基于PLC的全自动智能茶叶包装机控制系统的制作方法

本实用新型涉及PLC全自动智能控制技术领域，特别涉及一种基于PLC的全自动智能茶叶包装机控制系统。

背景技术：

目前，国内的全自动茶叶包装机大多数采用的是由专用称重控制器、温度控制仪表、PLC或工控板等组装而成。这种由标准模块拼装的设计包装机组装设备多、执行元件较多、集成度不高且成本较高,难以满足市场需求。近年来，可编程逻辑控制器(PLC)作为传统继电器控制装置的替代产品已广泛应用于多个领域，它可快速改变控制过程，而且具有体积小，组装灵活，成本低，编程简单,抗干扰能力强及可靠性高等特点。特别是，茶叶包装控制过程涉及到对温度和重量的控制，若要准确控制所需温度和重量，需要实现PID控制，而PLC是实现PID控制功能的通用方式。因此，提供一种基于PLC的全自动智能茶叶包装机控制系统是非常有必要的。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于PLC的全自动智能茶叶包装机控制系统，基于PLC架构集成了称重闭环控制、温度PID控制、通用的信号输入输出及高速脉冲输出等；通过RS-232与触摸屏进行通讯实现人机交互；该系统完成从茶叶振动送料、自动称重、内膜和外袋自动捉取封装、内膜和外袋的封口温度控制，自动抽真空和整形，各机构之间的相互配合控制以实现茶叶自动包装的全过程。因此，通过搭建PLC可编程控制器为核心的平台，组成一个专用计算机应用系统，可以满足茶叶称重检测、温度控制、包内膜及外袋、抽真空、封袋口等功能要求。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于PLC的全自动智能茶叶包装机控制系统，其特征在于，包括：可编程逻辑控制器、光电传感器、称重传感器、温度传感器、检测模块、振动盘控制模块、固态继电器输出模块、步进电机驱动模块、电磁阀驱动模块、人机界面和供电模块；所述可编程逻辑控制器与所述光电传感器相连用于接收振动盘中是否有茶叶的信号；所述可编程逻辑控制器与所述称重传感器相连用于接收检测到的从振动盘中掉入料斗中的茶叶重量；所述可编程逻辑控制器与所述温度传感器相连用于接收检测到的加热块的温度；所述可编程逻辑控制器与所述检测模块相连用于判断开机时步进电机是否在归零、判断内膜是否被张开夹起及判断外袋是否被吸取；所述可编程逻辑控制器与所述振动盘控制模块相连用于控制振动盘给料；所述可编程逻辑控制器与所述固态继电器输出模块相连用于控制固态继电器以不同的输出占空比给加热块加热；所述可编程逻辑控制器与所述步进电机驱动模块相连用于发出的脉冲信号驱动步进电机转动，完成茶叶的送料、包内膜、装外袋和封袋口功能；所述可编程逻辑控制器与所述电磁阀驱动模块相连用于控制电磁阀线圈的得电或失电来控制气缸移动的方向从而实现茶叶夹内膜和吸取外袋动作；所述可编程逻辑控制器与所述人机界面相连用于对茶叶重量的设定、加热快温度的设置、封口时间设定、抽真空时间设定、电机坐标位置参数设定；所述供电模块与所述可编程逻辑控制器相连用于为所述可编程逻辑控制器提供直流电源。

优选的，所述茶叶包装机控制系统还包括：USB接口；所述可编程逻辑控制器与所述USB接口相连用于识别U盘信号，并下载U盘中的内容。

优选的，所述茶叶包装机控制系统还包括：扩展模块；所述可编程逻辑控制器与所述扩展模块相连用于扩展所述可编程逻辑控制器I/O接口。

优选的，所述称重传感器包括两个。

优选的，两个所述称重传感器通过轮流交替称重，两个所述称重传感器的灵敏度、输入输出阻抗和满量程都一致。

优选的，所述温度传感器包括两个；一个用于测量包内膜的温度，一个是用于测量包外袋的温度。

优选的，两个所述温度传感器的型号为PT100和/或K型热电偶。

优选的，所述供电模块为所述可编程逻辑控制器的CPU提供+3.3V直流电压。

优选的，所述温度传感器和所述可编程逻辑控制器之间连接有温度信号处理模块，用于将所述温度传感器输出的模拟量信号进行放大并转换成数字信号发送给所述可编程逻辑控制器；所述供电模块与所述温度信号处理模块相连用于为温度信号处理模块的运算放大器和A/D转换电路提供±12V直流电压。

