化肥自动定量包装的PCL控制

（甘肃刘化集团有限责任公司，甘肃 永靖  731603）

摘  要：自动定量系统广泛的应用于各类企业中，现代包装技术也日益向着高度机械化和自动化发展，各类产品的包装作业，大多数都采用了自动定量和自动包装技术来完成，本文结合化肥生产的实际情况，基于PCL自动控制系统对化肥进行自动定量包装控制，以此实现化肥生产的自动称重、定量以及封口包装等工作过程的自动控制。

关键词：自动定量；包装；PCL控制

0 前言

随着化工自动化的普及，自动定量称重、自动包装系统逐步在许多企业中得到发展，但大多数系统的自动化程度都较低，浪费过多的人力、物力，并且效率低、误差大，造成不必要的损失，为解决这些缺点，采用自动定量包装系统，提高称重准确度，加强生产的自动控制称为化工生产发展的重点。本文从基于PCL控制的化肥自动定量包装系统出发，介绍了定量包装的结构及其控制原理， 以及该系统PLC控制的硬件组成，且根据化肥定量包装的工艺过程技术要求，从PCL控制系统的工作过程，系统地考虑了化肥定量包装的实际情况，以此可以提高管理、提高劳动生产率、降低劳动强度。

1 化肥自动定量包装PCL系统组成及工作原理

化肥企业的称重设备是针对粉粒状物料设计的，基于PLC的自动称重包装系统以PLC为核心的控制器来完成，称重的精度也得到了保证，并能够解决原称重设备存在的不足，提高生产效率，提高控制系统的人机交互性。

在自动定量包装控制系统中，PCL控制过程的变更要通过改变其中的程序来实现对化肥量度的控制，首先需要基于中央处理器，这是编程的神经中枢，另外通过存储器来存储化肥的各项数据和程序，通过输入电平转换来进行输出和输入设置，以作为自动定量包装的行为准则。PCL控制系统工作后，称重显示仪对仪表进行自检，同时可编程控制器对系统状态进行自检，如果发现化肥重量有异常，则不会进行自动包装。自检结束后，如果情况正常，则开始包装功能选择。运行过程分别分为空秤判别、装载化肥、超差判别、自动包装5个步骤进行，其基本控制系统结构和工作原理可用图1表示：

图1 化肥定量及包装PCL控制原理

2 PCL自动定量和包装控制系统的设计

自动定量包装PCL控制系统可提高生产效率，化肥的自动定量过程由该控制器完成，本自动定量包装系统的硬件可由定量、控制和包装行为3阶段组成。在定量装置的受力支撑点外安装一个力传感器,用来测量包装中每次输进化肥的质量，并将其转换成电压信号输出。电压信号通过放大处理后，通过A /D转换模块，将所测得的模拟量转换成具体的数字信号,进一步输入到PLC中央处理器,即可得到化肥规定重量，并显示出来，定量的精度可得到了保证，其中也可增加了化肥的自动传送部分，这样化肥的生产过程自动、连续，提高了其包装速度。具体的的输送、自动定量和封装包装组成见图2。

图2 控制系统组成

自动定量和包装控制系统是开放的、模块化的结构，首先要有大量的调查研究,制定出切实可行的方案，涵盖各执行动作的控制要求,同时还要设计出检测控制单元。其一是进行广泛的调研,以通用方式分解定量和包装设备的具体功能，把它们作为模块，其二是对所有功能模块及统一的接口进行编程的自动化控制，形成不同的功能控制模块；其三是将功能自动化控制模块按照一定顺序储存在功能库中,构成一个功能控制模块库；最后按照生产的特定要求,选择功能控制模块，连同他们的接口一起形成全机的控制框架。

3 化肥的PCL自动定量系统及其精度

化肥的PCL控制系统是固定重量的，不可以出项超重和少重，误差范围保持在±5克，为满足定量精度和称量的快速性，本系统可采用饱和非线性的方法来实现，其控制方法如图

3所示。给定一个电压限幅值U，针对不同需要的化肥重量采取不同的U值，当化肥放料开始时Uf较小，U=K，化肥持续放料。当Uf逐渐接近并达到设定值时，U=K，△U<U，当Uf的逐渐增大，U则逐渐下降，化肥的给料速度逐渐变慢。当U为零时，停止化肥给料，即定量结束。

