基于PLC的热封机数控设计

　摘要: 针对目前热封制袋的需求，结合PLC的数控设计，重点分析了基于内部辅助继电器状态标识法的热封机数控设计，给出了一套以微处理器为中心，在不同环境下，制定出合理的热封温度、压力和时间的上下限的数据采集程序。最后，投入实验并且运行情况良好，在使用过程中大大提高了热封的工作效率和强度。

　　引言

　　热封制袋普遍应用在产品包装、食品药品包装等领域。因其快速不污染被包物且节省成本而得到快速发展。本文针对热封中出现的不足，采用松下Fp0-32 位可编程逻辑控制器的数控技术对热封机生产工序进行精确设计，在不同外界环境下，制定出合理的热封温度、压力和时间的上下限。最终开发出更高效、更合理的热封方法。

　　1.数控热封机平台的技术简介

　　1.1 热封技术简介

　　所谓热封，就是利用外界的各种条件（如电加热、高频电压及超声波等）使塑料薄膜封口部位受热变为粘流状态，并借助一定压力，使两层薄膜熔合为一体，冷却后保持一定强度和密封性能，保证商品在包装、运输、贮存和消费过程中能承受一定的外力，保证商品不开裂、泄漏、达到保护商品的目的。

　　1.1.1 影响热封的因素

　　（1）热封温度：其作用是使粘合膜层加热到一个比较理想的粘流状态。高聚物的粘流温度及分解温度是热封的下限和上限，这两个温度的差值大小是衡量材料热封难易的重要因素。

　　（2）热封压力：其作用是使已处于粘流状态的薄膜在封口界面间产生有效的高分子链段相互渗透、扩散现象，也使高分子间距离接近到可以产生分子间作用力的结果。热封压力过低，可能造成热封不牢；压力过高，可能使粘流态的部分有效链段被挤出，造成热封部位半切断状态，导致拉丝。

　　（3）热封时间：是指薄膜停留在封刀下的时间，热封时间决定了热封温度、压力以及设备的生产效率。

　　1.2PLC 技术简介

　　可编程控制器，简称PLC（Programmable logic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

　　1.2.1PLC 特点

　　PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

　　1.2.2PLC 的应用领域

　　目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类：开关量的逻辑控制、模拟量控制、运动控制 、过程控制、数据处理、通信及联网等。[1]

　　2.数控热封机平台的系统设计

　　该仪器外部主要有水密封性极好，耐压强度高的壳体组成，电控部分由两台电动机和一台带有刹车功能的电动机，一个温度传感器、稳压电源和具有数据采集/存储功能的单片机，其主程序控制流程图如下图1所示,PLC的I/O分配图如图2所示。

　　图1 主程序控制流程图

　　图 2PLC 的I/O 分配图

　　PLC 编程过程中所有可利用的元器件中无非包括这样三类设备：输入器件、输出器件以及一些内部器件，每一类器件每一位上的状态只有两种： 1 或 0。本系统中采用接近开

　　关控制热封机夹袋到位和松开到位，当接近开关xx=1 时，程序中对应的逻辑开关接通，代表热封机夹袋到位，反之或松开到位。通过定时器控制热封时间或热切时间，当定时器TX=1时，代表X 定时器计时启动，热封或热切开始，计时结束时TX=0。

　　3 数控热封机平台实现的技术

　　3.1 内部辅助继电器标识法

　　本系统采用状态编程的思想进行顺序控制的程序设计，借助于可编程控制器内部的辅助继电器作为“过渡性”元件来实现的状态标识，设计整个热封机的数控工序，这就是我们采用的内部辅助继电器标识法，同时我们采用松下GVWIN2.1 触摸屏开发软件，将内部辅助继电器的状态在屏幕进行显示，并可以进行合理修改，代替过去常常采用的二极管或三极管的硬件标识方法，使系统更加直观方便，提高了系统的健壮性。

　　在PLC 运行过程中，程序监视触点的通断，只取决于其内部辅助继电器线圈的状态，并不直接识别外部设备，每个辅助继电器不仅可以存储一个输入设备的状态，同时还标识了一个输出设备的状态，并将其状态显示在GVWIN2.1 触摸屏上，以精确跟踪程序的运行，并将各继电器的数据存储于指定的存储器中，为将来的维护提供最有利的数据。热封机的数控设计内部辅助继电器标识法的部分状态表如表1 所示。[3]

　　表 1 内部辅助继电器标识法的状态表

　　3.2 数据采集技术

　　在热封机的数控设计中，我们采用最常用的热压封合法。对于生产过程中较容易出现的问题，最多的原因是热封前对热封参数设置的不合理。针对热封工艺的三大因素：热封温度、压力、时间，其中主要的是温度，而热封温度又取决于热封的时间，对电阻丝加热时间的参数就相当重要，同时考虑到外界环境的不同，选取合理的电阻丝加热时间，并合理得根据电阻丝余热进行合理的调整，我们开发了以微处理器为中心的数据采集程序。

　　3.2.1 硬件设计我们采用温度传感器、稳压电源和具有数据采集/存储功能的89C51 单片机，系统由扩展一片程序存储器2764，74LS373 作锁存，一片数据存储器6264，A/D 转换，扩展I/O 口等组成。数据采集硬件结构图如图3 所示。

　　图3 数据采集硬件结构图

　　3.2.2 软件设计

　　我们开发的以微处理器为中心的数据采集程序，在不同的环境下，严格控制热封刀加热时间，以达到合理的热封效果。同时针对电阻丝连续工作的余热，以及将来数控系统的维修，监控等因素，我们采用松下GVWIN2.1 触摸屏开发软件，将数热封温度、压力、时间、内部辅助继电器状态在屏幕进行显示，并做适当修改。使系统更加直观方便。下面附上从温度传感器读出温度值的子程序。[4]

　　4．结语

　　本文提出了基于内部辅助继电器状态标识法的热封机数控设计，并开发出一套以微处理器为中心，在不同环境下，制定出合理的热封温度、压力和时间的上下限的数据采集程序，并将其状态显示在GVWIN2.1触摸屏上，做适当修改，具有可靠性高、适应性强、热封牢固等优点。目前该系统已投入实验并且运行情况良好，在使用过程中大大提高了热封的工作效率和强度，大大避免了热封中漏封、虚封、封漏、粘封刀、拉丝、封口破裂、热封强度差等情况。