基于PLC自动灌装线监控系统设计.pdf

工业 自 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 4 ． 0 5 ． 0 2 9 基于 P L C自动灌装线监控系统设计 林静 ，刘 美 1 ． 茂名职业技术学院 机电信息系， 广东茂名 5 2 5 0 0 0 ； 2 ． 广东石油化工学院 计算机与电子信息学院，广东茂名 5 2 5 0 0 0 摘要自动灌装线广泛适用于日化、食品、油脂等各行业，可灌装不同液体类 、不同容量产品。对P L C实现多功能自动灌装生 产线的控制系统进行了设计，设计是集P L C 、触摸屏 、 通信总线、传感器及变频等技术为一体的综合应用，能实时显示各槽工 件数；能设定传送带电机的工作频率；实时显示运行位置，快速准确的控制液位，使灌装线具有良好的可靠性和协调性，具有 操作简便、运行稳定与可靠等诸多特点，提高了灌装线的工作效率和产品的质量。 关键词 自动灌装线 ；P L C；变频器 ；触 摸屏 中图分类号 T P 2 7 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 99 4 9 2 2 0 1 4O 50 1 1 3一O 6 Th e De s i g n o f Au t o ma t i c F i l l i n g Li n e M o n i t o r i n g S y s t e m Ba s e d o n P LC L I N J i n g ，L I U Me i 1 ． Ma o mi n g Vo c a t i o n a l a n d T e c h n i c a l Co l l e g e ，Ma o mi n g 5 2 5 0 0 0，C h i n a ； 2 ． G u a n g d o n g U n i v e r s i t y o f P e t r o c h e m i c a l T e c h n o l o g y ，Ma o mi n g 5 2 5 0 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e a u t o ma t i c fil l i n g l i n e wa s wi d e l y u s e d i n ma n y i n d us t i a l p r o e d u c t i o n s u c h a s d a i l y c h e mi c a l ， f o o d a n d g r e a s e t o fi l l i n g a l l k i n d s o f l i q ui d a n d c a p a c i t y p r o d u c t s ．I n t h i s p a p e r a n a u t o ma t i c fil l i n g l i n e c o n t r o l s y s t e m wa s d e s i g n e d， whi c h i s a n i n t e r g r a t e a pp l i c a t i o n o f P LC， t o u c h s c r e e n， c o mmu n i c a t i o n b u s， s e n s o r s a n d v a r i a b l e f r e q u e n c y t e c h n o l o g y．Th e s y s t e m c a n d i s p l a y t h e wo r k s t a t u s i n r e al t i me，a n d e a s i l y t o b e s e t t i n g t h e o p e r a t i n g f r e q u e n c y o f mo t o r ，whi c h i mp r o v e d t h e s p e e d i n g a n d a c c u r a t e o f t h e fil l i n g p r o c e s s ．