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飲料灌裝生產(chǎn)流水線的PLC控制 摘要 文章探討了如何利用日本三菱PLC FX2N 進行飲料灌裝生產(chǎn)流水線的控制，重點分析了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計部分，并給出了系統(tǒng)硬件接線圖、PLC 控制I/O口分配表以及整體程序流程圖等，實現(xiàn)了飲料灌裝的自動化，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強度。 關(guān)鍵詞:PLC 飲料灌裝生產(chǎn)線流水線 系統(tǒng)硬件接線圖 目 錄 摘要1 前言2 一、PLC概況3 1、PLC基本概念3 2、PLC發(fā)展歷史3 3、PLC技術(shù)發(fā)展動向3 二、系統(tǒng)概況5 三、飲料灌裝生產(chǎn)線流水線控制要求7 1、手動工作狀態(tài)7 2、自動工作狀態(tài)7 四、硬件設(shè)計8 1、PLC選型8 2、I/O口分配9 3、外部接線圖10 4、相關(guān)寄存器說明11 5、變頻器參數(shù)12 五、軟件設(shè)計13 1、流程圖13 2、梯形圖14 3、調(diào)試過程17 結(jié)束語18 參考文獻19 　 前言 以往的飲料罐裝生產(chǎn)線的電氣設(shè)備控制系統(tǒng)是傳統(tǒng)的繼電器控制方式,在使用的過程中，生產(chǎn)工效低，人機對話靠指示燈+按鈕+訊響器的工作方式，響應(yīng)慢，故障率高，可靠性差，系統(tǒng)的工作狀態(tài)、故障處理、設(shè)備監(jiān)控與維護只能憑經(jīng)驗被動的去查找故障點。且在生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生二次污染，造成合格率低，生產(chǎn)成本增加。而自動化生產(chǎn)線在眾多領(lǐng)域應(yīng)用得非常廣泛，其控制部分常常采用PLC 控制，它使自動化生產(chǎn)線運行更加平穩(wěn)，定位更加準確，功能更加完善，操作更加方便。為適應(yīng)發(fā)展，故提出下面的PLC控制技術(shù)改造現(xiàn)有生產(chǎn)線。本文介紹了日本三菱FX2N PLC 在自動化飲料罐裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并從硬件和軟件兩方面進行了分析和研究。 一、 PLC概況 1、PLC基本概念 可編程控制器(Programmable Controller)是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。 2、PLC發(fā)展歷史 起源：1968年美國通用汽車公司提出取代繼電器控制裝置的要求。1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制出了第一臺可編程控制器 PDP—14 ，在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這是第一代可編程序控制器，稱Programmable，是世界上公認的第一臺PLC。 1969年，美國研制出世界第一臺PDP-14 1971年，日本研制出第一臺DCS-8 1973年，德國研制出第一臺PLC 1974年，中國研制出第一臺PLC 　　發(fā)展：20世紀70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。此時的PLC為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。 3、PLC技術(shù)發(fā)展動向 (1)產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個方向發(fā)展 大：I/O點數(shù)達14336點、32位為微處理器、多CPU并行工作、大容量存儲器、掃描速度高速化。 ?。河烧w結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，增加了配置的靈活性，降低了成本。 (2)PLC在閉環(huán)過程控制中應(yīng)用日益廣泛 (3)不斷加強通訊功能 (4).新器件和模塊不斷推出 高檔的PLC除了主要采用CPU以提高處理速度外，還有帶處理器的EPROM或RAM的智能I/O模塊、高速計數(shù)模塊、遠程I/O模塊等專用化模塊。 (5)編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語言趨向標準化 有各種簡單或復雜的編程器及編程軟件，采用梯形圖、功能圖、語句表等編程語言，亦有高檔的PLC指令系統(tǒng) (6)發(fā)展容錯技術(shù) 采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。 (7)追求軟硬件的標準化。 二、系統(tǒng)概況 飲料灌裝生產(chǎn)流水線是指按一定控制要求將有關(guān)驅(qū)動電機、電氣控制裝置、檢測裝置等組合為一體的多功能自動控制裝置。該罐裝生產(chǎn)線為人工/自動操作的工作程序，由2只電磁閥控制托瓶架的升降，2只電磁閥控制壓蓋的行程。驅(qū)動部分有：清水泵、無菌泵、清洗輸送、灌裝輸送、灌裝泵。 本文重點對灌裝過程進行分析,通過PLC實現(xiàn)其執(zhí)行步驟的控制,同時用變頻器對電機平滑調(diào)速。系統(tǒng)通過電機驅(qū)動傳輸帶，傳輸帶將空瓶送到灌裝設(shè)備下，灌裝設(shè)備通過光電傳感器檢測到空瓶時，電機停止，開始灌裝，灌滿后電機自動啟動，直到檢測到下一個空瓶才停止;系統(tǒng)具有空瓶和滿瓶檢測傳感器，通過其檢測空瓶和滿瓶。 現(xiàn)場設(shè)備模擬圖如圖1所示, 系統(tǒng)框圖如圖2所示。 圖1 現(xiàn)場設(shè)備模擬圖 圖2 系統(tǒng)組成框圖 三、飲料灌裝生產(chǎn)線流水線控制要求 1、手動工作狀態(tài) （1）按手動啟動按鈕，傳送帶開始啟動把洗過的空瓶送到灌裝機的灌裝口開始罐裝，灌滿后自動停止。 （2）按停止按鈕，傳送帶停止。 2、自動工作狀態(tài) （1）系統(tǒng)通過開關(guān)設(shè)定為自動操作模式，一旦啟動，則傳送帶的驅(qū)動電機啟動并一直保持到停止開關(guān)動作或灌裝設(shè)備下的傳感器檢測到一個瓶子時停止；瓶子裝滿飲料后，傳送帶驅(qū)動電機必須自動啟動，并保持到又檢測到一個瓶子或停止開關(guān)動作。 （2）當瓶子定位在灌裝設(shè)備下時，停頓 1s ，灌裝設(shè)備開始工作，灌裝過程為 5s 鐘，灌裝過程應(yīng)有報警顯示， 5s 后停止并不再顯示報警；報警方式為紅燈以 0.5s 間隔閃爍。 （3）用兩個傳感器分別檢測空瓶數(shù)和滿瓶數(shù)，用計數(shù)器記錄空瓶數(shù)和滿瓶數(shù)，一旦系統(tǒng)啟動，即開始記錄空瓶數(shù)和滿瓶數(shù)。 （4）若每 24 瓶為一箱，記錄產(chǎn)品箱數(shù)。 （5）每隔 8 小時將空瓶及滿瓶計數(shù)器的當前值轉(zhuǎn)存至其他寄存器，然后對計數(shù)器自動清零，重新開始計數(shù)。 （6）具有復位按鈕，按下復位按鈕寄存器和計數(shù)器全部清零 在工作過程中，有自動和手動兩種工作方式選擇，操作方便。在多數(shù)情況下選擇自動工作方式，在維修和特別處理情況下選擇手動工作方式。 四、硬件設(shè)計 1、PLC選型 三菱FX2N系列PLC是PLC FX家族中最先進的系列。它最大范圍的包容了標準特點、程序執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，可以為工廠自動化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。 該系統(tǒng)選擇該型號的最為適宜，不僅能夠快速完成當前功能，還可以進行擴展，適合各個廠家的使用，控制靈活，功能齊全。 PLC 為此系統(tǒng)的控制核心，此系統(tǒng)的輸入信號有兩部分，一部分是啟動、停止等面板控制按鈕，另一部分是多種行程開關(guān)，這些面板按鈕信號和傳感器信號作為PLC 的輸入變量，經(jīng)過PLC 的輸入接口輸入到內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器，然后在PLC 內(nèi)部進行邏輯運算或數(shù)據(jù)處理后，以輸出變量的形式送到輸出接口，從而驅(qū)動電機來控制傳輸帶的運行。 2、I/O口分配 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求給出I/O分配表，如表1所示。 表1 I/O分配表 X0 啟動按鈕 Y0 傳輸帶驅(qū)動電機 X1 手動啟動 Y1 RH X2 自動啟動 Y2 RL X3 減速傳感器 Y4 灌裝電磁閥 X4 灌裝準備傳感器 Y5 灌裝指示燈 X5 空瓶檢測傳感器 X6 滿瓶檢測傳感器 X7 停止按鈕 X10 復位按鈕 3、外部接線圖 根據(jù)控制要求及I/O分配表，畫出PLC硬件接線圖如圖3所示。 