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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(jìn)行飲料灌裝生產(chǎn)流水線的控制，重點(diǎn)分析了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了飲料灌裝的自動(dòng)化，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)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(dòng)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(dòng)工作狀態(tài)7 2、自動(dòng)工作狀態(tài)7 四、硬件設(shè)計(jì)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(shuō)明11 5、變頻器參數(shù)12 五、軟件設(shè)計(jì)13 1、流程圖13 2、梯形圖14 3、調(diào)試過(guò)程17 結(jié)束語(yǔ)18 參考文獻(xiàn)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(guò)程中，生產(chǎn)工效低，人機(jī)對(duì)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(hù)只能憑經(jīng)驗(yàn)被動(dòng)的去查找故障點(diǎn)。且在生產(chǎn)過(guò)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(dòng)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(dòng)化生產(chǎn)線運(yùn)行更加平穩(wěn)，定位更加準(zhǔn)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(dòng)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(jìn)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(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)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(jiǎn)稱PLC，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)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(guò)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(jiǎn)稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC。 2、PLC發(fā)展歷史 起源：1968年美國(guó)通用汽車公司提出取代繼電器控制裝置的要求。1969 年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制出了第一臺(tái)可編程控制器 PDP—14 ，在美國(guó)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(rèn)的第一臺(tái)PLC。 1969年，美國(guó)研制出世界第一臺(tái)PDP-14 1971年，日本研制出第一臺(tái)DCS-8 1973年，德國(guó)研制出第一臺(tái)PLC 1974年，中國(guó)研制出第一臺(tái)PLC 　　發(fā)展：20世紀(jì)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(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來(lái)后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。 3、PLC技術(shù)發(fā)展動(dòng)向 (1)產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個(gè)方向發(fā)展 大：I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)、32位為微處理器、多CPU并行工作、大容量存儲(chǔ)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(guò)程控制中應(yīng)用日益廣泛 (3)不斷加強(qiáng)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(jì)數(shù)模塊、遠(yuǎn)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(yǔ)言趨向標(biāo)準(zhǔn)化 有各種簡(jiǎn)單或復(fù)雜的編程器及編程軟件，采用梯形圖、功能圖、語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言，亦有高檔的PLC指令系統(tǒng) (6)發(fā)展容錯(cuò)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(biāo)準(zhǔn)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(dòng)電機(jī)、電氣控制裝置、檢測(cè)裝置等組合為一體的多功能自動(dòng)控制裝置。該罐裝生產(chǎn)線為人工/自動(dòng)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(dòng)部分有：清水泵、無(wú)菌泵、清洗輸送、灌裝輸送、灌裝泵。 