基于PLC的定量包裝控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究.pdf

1、定量包裝商品與人們的日常生活息息相關(guān)，包裝袋上面標(biāo)注的凈含量是人們進(jìn)行消費(fèi)時衡量商品價值的一個重要依據(jù)。由于我國在定量包裝技術(shù)方面的研究起步較晚，生產(chǎn)技術(shù)水平較低，再加上一些生產(chǎn)企業(yè)質(zhì)量意識淡薄，產(chǎn)品中經(jīng)常出現(xiàn)缺斤短兩的現(xiàn)象，嚴(yán)重?fù)p害消費(fèi)者的利益，造成同行間的不正當(dāng)競爭。為規(guī)范市場，保護(hù)消費(fèi)者、企業(yè)的合法權(quán)益，國家出臺了一系列相關(guān)的法令法規(guī)，如在凈含量的計量標(biāo)準(zhǔn)上，有國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局頒布的計量技術(shù)規(guī)范JJF1070-2005《定

2、量包裝商品凈含量計量檢驗規(guī)則》。
　　 對于生產(chǎn)廠家來說，應(yīng)保證將商品的凈含量控制在標(biāo)注值允許負(fù)差范圍之內(nèi)，這樣才能體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)的包裝手段。如果定量值設(shè)在偏差以上，則無疑會增加生產(chǎn)成本，影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益；如果定量值設(shè)在偏差以下，則由于生產(chǎn)過程中諸多因素的影響，勢必會使產(chǎn)品超出最大允許短缺量的幾率增大，影響企業(yè)的社會效益。因而，研究定量包裝技術(shù)，提高產(chǎn)品的凈含量計量精度，在符合法令法規(guī)要求、不影響企業(yè)社會效益的前提下，盡可能地追求

3、經(jīng)濟(jì)效益的最大化，是生產(chǎn)廠家迫切需要解決的關(guān)鍵問題，這也是本論文研究的立足之處。
　　 定量包裝技術(shù)含有兩個層面的含義：稱重和定量。定量包裝的稱重過程是一個動態(tài)的、大慣性滯后、非線性時變運(yùn)動過程，要求在重量的變化過程中實時地測取當(dāng)前數(shù)據(jù)，顯然其稱重精度要比靜態(tài)稱重時為低，控制起來也更為困難。目前工業(yè)應(yīng)用中，普遍采用稱重傳感器或者集成的稱重模塊來實時測重，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)信號交由后級控制器處理。這就要求輸出數(shù)據(jù)快速穩(wěn)定地變化，這樣才能

4、準(zhǔn)確地反映出當(dāng)前重量的變化情況，影響系統(tǒng)基礎(chǔ)稱重精度的因素就主要集中在這個環(huán)節(jié)。定量控制方面，不僅取決于所用核心控制器的性能，也與工藝流程的設(shè)計有關(guān)。由前級測重定點信號觸發(fā)的后續(xù)動作，應(yīng)及時合理地銜接響應(yīng)。此部分主要由人為因素決定，影響著系統(tǒng)的最終稱重精度。
　　 本論文根據(jù)定量包裝行業(yè)的自動化生產(chǎn)要求，在研究了國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展的基礎(chǔ)上，著重分析了生產(chǎn)過程的各個環(huán)節(jié)中可能出現(xiàn)的影響系統(tǒng)整體稱重精度的諸多因素，從硬件和軟

5、件兩方面對系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，旨在提高系統(tǒng)的稱重精度和控制精度，實現(xiàn)高精度高可靠性的稱重平臺，主要表現(xiàn)如下：
　　 (1)系統(tǒng)采用PLC作為控制核心，較之傳統(tǒng)的單片機(jī)控制系統(tǒng)，運(yùn)行更為安全可靠，尤其適用于復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境?？刂乒δ芨鼮樨S富，也易于與其它設(shè)備聯(lián)網(wǎng)組態(tài)，符合工業(yè)應(yīng)用中自動化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展方向。
　　 (2)系統(tǒng)引入變頻調(diào)速技術(shù)，通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)而控制傳送帶的給料速度，不僅可以根據(jù)物料特性的不同設(shè)置不同

6、的進(jìn)料速度，還能夠根據(jù)當(dāng)前的進(jìn)料狀態(tài)做到自適應(yīng)。既避免了給料速度過快引起的儲倉積料、末端沖量過大導(dǎo)致的傳感器震蕩等問題，又解決了稱重速度和稱重精度之間的矛盾。
　　 (3)系統(tǒng)在進(jìn)料口采用調(diào)節(jié)閥和電磁閥雙重控制方式，充分考慮了長期運(yùn)行時調(diào)節(jié)閥的有效開度，既可以通過調(diào)節(jié)閥根據(jù)當(dāng)前稱重情況調(diào)節(jié)進(jìn)料速度，又可以通過電磁閥做到定點定量控制。這樣，不僅避免了稱重后期的過快干擾，使傳感器工作在近似靜態(tài)狀態(tài)，又減少了關(guān)斷延遲時的滯后余量，提高

7、了系統(tǒng)的整體稱重精度。
　　 (4)系統(tǒng)對傳感器的測重輸出信號進(jìn)行了二次濾波處理，先是使用A/D轉(zhuǎn)換模塊的模擬量濾波功能，采用均值算法對原始信號進(jìn)行了快速濾波處理，濾去信號中含有的紋波、高頻噪聲等干擾成分，接著在程序設(shè)計中，采用中值算法對該信號進(jìn)行了二次數(shù)字量濾波，消除運(yùn)行過程中存在的尖峰擾動，保證了數(shù)據(jù)的快速穩(wěn)定變化，更能及時準(zhǔn)確地反映當(dāng)前重量的變化情況。
　　 (5)系統(tǒng)采用了多種控制算法相結(jié)合的控制策略，除傳統(tǒng)的P

8、ID控制算法外，還根據(jù)本系統(tǒng)的運(yùn)行特性，采用了帶自修正因子的模糊控制算法。兩種控制方法相結(jié)合，不僅提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能，又減少了系統(tǒng)近穩(wěn)態(tài)時的靜態(tài)誤差，增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性和穩(wěn)定性。
　　 (6)系統(tǒng)采用觸摸屏作上位機(jī)，用于遠(yuǎn)程監(jiān)控，并設(shè)計了良好的操作界面以供用戶使用。同時，系統(tǒng)還具備現(xiàn)場控制柜操作模式，以進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試運(yùn)行。這樣，系統(tǒng)的操作方式更為靈活方便，具有更好的擴(kuò)展性能以及應(yīng)用范圍。
　　 (7)系統(tǒng)設(shè)計了豐富的