圖3 外部接線圖 4、相關(guān)寄存器說明 表2 相關(guān)寄存器功能表 TO 1S灌裝準備 C1 滿瓶計數(shù)器 T1 5S灌裝過程 C3 一箱計數(shù)器 T2 T3 0.5S脈沖 D0 箱數(shù)寄存器 T4 C2 8小時計時 D1 空瓶寄存器 C0 空瓶計數(shù)器 D2 滿瓶寄存器 5、變頻器參數(shù) 表3 變頻器參數(shù)表 參數(shù)號 設(shè)定值 功能 Pr.1 50 上限頻率 Pr.2 0 下限頻率 Pr.3 50 基底頻率 Pr.4 50 高速 Pr.6 20 低速 Pr.7 2 加速時間 Pr.8 3 減速時間 Pr.20 50 加、減速基準頻率 Pr.79 2 外部運行模式 五、軟件設(shè)計 飲料灌裝生產(chǎn)流水線的操作方式分為手動操作方式和自動操作方式。自動操作方式主要指連續(xù)操作方式。手動操作是指用按鈕對系統(tǒng)進行一個周期的執(zhí)行。連續(xù)操作是指從原點開始，按一下啟動按鈕，系統(tǒng)將自動地、連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。在工作中若按一下停止按鈕，系統(tǒng)將繼續(xù)完成一個周期的動作后，回到原點自動停止。具體要求如下: 1、流程圖 根據(jù)控制要求畫出程序流程圖，如圖4所示。 圖4 程序流程圖 2、梯形圖 根據(jù)系統(tǒng)控制要求設(shè)計PLC梯形圖如圖5所示。 圖5 梯形圖 3、調(diào)試過程 (1)手動:啟動按鈕X0按下后,按下手動按鈕X1，程序執(zhí)行一個周期即停止。 (2)自動:系統(tǒng)啟動按鈕X0按下后,按下自動按鈕X2,程序開始自動循環(huán)，直到按下停止按鈕才停止。 按下啟動按鈕X0，M0接通，M0的常開觸頭閉合自鎖，此時程序才能夠啟動，此時按下自動啟動按鈕X2，接通M0，MO常開觸頭閉合自鎖為循環(huán)做準備，同時Y0得電，Y0常開觸頭上升沿觸發(fā)置位Y1，電動機以頻率50HZ啟動，帶動傳輸帶啟動，當傳輸帶上的空瓶移動到空瓶檢測傳感器X5下時，空瓶檢測傳感器X5動作一次，空瓶計數(shù)器C0計數(shù)一次，當空瓶到達減速傳感器X3時，減速傳感器X3上升沿觸發(fā)復位Y1，同時置位Y2，電機以20HZ的速度運行，當空瓶移動到灌裝設(shè)備下時，傳感器X4接通，傳輸帶停止，T0延時1S后Y3開始放飲料，T2延時6S后關(guān)閉灌裝設(shè)備，并重新接通Y0電機，傳輸帶重新移動。在灌裝設(shè)備Y4啟動時，報警燈Y5也接通并通過T2和T3構(gòu)成的0.5秒脈沖程序?qū)崿F(xiàn)閃爍，灌裝結(jié)束后停止閃爍。當裝滿的瓶子通過滿瓶檢測傳感器時X6接通一次，滿瓶計數(shù)器C1計數(shù)一次，當滿瓶檢測傳感器檢測到滿瓶達到24瓶時，C3常開觸點閉合，送入一個上升沿脈沖使寄存器D0加1表示一箱，C3并自行復位。程序一啟動即開始由定時器T4和計數(shù)器C2開始計時，8小時后通過C2的常開觸頭將空瓶計數(shù)器C0和滿瓶計數(shù)器C1里的數(shù)值分別加到寄存器D1和D2中，并將C0和C1里的值清零重新計數(shù)。 (3)停止：按下停止按鈕X7可以停止工作，按下復位按鈕X10可以復位寄存器里的值。 4、總結(jié)歸納 由于本人學習有限，考慮到的缺陷在下面敘述，在往后的工作學習中，會對此慢慢的完善，弄懂。 (1)I/O分配表 輸入 輸出 X11 上空瓶高度傳感器 Y5 報警燈 X12 下空瓶高度傳感器 X13 上灌裝時高度傳感器 X14 下灌裝時高度傳感器 X15 上滿瓶高度傳感器 X16 下滿瓶高度傳感器 (2)梯形圖 結(jié)束語 PLC 應(yīng)用于自動化灌裝生產(chǎn)線，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強度，為了適應(yīng)多種不同灌裝的工藝要求，還可編入多套工藝流程，系統(tǒng)的靈活性和通用性強，設(shè)計周期短。此控制系統(tǒng)經(jīng)過幾年的實際運行，具有可靠性高，易操作，易維護等優(yōu)點，已取得了很好的經(jīng)濟效益，有著廣泛的應(yīng)用前景。 此程序還可以通過組態(tài)軟件來實現(xiàn)其監(jiān)控，空瓶和滿瓶的顯示，使管理更加方便，能夠更加直觀的反映出現(xiàn)場設(shè)備的工作情況，還能對其進行遠程控制，提高了其工作效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。 參考文獻 1、孫平．可編程控制器原理及應(yīng)用[M]．高等教育出版社，2004，（8）． 2、廖常初．可編程控制應(yīng)用技術(shù)[M]．重慶大學出版社，2002，（3）． 3、李道霖．電氣控制與PLC 原理及應(yīng)用[M]．電子工業(yè)出版社，2006，（7） 4、曲非非. 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