本實用新型涉及PLC全自動智能控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于PLC的全自動智能茶葉包裝機控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，國內(nèi)的全自動茶葉包裝機大多數(shù)采用的是由專用稱重控制器、溫度控制儀表、PLC或工控板等組裝而成。這種由標準模塊拼裝的設(shè)計包裝機組裝設(shè)備多、執(zhí)行元件較多、集成度不高且成本較高,難以滿足市場需求。近年來，可編程邏輯控制器(PLC)作為傳統(tǒng)繼電器控制裝置的替代產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域，它可快速改變控制過程，而且具有體積小，組裝靈活，成本低，編程簡單,抗干擾能力強及可靠性高等特點。特別是，茶葉包裝控制過程涉及到對溫度和重量的控制，若要準確控制所需溫度和重量，需要實現(xiàn)PID控制，而PLC是實現(xiàn)PID控制功能的通用方式。因此，提供一種基于PLC的全自動智能茶葉包裝機控制系統(tǒng)是非常有必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于PLC的全自動智能茶葉包裝機控制系統(tǒng)，基于PLC架構(gòu)集成了稱重閉環(huán)控制、溫度PID控制、通用的信號輸入輸出及高速脈沖輸出等；通過RS-232與觸摸屏進行通訊實現(xiàn)人機交互；該系統(tǒng)完成從茶葉振動送料、自動稱重、內(nèi)膜和外袋自動捉取封裝、內(nèi)膜和外袋的封口溫度控制，自動抽真空和整形，各機構(gòu)之間的相互配合控制以實現(xiàn)茶葉自動包裝的全過程。因此，通過搭建PLC可編程控制器為核心的平臺，組成一個專用計算機應(yīng)用系統(tǒng)，可以滿足茶葉稱重檢測、溫度控制、包內(nèi)膜及外袋、抽真空、封袋口等功能要求。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種基于PLC的全自動智能茶葉包裝機控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：可編程邏輯控制器、光電傳感器、稱重傳感器、溫度傳感器、檢測模塊、振動盤控制模塊、固態(tài)繼電器輸出模塊、步進電機驅(qū)動模塊、電磁閥驅(qū)動模塊、人機界面和供電模塊；所述可編程邏輯控制器與所述光電傳感器相連用于接收振動盤中是否有茶葉的信號；所述可編程邏輯控制器與所述稱重傳感器相連用于接收檢測到的從振動盤中掉入料斗中的茶葉重量；所述可編程邏輯控制器與所述溫度傳感器相連用于接收檢測到的加熱塊的溫度；所述可編程邏輯控制器與所述檢測模塊相連用于判斷開機時步進電機是否在歸零、判斷內(nèi)膜是否被張開夾起及判斷外袋是否被吸?。凰隹删幊踢壿嬁刂破髋c所述振動盤控制模塊相連用于控制振動盤給料；所述可編程邏輯控制器與所述固態(tài)繼電器輸出模塊相連用于控制固態(tài)繼電器以不同的輸出占空比給加熱塊加熱；所述可編程邏輯控制器與所述步進電機驅(qū)動模塊相連用于發(fā)出的脈沖信號驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動，完成茶葉的送料、包內(nèi)膜、裝外袋和封袋口功能；所述可編程邏輯控制器與所述電磁閥驅(qū)動模塊相連用于控制電磁閥線圈的得電或失電來控制氣缸移動的方向從而實現(xiàn)茶葉夾內(nèi)膜和吸取外袋動作；所述可編程邏輯控制器與所述人機界面相連用于對茶葉重量的設(shè)定、加熱快溫度的設(shè)置、封口時間設(shè)定、抽真空時間設(shè)定、電機坐標位置參數(shù)設(shè)定；所述供電模塊與所述可編程邏輯控制器相連用于為所述可編程邏輯控制器提供直流電源。

