基于PLC的定量包装控制系统的设计与研究

摘要

定量包装商品与人们的日常生活息息相关，包装袋上面标注的净含量是人们进行消费时衡量商品价值的一个重要依据。由于我国在定量包装技术方面的研究起步较晚，生产技术水平较低，再加上一些生产企业质量意识淡薄，产品中经常出现缺斤短两的现象，严重损害消费者的利益，造成同行间的不正当竞争。为规范市场，保护消费者、企业的合法权益，国家出台了一系列相关的法令法规，如在净含量的计量标准上，有国家质量监督检验检疫总局颁布的计量技术规范JJF1070-2005《定量包装商品净含量计量检验规则》。
　　 对于生产厂家来说，应保证将商品的净含量控制在标注值允许负差范围之内，这样才能体现出经济的包装手段。如果定量值设在偏差以上，则无疑会增加生产成本，影响企业的经济效益；如果定量值设在偏差以下，则由于生产过程中诸多因素的影响，势必会使产品超出最大允许短缺量的几率增大，影响企业的社会效益。因而，研究定量包装技术，提高产品的净含量计量精度，在符合法令法规要求、不影响企业社会效益的前提下，尽可能地追求经济效益的最大化，是生产厂家迫切需要解决的关键问题，这也是本论文研究的立足之处。
　　 定量包装技术含有两个层面的含义：称重和定量。定量包装的称重过程是一个动态的、大惯性滞后、非线性时变运动过程，要求在重量的变化过程中实时地测取当前数据，显然其称重精度要比静态称重时为低，控制起来也更为困难。目前工业应用中，普遍采用称重传感器或者集成的称重模块来实时测重，转换后的数据信号交由后级控制器处理。这就要求输出数据快速稳定地变化，这样才能准确地反映出当前重量的变化情况，影响系统基础称重精度的因素就主要集中在这个环节。定量控制方面，不仅取决于所用核心控制器的性能，也与工艺流程的设计有关。由前级测重定点信号触发的后续动作，应及时合理地衔接响应。此部分主要由人为因素决定，影响着系统的最终称重精度。
　　 本论文根据定量包装行业的自动化生产要求，在研究了国内外相关技术的应用和发展的基础上，着重分析了生产过程的各个环节中可能出现的影响系统整体称重精度的诸多因素，从硬件和软件两方面对系统进行了优化设计，旨在提高系统的称重精度和控制精度，实现高精度高可靠性的称重平台，主要表现如下：
　　 (1)系统采用PLC作为控制核心，较之传统的单片机控制系统，运行更为安全可靠，尤其适用于复杂的工业环境。控制功能更为丰富，也易于与其它设备联网组态，符合工业应用中自动化、智能化、网络化的发展方向。
　　 (2)系统引入变频调速技术，通过调节电机转速进而控制传送带的给料速度，不仅可以根据物料特性的不同设置不同的进料速度，还能够根据当前的进料状态做到自适应。既避免了给料速度过快引起的储仓积料、末端冲量过大导致的传感器震荡等问题，又解决了称重速度和称重精度之间的矛盾。
　　 (3)系统在进料口采用调节阀和电磁阀双重控制方式，充分考虑了长期运行时调节阀的有效开度，既可以通过调节阀根据当前称重情况调节进料速度，又可以通过电磁阀做到定点定量控制。这样，不仅避免了称重后期的过快干扰，使传感器工作在近似静态状态，又减少了关断延迟时的滞后余量，提高了系统的整体称重精度。
　　 (4)系统对传感器的测重输出信号进行了二次滤波处理，先是使用A/D转换模块的模拟量滤波功能，采用均值算法对原始信号进行了快速滤波处理，滤去信号中含有的纹波、高频噪声等干扰成分，接着在程序设计中，采用中值算法对该信号进行了二次数字量滤波，消除运行过程中存在的尖峰扰动，保证了数据的快速稳定变化，更能及时准确地反映当前重量的变化情况。
　　 (5)系统采用了多种控制算法相结合的控制策略，除传统的PID控制算法外，还根据本系统的运行特性，采用了带自修正因子的模糊控制算法。两种控制方法相结合，不仅提高了系统的动态响应性能，又减少了系统近稳态时的静态误差，增强了系统的鲁棒性和稳定性。
　　 (6)系统采用触摸屏作上位机，用于远程监控，并设计了良好的操作界面以供用户使用。同时，系统还具备现场控制柜操作模式，以进行现场调试运行。这样，系统的操作方式更为灵活方便，具有更好的扩展性能以及应用范围。
　　 (7)系统设计了丰富的控制功能，以提高系统的操作性能和应用价值。如工变频的在线切换，变频模式下的自动/手动无扰切换，远程读写变频器参数，PZD控制方式，传感器测试功能，各种报警信息组态，运行趋势图显示等。
　　 本系统在模拟调试期间，运行效果良好，定量称重精度远高于国家标准要求，同时还保持了较快的称重速度，达到了预期目的，具有良好的经济效益和发展前景，可进一步应用于工业实际继续修正和完善。

目录

文摘

英文文摘

声明

1.引 言

1.1本课题研究目的及意义

1.2国内外发展现状

1.2.1称重计量

1.2.2定量包装

1.3本论文主要研究工作

2.工艺设计及流程

2.1 工艺设计

2.2 工艺流程

3.硬件选型

3.1电机选型

3.1.1直流电机与交流电机的比较

3.1.2交流调速控制方案的选择

3.1.3电机型号

3.2变频器选型

3.2.1变频器工作原理

3.2.2变频器外围设备

3.2.3变频器型号

3.3步进电机选型

3.3.1步进电机简介

3.3.2步进电机型号

3.4 PLC选型

3.5传感器选型

3.5.1电阻应变式称重传感器

3.5.2称重传感器型号

3.5.3 A／D转换模块

3.6触摸屏选型

3.7接触器等附件

4.系统设计及调试

4.1系统初始化

4.1.1传感器数据处理

4.1.2变频器调试

4.1.3触摸屏调试

4.2系统设计

4.2.1初始界面

4.2.2工频模式

4.2.3 工频运行状态

4.2.4报警信息

4.2.5变频模式

4.2.6变频自动模式

4.2.7变频器参数

4.2.8趋势图形

4.2.9变频手动模式

4.2.10传感器测试

4.2.11 PZD控制

4.2.12现场控制模式

4.2.13用户界面

4.2.14退出系统

5.总结

参考文献

附录

致谢