首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 工业综合论文 > 工业技术论文 > 线称重贴标系统中PLC的设计及实践

线称重贴标系统中PLC的设计及实践

2020-09-03 378 上传者：管理员

摘要：针对目前大多数纱线包装末端人工进行称重记录重量等相关数据并书写至纱线编织袋或纸箱上的现状,人工操作不仅费时费力,而且生产效率不高易出错；设计并实现了西门子PLCS7-1200作为控制器的在线称重贴标系统,通过PROFIBUS-DP总线与称重仪表进行通信获取重量信息,并将重量等相关信息通过RS485传输至在线打印贴标机,PLC控制气缸、电机等执行机构完成贴标动作；在线称重贴标系统目前稳定运行某纺织企业的纱线包装生产末端；纱线包装效率得到大幅度提高,同时企业的自动化、信息化水平得到提高。

关键词：
S71200PLC
在线称重
工业技术
自动化
自动贴标
加入收藏

当前阶段，国内的纱线包装方式大多采用编织袋包装，分为人工包装及自动化包装两种方式，筒纱的自动化包装是提高纺织自动化程度的重要手段[1]。机器代替人工可以推动传统制造业实现产业转型升级，对于技术进步、提升劳动力素质、提高企业生产效率、促进产业结构调整、推进工业转变发展方式等具有重要意义[2,3,4]。纱线又名筒子纱，形状以圆锥型为主，其直径一般再120mm～260mm之间，大小两端直径一般差10mm左右，缠绕的管筒高度两端均略高于纱线[5,6]，其作为纺织企业的最终产品，绝大数纺纱设备纺制出的细纱最终都会以筒纱的形式进行出售，以编织袋包装形式为主，也会有纸箱包装形式，纱线包装过程都是人工逐个进行打包装袋，过程用工量大，属于重复性劳动，成为急需解决的问题[7,8,9,10,11,12]。

纱线包装末端通常为操作工人工进行称重记录数据，并将相关数据通过马克笔书写到编织袋或者纸箱上，人工完成称重以及数据记录等工作不仅费时费力，而且也严重影响企业的自动化、信息化水平，人工称重写标签操作过程如图1所示。

在线称重贴标系统可以实现筒纱包装末端的自动化运行，编织袋包装完成或者纸箱包装完成筒纱自动在线称重，并将称重信息、品种信息、批次信息、色头信息、日期、班别、案号和数量等相关信息进行自动打印贴标，取代人工称重和书写相关信息的操作，提高包装质量和包装效率，同时提供数据供上层系统使用，提高工厂的信息化水平。

图1人工称重写标签操作

1、系统工作流程

纱线包装在线称重贴标系统属于纱线整个包装生产过程中的末端环节，与某纺织企业共同开发设计的纱线包装生产线采用模块化设计理念，共包含后络物流输送模块、大小头检测及自动翻转模块、单纱封切包装模块、自动调向及捆扎模块以及在线称重贴标等模块等若干功能模块，各功能模块之间无论在机械结构方面还是模块控制方面相对独立，可实现个性化柔性定制。纱线包装在线称重贴标系统完成包装生产线中称重模块和贴标模块的功能。

纱线包装在线称重贴标系统的工作流程大致如下所述：纱线经过编织袋包装后，捆扎完成后通过滚筒输送线进入称重模块区域，称重定位光电传感器触发信号传输至PLC,PLC控制气缸电磁阀驱动气缸动作，四个同步称重托举气缸将编织袋顶起进行称重，称重托举气缸顶起稳定一定时间待数据稳定时，PLC获取从称重传感器的称重数据至相关存储器同时在触摸屏以及工控机上位显示界面上进行实时读取显示，其中称重托举气缸稳定时间参数可通过上位人机界面进行调节；称重托举气缸恢复编织袋继续向前运动至贴标模块处，触发打印机数据接收信号，PLC又将储存在相关存储器里面的称重、品种及数量等信息打印至标签纸，继续向前运动触发贴标定位信号后，打印机打印标签剥标出来后由吸盘吸附标签，然后由气缸推动吸盘把标签推送进行贴标，直至触发数字式压力传感器输出高电平信号标志着贴标完成，等待下一次工作周期；成袋的筒纱进入码垛工位等待完成码垛工序。由于筒纱呈现圆锥状，设计的专用贴标机械手具有一定的弧度同时具备一定程度的弹性来保证贴标效果更加完美。

2、系统组成与实现

2.1 系统组成

纱线包装在线称重贴标系统是以西门子S7-1200PLC为控制器，滚筒输送机作为承载运输机构，接近开关、光电传感器、数字式压力传感器和称重传感器作为信号输入，称重气缸和气缸贴爪作为执行机构，同时还包括梅特勒托利多称重仪表、Profibus通信模块、RS485通信模块、在线打印贴标机以及触摸屏等。纱线包装在线称重贴标系统组成如图2所示。

图2在线称重贴标系统组成

其中称重和贴标功能需要设计相应的机械装置。称重机械构造如图3所示，此机械装置配合滚筒输送链使用来实现称重功能，由四个称重托举气缸、称重支架、承载固定托板、称重传感器和称重仪表组成；滚筒输送链由若干个滚筒组成，电机进行驱动，在称重模块处每隔两个滚筒拆掉一个滚筒，称重托举气缸动作时可以使承载固定托板能从滚筒带底部伸出。

