显示变频器运行

速度，以及其相应的生产数量及生产设置。

3.PLC程序设计

食品包装自动化生产线控制系统多采用CT simulator 3 PLC模拟，此类软件是调试软件，能够快速地编写程序，再展开相应的模拟调试。为了确保生产线具备适当的柔性，其程序可进行手动操作也可自动运行。基于生产线来完成相应的动作功能，PLC程序设计应全面考虑包装对象的具体特征及其工序间的联系。比如电机突然加减速，这时自立袋向其相应的护栏之间倒料或者是滑动，为了有效防止此类情况的出现，则程序设计的电机应是加减速模式，其速度以及加减速时间数值可随时调节。同时封口机前面应设置报警器，如果物料堵塞了封口机会及时发出警报。喷码处、礼包包装处务必设置相应的计数器，以此来确保食品包装自动化生产线及时转为智能运行。注重满载操作的各方面要求，相应的控制操作应以触摸屏以及PLC控制系统来实现。

随着人们生活水平的不断提升，对食品的需求量也随之增大。传统食品生产线早已不能适应现代化社会发展要求，西方国家的食品生产线自动化程度很高，国内的生产线大都是人工模式，或者是半自动控制，此类模式生产效率低，其间工艺参数的调整需要很多时间，这严重影响了产品的快捷支付。这些问题都说明分析基于PLC和触摸屏的食品包装自动化生产线控制系统设计，对国内食品加工行业发展有着很大的推进意义。本文分析了基于PLC和触摸屏的食品包装自动化生产线控制系统设计，并提出实用性应用策略，以期提升国内食品包装自动化生产线控制系统的设计水平。

参考文献：

[1]张磊，张春波，陈红.食品生产线的计算机控制系统设计与实现[J].电气传动，2015（2）.

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