Th e fi l l i n g l i n e h a s a d v a n t a g e s s u c h a s e a s y t o b e o p e r a t t i n g，mo r e s t a b l e a n d r e l i abl e ，wh i c h i mp r o v e s t h e e f fic i e n c y o f t h e fil l i n g l i n e a n d t h e pr o d u c t q u a l i t y ． Ke y wor d s a u t o ma t i c fil l i ng l i n e； PL C； i n v e r t e r ； t o u c h s c r e e n 0引言 自动灌装线广泛适用于 日化、食品、油脂等 各行业 ，随着工业自动化水平 日益提高，灌装生 产线 的控制过程正朝着智能化和 自动化的方 向发 展。由于P L C 抗干扰能力强，可靠性高，编程简 单 ，性价比高等优点被广泛应用于各种工业控制 领域 。传统灌装生产线控制过程主要是继电器接 触控制 ，但电路接线复杂，可靠性低，随着控制 过程不断更新，将造成机器调整、使用以及维修带 来困难，增加设备成本而生产效率得不到提高 】。 本系统设计采用P L C实现多功能 自动灌装生 产线控制系统，结合触摸屏、通信总线、传感器 及变频等技术综合应用，能实现液压、气动灌装 设备 ，满足不同液体类、容量产品需求 ，能实时 显示各槽工件数；能设定传送带电机工作频率； 实时显示运行位置。这使灌装线具有 良好的可靠 性和协调性 ，具有操作简便、运行稳定与可靠等 特点 ，提高灌装线的工作效率和产品的质量 。 1自动灌装线监控系统总体设计 1 ． 1 设计需求 根据 2 0 1 2 2 0 1 3 年中 国 自动灌装生产线市场 发展研究报告，当今世界商品种类呈现高度繁荣 的状态，对灌装控制系统的要求也是越来越高， 而我国灌装技术起步较晚，近5 0 ％的产品达不到 发达国家2 0 世界9 O 年代的水平，先进的大型设备 基本依赖进 口。而灌装技术是人类生活必不可少 的一项技术，当今国内灌装技术主要问题存在于 设 计 时考虑 不充 分 ，没 有 留下 足够 的改造 的空 } 2 0 1 3 广东省高等学校高层次人才项目 文号 粤财教【 2 0 1 3 ] 2 4 6 号 1 5 2 收 稿 日 期 。 一 一 嘶 三 二 二 工 三 二 [ 二 二 一 自动化 间。一旦灌装瓶的体积或形状发生变化 ，便满足 不了生产需求。 1 ． 2自动灌装线设计方案 针对上述要求和存在的问题，根据实际生产 要求 ，对 自动灌装线 系统进行设计 ，运用 P L C为 处理核心编制相应 的程序 ，采用旋转编码器 、步 进电机定位控制，实现灌装系统自动定位，传送 带 自动传送 ，灌装 自动开启 ，计数器 自动计数等 一 系列功能 。通用变频器构成变频调速传动系 统 ，触摸屏 能实现数 据监 控 、报警 、模拟 画面 和组态等功能 ，在工业 现场生产方面 ，具有非常 好的实用性 。 系统 由送料 机构 、储 液罐 、灌装 阀 、抽 液 泵 、液位传感器 、推瓶装置 、传送带 、翻转机械 手、灌装系统以及配套的传感器、触摸屏、P L C 监控系统和气动回路等部分组成p 。自动灌装线简 图如图 1 所示 。 水平推杆 R S 4 8 5 通信 图2 自动灌装线硬件连接图 2 ． 2自动灌装线控制流程 自动灌装线除双容水箱液位控制外 ，均属于 顺序控制，采用三菱编程软件G X _ D e v e l o p e r 程序 类型中S F C 图编辑 ，方便快速地编辑顺序控制程 序 ，控制程序可根据控制要求不同简便改变。自 传送带电机 图1 自动灌装线简图 2自动灌装线具体设计 2 ． 1控制系统硬件的组成 由两个P L C 控制，三菱F X 一 2 N 4 8 M R P L C 作为 一 类主站，三菱F X 一 2 N 1 6 M R P L C 作为从站，并由 主站控制从站。三菱 G T 1 1 料一 Q C 触摸屏作为监 控的二类主站 ，实现对 系统运行监视和控制 ，各 模块通信连接如图2 所示。 动控制和手动控制的控制按钮均 设置在触摸屏中 ，在 自动和手动 运行界面触摸屏分别控制相应输 出寄存器。 2 ． 2 ． 1 主站功能说明 主 站 程 序 主 要 控 制 推 杆 、 送料 、传送带 、并控制从站翻 转 机 械 手 矫 正 姿 势 不 对 的 工 件 ，控 制 双容 水箱 自动 加水 灌 装 ，实现 全 面 P L C编 程 灌装 自 动 控制 系统 功 能 ，工作 流程 如 图3 所示 。 