优选的，所述称重传感器和所述可编程逻辑控制器之间连接有称重信号处理模块，用于将所述称重传感器输出的模拟量信号进行放大并转换成数字信号发送给所述可编程逻辑控制器；所述供电模块与所述称重信号处理模块相连用于为称重信号处理模块的运算放大器和A/D转换电路提供+5V直流电压。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：

(1)本实用新型系统可以在满足原有包装机功能的同时，用PLC来取代原有的包装机械，简化机械结构，降低其设备成本，使包装机在某种程度上实现全自动化，满足客户更多需求；

(2)本实用新型系统配套齐全、功能完善、体积小、维护方便、容易改造、梯形图编程语言易于客户工程技术人员接受；

(3)本实用新型系统用触摸屏替代传统的数码管显示，操作方便，控制柜上无需开孔，无需考虑布置布线；

(4)本实用新型系统支持在线下载、在线监控、触摸屏通讯、停电保持功能；

(5)本实用新型系统可连接市场上的所有触摸屏，采用特色工艺处理，具有防腐、防潮、防静电等作用。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的一种基于PLC的全自动智能茶叶包装机控制系统不局限于实施例。

附图说明

图1为本实用新型的全自动智能茶叶包装机控制系统的结构框图；

图2为本实用新型的全自动智能茶叶包装机控制系统的工艺流程。

具体实施方式

如图1所示，一种基于PLC的全自动智能茶叶包装机控制系统，包括：可编程逻辑控制器1、光电传感器2、称重传感器3、温度传感器4、检测模块5、振动盘控制模块6、固态继电器输出模块7、步进电机驱动模块8、电磁阀驱动模块9、人机界面10和供电模块11；所述可编程逻辑控制器1与所述光电传感器2相连用于接收振动盘中是否有茶叶的信号；所述可编程逻辑控制器1与所述称重传感器3相连用于接收检测到的从振动盘中掉入料斗中的茶叶重量；所述可编程逻辑控制器1与所述温度传感器4相连用于接收检测到的加热块的温度；所述可编程逻辑控制器1与所述检测模块5相连用于判断开机时步进电机是否归零、判断内膜是否被张开夹起及判断外袋是否被吸取；所述可编程逻辑控制器1与所述振动盘控制模块6相连用于控制振动盘给料；所述可编程逻辑控制器1与所述固态继电器输出模块7相连用于控制固态继电器以不同的输出占空比给加热块加热；所述可编程逻辑控制器1与所述步进电机驱动模块8相连用于发出的脉冲信号驱动步进电机转动，完成茶叶的包内膜、装外袋和封袋口等功能；所述可编程逻辑控制器1与所述电磁阀驱动模块9相连用于控制电磁阀线圈的得电或失电来控制气缸移动的方向从而实现茶叶夹内膜和吸取外袋动作；所述可编程逻辑控制器1与所述人机界面10相连用于对茶叶重量的设定、加热快温度的设置、封口时间设定、抽真空时间设定、电机坐标位置参数设定等；所述供电模块11与所述可编程逻辑控制器1相连用于为所述可编程逻辑控制器1提供直流电源。

进一步的，所述振动盘控制模块6包括振动盘。当所述光电传感器2检测到振动盘中没有茶叶时，给定可编程逻辑控制器1一个频率信号，可编程逻辑控制器1控制振动盘控制模块6动作。具体的，可编程逻辑控制器1控制前级给料到振动盘，振动盘中的电磁铁磁场变化，使料斗发生振动，料斗中的茶叶由于受到这种振动，沿着振动轨道，被送至出料口，从而实现振动给料。

进一步的，所述称重传感器3包括两个，两个所述称重传感器3通过轮流交替称重，两个所述称重传感器3的灵敏度、输入输出阻抗和满量程都一致。本实施例中采用两个自动称重设计，达到了节约时间，提高称重效率的目的。具体的，所述称重传感器3通过传感器其内部的平衡电桥电路原理测出茶叶的重量信号，经过差动放大器把传感器输出的微弱模拟量信号进行一定倍数的放大，经过A/D转换成数字信号，得出茶叶的重量数据输出到所示可编程逻辑控制器，再输出到人机界面显示。当所述可编程逻辑控制器1检测到的输出茶叶重量低于设定重量值时，其信号反馈到振动盘控制模块6，形成一个闭环控制系统。重量偏差大时，振动快，重量偏差小时，振动慢。