Uf—重量反馈；U—设定值；K—放大系数

图3 定量控制原理

为了提高称量精度，采用了精度高、线性度好，力传感器要选择好且要设置得当，可在电子称底部互成120°，保证定量结果准确，也可采用高精度的放大器，输入端采用光电隔离来消除干扰源。软件方面则通过控制变频器输入电子信号来控制化肥给料的速度，快速给料后，当化肥加到一定接近特定定量值时，使给料速度减缓，这样通过调整变频器启来控制化肥给料的实际速度，从而提高各种物料的称量精度。

4 化肥的PCL自动包装系统结构

化肥的自动包装结构要进行的工作是，当化肥计量到达设定值时，包装动作则开始执行、成品输出,在此同时还要保证整个传动系统的流畅。定量操作控制结束则启动封袋控制，第二条控制链上指令给下一个操作控制,再经过贴标签,最后输出成品,完成整个包装过程。各动作对应的控制模块直接从功能库中在调用,适当修改某些参数而无需重新设计控制模块。

PCL包装控制包括了上袋和封口，由其程序控制空袋储备、拾取以及机械打包功能模块，程序设置将空袋进入放料口下端，定量完毕后，化肥满袋的运输至封口机处，进行程度控制封口，先通过逻辑判断控制，控制该生产线路，并进行数字交换，最后可完成包装的闭环控制，以速度控制和过程控制为主导，在包装阶段形成多级的PCL控制系统。

5 PCL自动定量和包装控制系统工作过程

该自动定量包装的PCL控制具有比计算机更强的与工业过程相连接的接口，具有更适应与特殊要求的编程语言，因此，该自动控制系统的工作过程可分为输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。

在化肥生产称重定量控制中，开始阶段，化肥放料开关启动，化肥从仓内落入事先预备的包装袋中，化肥重量施加给力传感器的压力值转换成PCL控制系统中的电压信号，该信号值达到定量设定值时，装料控制装置停止，稍作滞后停顿，进行自动包装动作，然后压力复位，完成一次化肥的自动定量包装过程。基于该系统的PCL控制，要使用到电磁阀、气缸、力传感器等装置，根据现场的信号检测，可采取力传感器模拟量4路、启动按钮开关量4路以及驱动电磁阀开关量8路，因此PLC的配置为模拟量输入收4点，数字量输入4点，数字量输出8点，以此基本控制完成化肥自动装袋定量包装功能。

定量化肥的输入采样阶段，PCL以事先扫描的形式，按顺序将所有重量信号读入到寄存输入状态的输入映像等寄存器中存储，这一过程称为采样，这个采样结果的内容不会改变，以作为定量的依据。到程序的执行阶段，PCL按顺序对程序进行扫描，每条指令都是对定量和包装的处理，及从输入映像寄存器和输出映像寄存器中获得所需的数据进行运算、处理，再将程序执行的结果写入寄存执行结果的输出映像寄存器中保存，但这个结果在整个程序为执行完毕之前不会送到输出端口上。最后是刷出刷新阶段，在定量和包装执行完成后，PCL将映像寄存器中的内容送到寄存输出状态的锁存器重，再以此的驱动控制系统，进行执行任务。

PCL重复性的执行以上阶段，没重复一次的时间为定量封装周期，在一个共组周期内，PCL输入和输出刷新时间为4ms左右，但是工作周期因程序执行时间和长度不同时间不同，一般在40ms~100ms之内，具体的判别过程可用表1表示。

表1 PCL控制系统化肥定量包装过程

6 结语

化肥的自动定量和包装的PCL控制系统，是将计算机应用于定量包装系统中，使其成为该系统的核心，既能获取称重信息，又能实现对称重信息的执行操作，稳定性好，称量速度快、精度高，可连续自动称重，也实现了称重数据的存储，该PCL控制系统还实现可视化，监视现场，捕获定量包装过程，实现客户和企业的利益双赢。该化肥的自动定量包装系统可见是有效的一种控制途径，因此，尽快地改变现有的定量装置和包装系统，对我国化肥企业实现自动化，提高生产的效率具有长远的意义。

参考文献

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来源：化学工程与装备-官方网站-创刊于1972    2022年第3期  在线投稿  >>