基于多控制器的包装生产线控制系统设计2

2.2 软件设计

控制软件基于模块化思想，面向对象进行设计，包装生产线控制流程见图 2。包装生产线具有 2 种工作模式，即自动模式和手动模式。自动模式下，首先打料仓阀门并下料；通过称量装置进行称量，利用称量传感器检测质量是否达标并准备下料。同时，喷墨、封合装置预热，并检测封合温度是否达标、喷码是否充足。放卷装置将包装材料送至封合、切分装置处，检测放卷是否到位。如果到位，则进行边封、底封、喷码、切分等一系列操作。然后，进行取袋、送料、挑袋等操作。此时，下料已准备好，打开下料阀门并下料。经整理后，依次进行封口、计数等工序，直到包装完成。为了保证包装规格可调，均可在线调整封合间距、封合温度、吸盘间距、电机速度、包装质量、包装数量。另外，在封合切分装置、喷墨打码装置、放袋装置、下料装置等工位处设有报警器，当出现切刀不到位、缺墨、缺袋、缺料时会报警提示。在传送带处装有光电计数器，以便于统计。

3 生产线系统平衡分析

生产线各工序之间的效率损失、半成品过度饱和容易降低生产效率，为实现设备利用率最大化的目标，文中基于遗传算法讨论生产线系统的平衡问题。可定义生产线中自动完成包装动作的包装设备为工作站，其数目用 N 表示，第 k 个工作站的作业时间为tk；加工相邻 2 个产品的时间间隔为生产节拍，用 t表示；最小作业单元，如喷墨、切分、封口等为作业元素。定义 2 个评价指标——各工作站之间工作过程的平衡程度，即生产平衡率，可用 P 表示：

结合全自动袋式包装生产线的特点，针对平衡问题，设计了如下遗传算法。

1）分析袋式包装生产线的系统平衡问题，根据各作业元素之间的优先关系，计算约束矩阵，为实现设备利用率最大化目标，确定个体适应度函数。

2）选择染色体的编码和解码形式，在约束矩阵的制约下，基于随机法实现某群体（大小为 M）的初始化。

3）以第 n 代种群为基础，利用交叉、变异概率随机选取部分染色体进行交叉、变异操作，进而生成新个体。

4）计算第 n 代种群、新个体的适应度，根据其小排序，选取前 M 个作为第 n+1 代种群。

5）重复步骤 3）和 4），直至得到最大迭代次数，并输出结果，计算生产平衡率和平滑系数，如此即可实现生产线的平衡优化，算法流程见图 3。

4 试验验证

经过多次改进和调试，试制试验样机。首先，通过生产线系统平衡分析，确定各工序的加工参数参考范围；然后，确定系统包装参数，主要包装参数设定如下：包装袋长 90 cm，包装带宽 30 cm，称量定量50 kg，封合温度 120℃，吸盘间距 10 cm，包装总数12 345 袋。主操作界面和自动运行界面分别见图 4—5，图 6 中 1—8 号为生产线上的速度监测点。试验过程稳定、精确且包装速度较快，仅有 3 袋未完成包装，成功率为 99.9%。经分析，失败原因在于：其中 2 袋放卷不到位，导致横封、纵封不理想，直接进去废料箱；其中 1 袋则是整理后不平整，无法完成封口，需要进行二次封口。试验结果表明，所述包装生产线控

制系统能够满足全自动化生产的需求。