大袋自动包装机主要针对的是50kg级大袋包装，广泛应用于粉末状及颗粒状化工产品的包装行业，具有包装速度快、称量精度高、性能稳定可靠等优点。
国内现有自动包装机的控制系统方案多采用单个PLC为主的控制[1~3]，由于大袋自动包装机结构复杂、动作繁多，其信号、动力等管线分布杂乱且易于损坏。本文针对某新型号大袋自动包装机，基于PROFIBUS-DP现场总线设计了其控制系统，实现了模块化，易于实现包装机功能的升级改造，同时对对实现大袋自动包装机的智能化和远程监控提供了便利[4]。
1大袋自动包装机工作原理

某新型号大袋自动包装机的设备示意图如图1所示（正视图和左视图），成叠的包装袋从左侧放入到大袋包装机内，经过真空吸袋取出单个包装袋并送至开袋工位；再次利用真空打开袋口并挑袋至灌料工位；袋口四边夹紧之后开始下料，同时包装袋底部振动台高频振动使物料在包装袋内分布均匀；灌料结束后抱袋平移至输出传送带输出，同时袋口折边缝包，完成整个包装过程。
这种新型大袋自动包装机采用模块化设计，根据其包装工艺流程，可以将其分为进袋系统、挑袋系统、夹袋系统、抱袋系统、缝包系统五个子系统（图2）。每个子系统功能各不相同并且位置分散，因此选用PROFIBUS-DP现场总线将其连接通信，实现整个设备的监控和自动化运行。

2控制系统硬件设计
大袋自动包装机控制系统硬件主要包括主控制器、触摸屏、输入输出模块、变频器等。在保证功能的前提下尽可能选择可靠性高和使用方便的产品。
2.1主控制器
大袋自动包装机要完成整个自动包装过程，需要有许多连贯的动作，采用具有通信功能的PLC进行控制可以得到满意的效果。根据控制对象和控制任务，本系统选择了SIEMENS的模块化中小型PLC系统S7-300，它能满足中等性能要求的应用，而且应用领域相当广泛。本系统所用的主机模块是CPU315-2DP，可以通过MPI转接电缆或通讯模块与计算机进行通讯，性能可靠，非常适合本系统的要求。因此将S7-300作为本系统的主站。
2.2触摸屏
触摸屏作为人机接口，可以让工人完成系统设置、手动调试和自动运行的工作。本系统的触摸屏选用SIEMENSMP27710英寸面板。其特点为：基于WindowsCE操作系统，对应于S7-300系统的CPU315，并且装配有用于MPI和PROFI⁃BUS-DP的接口。
2.3输入输出模块
在系统主站和从站都需要选择合适的输入输出模块，用来给执行元件提供控制信号以及返回传感器的信号检测运行状态。整个大袋自动包装机的I/O信号统计情况见表1。

根据使用要求、各系统的分布情况及I/O控制信号的统计，将进袋、挑袋和夹袋系统的输入输出模块直接连接在主站PLC上，将抱袋和缝包系统的输入输出模块连接在远程I/O站ET200M上作为从站。ET200M是高密度配置的模块化I/O站，可用S7-300控制器的信号、功能模板扩展，尤其适用于复杂的自动化任务。具体I/O选择输入输出情况如下：1）主站，CPU315-2DP、SM321（DI32*DC24V）、SM331（AI8*12Bit）、SM322（DO32*DC24V）；2）从站，ET200M、SM32（DI16*DC24V）、SM322（DO16*DC24V）。
2.4变频器
整个大袋自动包装机还使用了五台电机。其中送袋、出袋、缝包是普通三相电机，因此选用SIEMENSMM440通用变频器，该变频器具有低速高转矩输出、良好的动态特性和过载能力强等特点，并且可以选用PROFIBUS-DP通信模块来实现主从控制方式[5]。
挑袋电机和抱袋平移电机对位置控制要求比较高，因此选用SEW带编码器反馈的异步交流电机，对应选择SEWMDX61B系列变频器。该款变频器是新一代驱动变频器，具有更宽的低速范围，更强的过载能力，其动态性能和控制质量已经达到伺服传动装置的水平。并且可以选择PRO⁃FIBUS接口组态到PROFIBUS系统。
根据以上的选型完成控制系统的硬件结构组合（见图3）。以S7-300系列CPU315-2DP作为控制系统的核心，与现场传感器/执行器相连的远程I/O口、变频器、触摸屏等作为从设备，通过PROFIBUS-DP总线与主机进行数据交换。在STEP7软件中完成硬件组态和各输入输出模块地址分配（图4）。

3控制系统软件设计
3.1人机界面设计
本系统一共设置了6个画面，包括起始界面、参数设置、手动运行、单步运行、自动运行和状态监控界面。起始界面进行模式选择；参数设置界面进行主要参数的设定，如电机速度、真空检测值等；手动运行和单步运行界面可以手动操作每一个执行器；状态监控检测每一个输入输出口的信号情况；自动运行界面（图5）可以进行整个系统的自动运行操作，监控主要执行器的运行状态和生产情况记录，遇到故障能够显示故障原因等。

3.2系统程序设计
系统采用SIEMENSS7-300编程，按照结构化和模块化的方法设计了手动单步运行、自动运行、参数设置、数字量控制、模拟量控制5个模块[6]。软件功能结构件图6。

4结论
在分析大袋自动包装机的工作原理和工艺流程的基础上，本文给出了控制系统软硬件方案，基于PROFIBUS-DP现场总线设计了系统的硬件控制电路和软件程序。该控制系统具有很强的网络通信能力，能够适应远程监控、智能控制的发展要求，方便包装机的进一步升级改造，具有较好的推广价值。
 

作者：王嵩，张秋菊，陈中杰，左文娟

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