进一步的，所述温度传感器4包括两个，一个用于测量包内膜的加热块的温度，一个用于测量包外袋的加热块的温度，两个所述温度传感器4的型号为PT100和/或K型热电偶。所述固态继电器输出模块7包括固态继电器和加热块。具体的，所述可编程逻辑控制器1与所述固态继电器输出模块7的交互过程如下：加热块不断被固态继电器控制加热，被加热后的加热块来实现对内膜和外带的封口加热动作。欲使加热块维持一定的温度，则用加热固态继电器以不同的输出占空比控制加热块加热，使加热块温度保持恒定。通过PID控制不断调节加热固态继电器的加热时间从而实现对温度的闭环控制。当温度传感器4检测到温度时，其温度传感器4输出的模拟量温度值通过A/D转换为数字输出，可编程逻辑控制器1的CPU将检测的温度值与设定值比较，通过采集所得到的温度差，经PID算法得出控制量，再利用控制量去改变输出的PWM波的占空比。最后将PWM波送到固态继电器以控制加热时间。其温度测量准确度较高，测量范围为(±1+200)℃，精度误差小于1℃。本实施例中，固态继电器控制加热棒得电，加热棒给铁块加温，然后通过热压传给内膜和外袋，实现加热封口的动作。

所述检测模块5包括红外感应检测的设计，判断开机时步进电机是否回归零；包括检测是否张袋的设计，判断内膜是否被张开夹起；还设有气压检测，判断外袋是否被吸取；检测完成后将结果返回给可编程逻辑控制器1执行相应的控制。

进一步的，所述步进电机驱动模块8包括步进电机。所述可编程逻辑控制器1通过脉冲输出端和方向控制端来控制步进电机驱动。具体的，脉冲输出端连接步进电机驱动器的PUL端，方向控制端连接DIR端。通过可编程逻辑控制器1发出的脉冲信号驱动步进电机转动，步进电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比，通过控制脉冲信号的频率来控制电机转动的速度，从而达到调速的目的。控制脉冲信号的数量，可以对步进电机实现精确定位。持续给定脉冲信号，步进电机持续运转，完成茶叶的包内膜、装外袋、封袋口等功能。

进一步的，所述电磁阀驱动模块9包括电磁阀。所述可编程逻辑控制器1通过输出端控制电磁阀。具体的，本实施例中采用的是晶体管输出PLC驱动气动电磁阀，可编程逻辑控制器1通过光耦合使晶体管通断，来控制外部直流电磁阀线圈的得电或失电，当线圈得电时吸动铁芯，铁芯的上下移动控制气缸的方向。当线圈失电时，铁芯移回初始位置，压缩空气又由初始方向进入气缸。通过线圈的不断得电与失电，来完成茶叶夹内膜、吸取外袋等动作。

进一步的，所述温度传感器4和所述可编程逻辑控制器1之间连接有温度信号处理模块15，用于将所述温度传感器输出的模拟量信号进行放大并转换成数字信号发送给所述可编程逻辑控制器。

进一步的，所述称重传感器3和所述可编程逻辑控制器1之间连接有称重信号处理模块14，用于将所述称重传感器输出的模拟量信号进行放大并转换成数字信号发送给所述可编程逻辑控制器。

进一步的，所述供电模块11包括外部24V直流电源。具体的，外部输入24V直流电压信号，通过DC/DC变换为±12V、+5V和+3.3V直流电压信号，分别向温度信号处理模块15的A/D放大电路、称重信号处理模块14的运算放大器和A/D转换电路及可编程逻辑控制器1的CPU供电。为了得到稳定可靠的±12V、+5V和+3.3V直流电压，在DC/DC电路中，分别选用高可靠的DC/DC模块实现低压直流输出。

进一步的，所述茶叶包装机控制系统还包括：USB接口12；所述可编程逻辑控制器1与所述USB接口12相连用于识别U盘信号，并下载U盘中PLC程序。

进一步的，所述茶叶包装机控制系统还包括：扩展模块13；所述可编程逻辑控制器1与所述扩展模块13相连用于扩展所述可编程逻辑控制器1的I/O接口。

进一步的，所述可编程逻辑控制器1通过RS-232与所述人机界面10进行串口通讯。RS-232为全双工工作模式，其波特率默认为38400，可根据需要更改，实现数据信息的交换。

如图2所示为本实用新型的全自动智能茶叶包装机控制系统的工艺流程，本实施例中，采用可编程逻辑控制器1为核心，自动完成振动给料、称重、包内膜、装外袋、抽真空和封袋口等工序，实现了包装的全自动化，大幅度降低了成本。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。