图3称重机械装置

2.2 PLC控制系统硬件组态及IO地址分配

在线称重贴标系统PLC控制单元中CPU选用的是西门子S7-12001215C，电源模块是PM1207；还有两个通讯模块，其一是与称重仪表实现PROFIBUS通信的CM1243-5PROFIBUSDP主站通信模块，完成获取纱线重量信息；其二是与在线打印贴标机实现通信的CM1241RS422/485通信模印贴标；还有用来与触摸屏、编程器以及上层监控管理层完成通信的交换机模块CSM1277，还有数字量输入输出模块；PLC控制单元硬件组态如图4所示。

图4PLC控制单元硬件组态

PLC控制单元硬件组态完成后，结合本系统执行机构控制方式和数量，对纱线包装在线称重贴标系统的数字量输入输出点进行相应配置，如表1所示。

2.3 系统软件程序设计

纱线编织袋包装完成后运动至称重机构上方时触发光电传感器信号，PLC发出指令置位称重气缸电磁阀，称重托举气缸动作托起编织袋，置位信号保持3秒等待称重仪表称重数据稳定后，PLC将称重信息通过PROFIBUS-DP读取至DB470存储区内，称重气缸电磁阀复位，编织袋向前运动；编织袋运动至贴标模块处，触发一光电传感器，使能贴标机与PLC通讯程序，PLC将存储区内的称重信息和其他相关信息通过RS485模块传输至在线打印贴标机，然后贴标机将重量、缸号、日期等相关信息打印至标签纸上同时将标签纸释放出来至专用气缸贴标机械手；编织袋继续沿滚筒下向前运动直至触发贴标执行光电传感器，检测到编织袋已到达指定位置，执行贴标动作，至此成袋筒纱完成称重与贴标操作继续沿滚筒线向前运动。称重贴标系统程序流程图及部分程序图如图5和6所示。

图5称重贴标系统程序流程

图6系统部分程序

2.4 通信网络配置

控制器PLC通过PROFIBUS网络完成与梅特勒托利多称重仪表IND331的通信任务[13]。在两者建立通讯之前首先对称重仪表进行通讯参数设置，进入通讯界面选中PLC选项，PLC选项下面有四种通讯协议可以选择，包括PROFIBUS、DeviceNet、A-BRIO和模拟量输出，选择PROFIBUS选项进入下一层；节点地址即称重仪表从站地址设置为2，数据格式中格式选项选择浮点数，字节顺序选择字节交换。在TIA-portal14中配置S7-1200站为PROFIBUS-DP主站，接口连接PROFIBUS＿1子网同时PROFIBUS地址参数设置为3；梅特勒托利多称重仪表IND331作为从站，接口也连接到PROFIBUS＿1子网同时PROFIBUS地址参数设置为2。S7-1200PLC与IND331建立通信的前提是在TIA-portal14的硬件组态时添I3310C0C.GSD文件。添加该文件后，TIA-portal14的硬件配置目录PROFIBUSDP设备中“AdditionalFieldDevices”的常规设备里就包含“IND131.331”设备[14]。在设备和网络视图中找到称重仪表IND331文件拖曳连接到PROFIBUS通讯网络。

表1系统输入输出点配置

3、系统运行效果

纱线包装在线称重贴标系统运行良好，纱线包装在包装质量和包装效率方面得到了极大的提高；PLC控制单元工作稳定，实现了称重数据自动采集、自动通信、自动处理，提高了包装生产的的信息化、自动化程度[15]。在线称重贴标系统工作实物如图7所示人工称重标记与自动称重贴标效果对比如图8所示。

图7称重贴标现场实物

4、结语

在线称重贴标系统不仅适用于纺织行业中的纱线产品包装，系统中的机械装置部分和电气控制部分稍作调整还适用于纤维、颗料状产品的编织袋或者纸箱包装生产中；该系统中工作性能稳定的PLC作为控制器，接收来自传输线上的定位光电传感器、气缸限位传感器、数字式压力传感器以及称重仪表等信号，触发电磁阀、电动机等进行执行动作，同时系统留有接口供上层系统进行相关信息读取，为改善企业的信息化水平作好铺垫。在线称重贴标系统工作稳定，操作简单方便，操作工人易上手，提高了包装生产质量、效率以及企业的自动化、信息化水平。

图8人工称重标记与自动称重贴标效果对比

参考文献：

[1]郭政良,马思乐,陈纪旸等.筒子纱包装自动整列系统的设计与实现[J].包装工程,2019,40(11):137-141.

[2]马青,沈灿钢.基于“机器换人”形势下的职业教育的改革与创新[J].四川职业技术学院学报,2016,26(1):156-158.

[3]谢楠.筒纱自动包装与码垛系统设计与开发[D].天津工业大学,2017.

[4]戴宏民,戴佩燕,周均.中国包装机械发展的成就及问题[J].包装学报,2012,4(01):61-65.

[5]李瑞琴,楚淑芳,李清.筒子纱自动装袋系统结构设计与仿真[J].包装工程,2017,38(09):157-161.

[6]郑军,马崇启,吕汉明.分布式筒子纱自动收集与输送系统开发[J].棉纺织技术,2015,43(03):10-14.

[7]杨江利.纺纱厂生产线末端自动化包装解决方案的研究与设计[D].山东大学,2016.

[8]周鹏飞,吕汉明,谢楠,等.筒子纱编织袋包装与码垛控制系统的开发[J].棉纺织技术,2018,46(05):27-32.

[9]刘志华.纺织企业织机控制管理系统的设计与实现[D].中国海洋大学,2014.

[10]张文丽.基于自动配重的筒子纱包装系统的研究与设计[D].武汉纺织大学,2017.