優(yōu)選的，所述茶葉包裝機控制系統(tǒng)還包括：USB接口；所述可編程邏輯控制器與所述USB接口相連用于識別U盤信號，并下載U盤中的內(nèi)容。

優(yōu)選的，所述茶葉包裝機控制系統(tǒng)還包括：擴展模塊；所述可編程邏輯控制器與所述擴展模塊相連用于擴展所述可編程邏輯控制器I/O接口。

優(yōu)選的，所述稱重傳感器包括兩個。

優(yōu)選的，兩個所述稱重傳感器通過輪流交替稱重，兩個所述稱重傳感器的靈敏度、輸入輸出阻抗和滿量程都一致。

優(yōu)選的，所述溫度傳感器包括兩個；一個用于測量包內(nèi)膜的溫度，一個是用于測量包外袋的溫度。

優(yōu)選的，兩個所述溫度傳感器的型號為PT100和/或K型熱電偶。

優(yōu)選的，所述供電模塊為所述可編程邏輯控制器的CPU提供+3.3V直流電壓。

優(yōu)選的，所述溫度傳感器和所述可編程邏輯控制器之間連接有溫度信號處理模塊，用于將所述溫度傳感器輸出的模擬量信號進行放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號發(fā)送給所述可編程邏輯控制器；所述供電模塊與所述溫度信號處理模塊相連用于為溫度信號處理模塊的運算放大器和A/D轉(zhuǎn)換電路提供±12V直流電壓。

優(yōu)選的，所述稱重傳感器和所述可編程邏輯控制器之間連接有稱重信號處理模塊，用于將所述稱重傳感器輸出的模擬量信號進行放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號發(fā)送給所述可編程邏輯控制器；所述供電模塊與所述稱重信號處理模塊相連用于為稱重信號處理模塊的運算放大器和A/D轉(zhuǎn)換電路提供+5V直流電壓。

本實用新型提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：

(1)本實用新型系統(tǒng)可以在滿足原有包裝機功能的同時，用PLC來取代原有的包裝機械，簡化機械結(jié)構(gòu)，降低其設(shè)備成本，使包裝機在某種程度上實現(xiàn)全自動化，滿足客戶更多需求；

(2)本實用新型系統(tǒng)配套齊全、功能完善、體積小、維護方便、容易改造、梯形圖編程語言易于客戶工程技術(shù)人員接受；

(3)本實用新型系統(tǒng)用觸摸屏替代傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示，操作方便，控制柜上無需開孔，無需考慮布置布線；

(4)本實用新型系統(tǒng)支持在線下載、在線監(jiān)控、觸摸屏通訊、停電保持功能；

(5)本實用新型系統(tǒng)可連接市場上的所有觸摸屏，采用特色工藝處理，具有防腐、防潮、防靜電等作用。

以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步詳細說明，但本實用新型的一種基于PLC的全自動智能茶葉包裝機控制系統(tǒng)不局限于實施例。

附圖說明

圖1為本實用新型的全自動智能茶葉包裝機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本實用新型的全自動智能茶葉包裝機控制系統(tǒng)的工藝流程。

具體實施方式

如圖1所示，一種基于PLC的全自動智能茶葉包裝機控制系統(tǒng)，包括：可編程邏輯控制器1、光電傳感器2、稱重傳感器3、溫度傳感器4、檢測模塊5、振動盤控制模塊6、固態(tài)繼電器輸出模塊7、步進電機驅(qū)動模塊8、電磁閥驅(qū)動模塊9、人機界面10和供電模塊11；所述可編程邏輯控制器1與所述光電傳感器2相連用于接收振動盤中是否有茶葉的信號；所述可編程邏輯控制器1與所述稱重傳感器3相連用于接收檢測到的從振動盤中掉入料斗中的茶葉重量；所述可編程邏輯控制器1與所述溫度傳感器4相連用于接收檢測到的加熱塊的溫度；所述可編程邏輯控制器1與所述檢測模塊5相連用于判斷開機時步進電機是否歸零、判斷內(nèi)膜是否被張開夾起及判斷外袋是否被吸取；所述可編程邏輯控制器1與所述振動盤控制模塊6相連用于控制振動盤給料；所述可編程邏輯控制器1與所述固態(tài)繼電器輸出模塊7相連用于控制固態(tài)繼電器以不同的輸出占空比給加熱塊加熱；所述可編程邏輯控制器1與所述步進電機驅(qū)動模塊8相連用于發(fā)出的脈沖信號驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動，完成茶葉的包內(nèi)膜、裝外袋和封袋口等功能；所述可編程邏輯控制器1與所述電磁閥驅(qū)動模塊9相連用于控制電磁閥線圈的得電或失電來控制氣缸移動的方向從而實現(xiàn)茶葉夾內(nèi)膜和吸取外袋動作；所述可編程邏輯控制器1與所述人機界面10相連用于對茶葉重量的設(shè)定、加熱快溫度的設(shè)置、封口時間設(shè)定、抽真空時間設(shè)定、電機坐標位置參數(shù)設(shè)定等；所述供電模塊11與所述可編程邏輯控制器1相連用于為所述可編程邏輯控制器1提供直流電源。