本文重點(diǎn)對(duì)灌裝過(guò)程進(jìn)行分析,通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)其執(zhí)行步驟的控制,同時(shí)用變頻器對(duì)電機(jī)平滑調(diào)速。系統(tǒng)通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳輸帶，傳輸帶將空瓶送到灌裝設(shè)備下，灌裝設(shè)備通過(guò)光電傳感器檢測(cè)到空瓶時(shí)，電機(jī)停止，開(kāi)始灌裝，灌滿后電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，直到檢測(cè)到下一個(gè)空瓶才停止;系統(tǒng)具有空瓶和滿瓶檢測(cè)傳感器，通過(guò)其檢測(cè)空瓶和滿瓶。 現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(dòng)工作狀態(tài) （1）按手動(dòng)啟動(dòng)按鈕，傳送帶開(kāi)始啟動(dòng)把洗過(guò)的空瓶送到灌裝機(jī)的灌裝口開(kāi)始罐裝，灌滿后自動(dòng)停止。 （2）按停止按鈕，傳送帶停止。 2、自動(dòng)工作狀態(tài) （1）系統(tǒng)通過(guò)開(kāi)關(guān)設(shè)定為自動(dòng)操作模式，一旦啟動(dòng)，則傳送帶的驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)并一直保持到停止開(kāi)關(guān)動(dòng)作或灌裝設(shè)備下的傳感器檢測(cè)到一個(gè)瓶子時(shí)停止；瓶子裝滿飲料后，傳送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須自動(dòng)啟動(dòng)，并保持到又檢測(cè)到一個(gè)瓶子或停止開(kāi)關(guān)動(dòng)作。 （2）當(dāng)瓶子定位在灌裝設(shè)備下時(shí)，停頓 1s ，灌裝設(shè)備開(kāi)始工作，灌裝過(guò)程為 5s 鐘，灌裝過(guò)程應(yīng)有報(bào)警顯示， 5s 后停止并不再顯示報(bào)警；報(bào)警方式為紅燈以 0.5s 間隔閃爍。 （3）用兩個(gè)傳感器分別檢測(cè)空瓶數(shù)和滿瓶數(shù)，用計(jì)數(shù)器記錄空瓶數(shù)和滿瓶數(shù)，一旦系統(tǒng)啟動(dòng)，即開(kāi)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(shí)將空瓶及滿瓶計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值轉(zhuǎn)存至其他寄存器，然后對(duì)計(jì)數(shù)器自動(dòng)清零，重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。 （6）具有復(fù)位按鈕，按下復(fù)位按鈕寄存器和計(jì)數(shù)器全部清零 在工作過(guò)程中，有自動(dòng)和手動(dòng)兩種工作方式選擇，操作方便。在多數(shù)情況下選擇自動(dòng)工作方式，在維修和特別處理情況下選擇手動(dòng)工作方式。 四、硬件設(shè)計(jì) 1、PLC選型 三菱FX2N系列PLC是PLC FX家族中最先進(jìn)的系列。它最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程序執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國(guó)不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，可以為工廠自動(dòng)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(hào)的最為適宜，不僅能夠快速完成當(dāng)前功能，還可以進(jìn)行擴(kuò)展，適合各個(gè)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(hào)有兩部分，一部分是啟動(dòng)、停止等面板控制按鈕，另一部分是多種行程開(kāi)關(guān)，這些面板按鈕信號(hào)和傳感器信號(hào)作為PLC 的輸入變量，經(jīng)過(guò)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(jìn)行邏輯運(yùn)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(dòng)電機(jī)來(lái)控制傳輸帶的運(yùn)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(dòng)按鈕 Y0 傳輸帶驅(qū)動(dòng)電機(jī) X1 手動(dòng)啟動(dòng) Y1 RH X2 自動(dòng)啟動(dòng) Y2 RL X3 減速傳感器 Y4 灌裝電磁閥 X4 灌裝準(zhǔn)備傳感器 Y5 灌裝指示燈 X5 空瓶檢測(cè)傳感器 X6 滿瓶檢測(cè)傳感器 X7 停止按鈕 X10 復(fù)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(shuō)明 表2 相關(guān)寄存器功能表 TO 1S灌裝準(zhǔn)備 C1 滿瓶計(jì)數(shù)器 T1 5S灌裝過(guò)程 C3 一箱計(jì)數(shù)器 T2 T3 0.5S脈沖 D0 箱數(shù)寄存器 T4 C2 8小時(shí)計(jì)時(shí) D1 空瓶寄存器 C0 空瓶計(jì)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(hào) 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(shí)間 Pr.8 3 減速時(shí)間 Pr.20 50 加、減速基準(zhǔn)頻率 Pr.79 2 外部運(yùn)行模式 五、軟件設(shè)計(jì) 飲料灌裝生產(chǎn)流水線的操作方式分為手動(dòng)操作方式和自動(dòng)操作方式。自動(dòng)操作方式主要指連續(xù)操作方式。手動(dòng)操作是指用按鈕對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)周期的執(zhí)行。連續(xù)操作是指從原點(diǎn)開(kāi)始，按一下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)將自動(dòng)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(gè)周期的動(dòng)作后，回到原點(diǎn)自動(dòng)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(jì)PLC梯形圖如圖5所示。 圖5 梯形圖 3、調(diào)試過(guò)程 (1)手動(dòng):啟動(dòng)按鈕X0按下后,按下手動(dòng)按鈕X1，程序執(zhí)行一個(gè)周期即停止。 (2)自動(dòng):系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕X0按下后,按下自動(dòng)按鈕X2,程序開(kāi)始自動(dòng)循環(huán)，直到按下停止按鈕才停止。 按下啟動(dòng)按鈕X0，M0接通，M0的常開(kāi)觸頭閉合自鎖，此時(shí)程序才能夠啟動(dòng)，此時(shí)按下自動(dòng)啟動(dòng)按鈕X2，接通M0，MO常開(kāi)觸頭閉合自鎖為循環(huán)做準(zhǔn)備，同時(shí)Y0得電，Y0常開(kāi)觸頭上升沿觸發(fā)置位Y1，電動(dòng)機(jī)以頻率50HZ啟動(dòng)，帶動(dòng)傳輸帶啟動(dòng)，當(dāng)傳輸帶上的空瓶移動(dòng)到空瓶檢測(cè)傳感器X5下時(shí)，空瓶檢測(cè)傳感器X5動(dòng)作一次，空瓶計(jì)數(shù)器C0計(jì)數(shù)一次，當(dāng)空瓶到達(dá)減速傳感器X3時(shí)，減速傳感器X3上升沿觸發(fā)復(fù)位Y1，同時(shí)置位Y2，電機(jī)以20HZ的速度運(yùn)行，當(dāng)空瓶移動(dòng)到灌裝設(shè)備下時(shí)，傳感器X4接通，傳輸帶停止，T0延時(shí)1S后Y3開(kāi)始放飲料，T2延時(shí)6S后關(guān)閉灌裝設(shè)備，并重新接通Y0電機(jī)，傳輸帶重新移動(dòng)。在灌裝設(shè)備Y4啟動(dòng)時(shí)，報(bào)警燈Y5也接通并通過(guò)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(dāng)裝滿的瓶子通過(guò)滿瓶檢測(cè)傳感器時(shí)X6接通一次，滿瓶計(jì)數(shù)器C1計(jì)數(shù)一次，當(dāng)滿瓶檢測(cè)傳感器檢測(cè)到滿瓶達(dá)到24瓶時(shí)，C3常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，送入一個(gè)上升沿脈沖使寄存器D0加1表示一箱，C3并自行復(fù)位。程序一啟動(dòng)即開(kāi)始由定時(shí)器T4和計(jì)數(shù)器C2開(kāi)始計(jì)時(shí)，8小時(shí)后通過(guò)C2的常開(kāi)觸頭將空瓶計(jì)數(shù)器C0和滿瓶計(jì)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(jì)數(shù)。 (3)停止：按下停止按鈕X7可以停止工作，按下復(fù)位按鈕X10可以復(fù)位寄存器里的值。 4、總結(jié)歸納 由于本人學(xué)習(xí)有限，考慮到的缺陷在下面敘述，在往后的工作學(xué)習(xí)中，會(huì)對(duì)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(bào)警燈 X12 下空瓶高度傳感器 X13 上灌裝時(shí)高度傳感器 X14 下灌裝時(shí)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(yǔ) PLC 應(yīng)用于自動(dòng)化灌裝生產(chǎn)線，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)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(qiáng)，設(shè)計(jì)周期短。此控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)幾年的實(shí)際運(yùn)行，具有可靠性高，易操作，易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，已取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，有著廣泛的應(yīng)用前景。 此程序還可以通過(guò)組態(tài)軟件來(lái)實(shí)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(chǎng)設(shè)備的工作情況，還能對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，提高了其工作效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。 參考文獻(xiàn) 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(xué)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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