進一步的，所述振動盤控制模塊6包括振動盤。當所述光電傳感器2檢測到振動盤中沒有茶葉時，給定可編程邏輯控制器1一個頻率信號，可編程邏輯控制器1控制振動盤控制模塊6動作。具體的，可編程邏輯控制器1控制前級給料到振動盤，振動盤中的電磁鐵磁場變化，使料斗發(fā)生振動，料斗中的茶葉由于受到這種振動，沿著振動軌道，被送至出料口，從而實現(xiàn)振動給料。

進一步的，所述稱重傳感器3包括兩個，兩個所述稱重傳感器3通過輪流交替稱重，兩個所述稱重傳感器3的靈敏度、輸入輸出阻抗和滿量程都一致。本實施例中采用兩個自動稱重設(shè)計，達到了節(jié)約時間，提高稱重效率的目的。具體的，所述稱重傳感器3通過傳感器其內(nèi)部的平衡電橋電路原理測出茶葉的重量信號，經(jīng)過差動放大器把傳感器輸出的微弱模擬量信號進行一定倍數(shù)的放大，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，得出茶葉的重量數(shù)據(jù)輸出到所示可編程邏輯控制器，再輸出到人機界面顯示。當所述可編程邏輯控制器1檢測到的輸出茶葉重量低于設(shè)定重量值時，其信號反饋到振動盤控制模塊6，形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。重量偏差大時，振動快，重量偏差小時，振動慢。

進一步的，所述溫度傳感器4包括兩個，一個用于測量包內(nèi)膜的加熱塊的溫度，一個用于測量包外袋的加熱塊的溫度，兩個所述溫度傳感器4的型號為PT100和/或K型熱電偶。所述固態(tài)繼電器輸出模塊7包括固態(tài)繼電器和加熱塊。具體的，所述可編程邏輯控制器1與所述固態(tài)繼電器輸出模塊7的交互過程如下：加熱塊不斷被固態(tài)繼電器控制加熱，被加熱后的加熱塊來實現(xiàn)對內(nèi)膜和外帶的封口加熱動作。欲使加熱塊維持一定的溫度，則用加熱固態(tài)繼電器以不同的輸出占空比控制加熱塊加熱，使加熱塊溫度保持恒定。通過PID控制不斷調(diào)節(jié)加熱固態(tài)繼電器的加熱時間從而實現(xiàn)對溫度的閉環(huán)控制。當溫度傳感器4檢測到溫度時，其溫度傳感器4輸出的模擬量溫度值通過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出，可編程邏輯控制器1的CPU將檢測的溫度值與設(shè)定值比較，通過采集所得到的溫度差，經(jīng)PID算法得出控制量，再利用控制量去改變輸出的PWM波的占空比。最后將PWM波送到固態(tài)繼電器以控制加熱時間。其溫度測量準確度較高，測量范圍為(±1+200)℃，精度誤差小于1℃。本實施例中，固態(tài)繼電器控制加熱棒得電，加熱棒給鐵塊加溫，然后通過熱壓傳給內(nèi)膜和外袋，實現(xiàn)加熱封口的動作。

所述檢測模塊5包括紅外感應(yīng)檢測的設(shè)計，判斷開機時步進電機是否回歸零；包括檢測是否張袋的設(shè)計，判斷內(nèi)膜是否被張開夾起；還設(shè)有氣壓檢測，判斷外袋是否被吸?。粰z測完成后將結(jié)果返回給可編程邏輯控制器1執(zhí)行相應(yīng)的控制。

進一步的，所述步進電機驅(qū)動模塊8包括步進電機。所述可編程邏輯控制器1通過脈沖輸出端和方向控制端來控制步進電機驅(qū)動。具體的，脈沖輸出端連接步進電機驅(qū)動器的PUL端，方向控制端連接DIR端。通過可編程邏輯控制器1發(fā)出的脈沖信號驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動，步進電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，步進電機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比，通過控制脈沖信號的頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度，從而達到調(diào)速的目的?？刂泼}沖信號的數(shù)量，可以對步進電機實現(xiàn)精確定位。持續(xù)給定脈沖信號，步進電機持續(xù)運轉(zhuǎn)，完成茶葉的包內(nèi)膜、裝外袋、封袋口等功能。

進一步的，所述電磁閥驅(qū)動模塊9包括電磁閥。所述可編程邏輯控制器1通過輸出端控制電磁閥。具體的，本實施例中采用的是晶體管輸出PLC驅(qū)動氣動電磁閥，可編程邏輯控制器1通過光耦合使晶體管通斷，來控制外部直流電磁閥線圈的得電或失電，當線圈得電時吸動鐵芯，鐵芯的上下移動控制氣缸的方向。當線圈失電時，鐵芯移回初始位置，壓縮空氣又由初始方向進入氣缸。通過線圈的不斷得電與失電，來完成茶葉夾內(nèi)膜、吸取外袋等動作。

進一步的，所述溫度傳感器4和所述可編程邏輯控制器1之間連接有溫度信號處理模塊15，用于將所述溫度傳感器輸出的模擬量信號進行放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號發(fā)送給所述可編程邏輯控制器。

進一步的，所述稱重傳感器3和所述可編程邏輯控制器1之間連接有稱重信號處理模塊14，用于將所述稱重傳感器輸出的模擬量信號進行放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號發(fā)送給所述可編程邏輯控制器。

進一步的，所述供電模塊11包括外部24V直流電源。具體的，外部輸入24V直流電壓信號，通過DC/DC變換為±12V、+5V和+3.3V直流電壓信號，分別向溫度信號處理模塊15的A/D放大電路、稱重信號處理模塊14的運算放大器和A/D轉(zhuǎn)換電路及可編程邏輯控制器1的CPU供電。為了得到穩(wěn)定可靠的±12V、+5V和+3.3V直流電壓，在DC/DC電路中，分別選用高可靠的DC/DC模塊實現(xiàn)低壓直流輸出。

進一步的，所述茶葉包裝機控制系統(tǒng)還包括：USB接口12；所述可編程邏輯控制器1與所述USB接口12相連用于識別U盤信號，并下載U盤中PLC程序。

進一步的，所述茶葉包裝機控制系統(tǒng)還包括：擴展模塊13；所述可編程邏輯控制器1與所述擴展模塊13相連用于擴展所述可編程邏輯控制器1的I/O接口。

進一步的，所述可編程邏輯控制器1通過RS-232與所述人機界面10進行串口通訊。RS-232為全雙工工作模式，其波特率默認為38400，可根據(jù)需要更改，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的交換。

如圖2所示為本實用新型的全自動智能茶葉包裝機控制系統(tǒng)的工藝流程，本實施例中，采用可編程邏輯控制器1為核心，自動完成振動給料、稱重、包內(nèi)膜、裝外袋、抽真空和封袋口等工序，實現(xiàn)了包裝的全自動化，大幅度降低了成本。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。