2 ． 2 ． 2 从站功能说明 从站主要控制翻转机械手矫 正姿势不对 的工件 ，实现主站给 出信号控制从站矫正工件并回馈 给主站 ，达到正确矫正功能 ，工 作流程如图4 所示。 2 ．2 _ 3 双容水箱水位控制 双容水箱液位使用单闭环控制 ，由供水水 泵 ，水泵驱动放大器 ，进水／ 回水水箱及压力检测 变送器等元件组成。 使用三菱P、P I 、P D 及 P I D 调节器对液位起控制作用。P I D参数在触摸屏 中 设置，参数如表4 所示。 羹 林静 等基于P L C自 动灌装线监控系统设计 图3 主站程序流程图 3 相 交流 电源 图4 从站程序流程图 图5 F R D 7 0 0系列变频器主电路通用接线 叠 2 ． 3变频器参数设置 选 用三菱 F R ～ D 7 0 0系 列的变频器 ，该 系列 变频 器 是一种小型 、高性 能变 频 器 。主 电路接 线 如 图 5 所示 。 F R D 7 0 0系列变频器 可设 置上千个参数 ，本设 计 只用到其中 1 4 个参数设 置则 可完成 自动灌装线设 计功 能要求 ，在 P r 7 9 l 面 板 模 式下 设 置相 关参 数 ， 设置完成将 P r 7 9 6为切换 模式，该模式可以在保持 运行状态的同时 ，进行 P U 运行 、外部运行 、网络运 行 的切换 。具体 的参数设 置如表 l 所示。 2 ． 4 主控界面设计 主控触摸 屏监控界 面 具 有 自动 运 行 、手 动 操 作 、参数设置、液位曲线 4 个用户界面。 2 ． 4 ． 1 自动运行界面功能 自动运行 界面功 能主 要有 工作模式选择 、自 动运行 操作 、回归原点操 作 、实时显示 黑瓶灌 装 数 、白瓶灌装数、缺陷瓶 数 、液位高度组成 。参数 设置如表 2 、3 及图6 所示 。 2 ． 4 ． 2 手动运行界面功能 手动操控 按钮主要 由 高速运行 、低速运行 、停 止 、推料杆 、送料杆 、翻 转 机械手升降 、翻转机械 正转、翻转机械反转 、翻 转机械夹紧、翻转机械放 松、水箱扰动阀，水箱加 水阀组成 ，参数设置如表 2 、3 及图7 所示。 交流2 2 0V 2 4 V 机 器 故 障 信 号 表 6从站 P L C I ／ O分配表 图1 0 主站P L C 接线图 P L C 输入端子 作用 P L C 输出端子 作用 x 1 反转上限位 Y 0 反转升降 x 2 反转下限位 Y 1 手指夹紧 x 3 反转左限位 Y 2 手指松开 x 4 反转右限位 Y 3 翻转机械手正转 Y 4 翻转机械手反转 反反 反 反 转转 转 转 交流 上下 左 右 2 2 0 V 2 4 V 限限 限 限 1 l 下 L N 占l2 4 叫 c o | x 0 l x x 2 I x 3 i 4 x x 6 lx 7 PLC f x 2 N． 1 6 MR。 0 0 1 Y 0 Y d Y Y Y 2 I Y 2 IY 3 Y 3 l Y 4 }y 5 5 Y 6 6 IY 7 ] [{] 牟 I 『 反 手 手手 反 手反 转 指 指正转 反转 升 夹 松转 机 转机 降 紧 开 械 械 图 l 1 从站P L C 接线图 工作可靠 ，故障率低 ，科技含量高 ，降低了生 产的成本 ，提高 自动灌装线工作效率 ，具有 良 好的应用前景。 参考文献 [ 1 ]王京琛． 基 于 P L C食 用 油灌装 生产线 的电 气控 制 [ J ]． 湖北农业科学，2 0 1 3 5 2 4 2 3 - 2 4 2 6 ． [ 2 ]吕景全．自动化生产线安装与调试 [ M]． 北京中国 铁道 出版社 。2 0 o 8 ． [ 3 ]邓松． 可编程控制器综合应用技术 [ M]． 北京机械 工 业 出版 社 。2 0 1 0 ． [ 4 ]庞德权． 可编程序控制系统设计师实训和考核设备指 导手册 [ z ]． 广东广东省 自动化与信息技术转移中 心 ． 2 0 1 0 ． 第一作者简介林静，女，1 9 8 2 年生 ，广东茂名人 ，大 学本科，讲师。研究领域 通信与电子技术。已发表论文 4 篇。 编辑 向飞 薹 凑 融 巍 | 囊 鬣I 馥 蕊 。 0 _ | l1 工件检 灏 传 感 器 送料 缸 后限 位 推 料 杆 前限 位 末端 检 测传 感 器 颜 色辨 别 材 质辨 别 姿 势 辨 别 急停 按 钮 复 位 按 钮 停 止按 钮 启 动 按 钮 编 码 器 c 相 编 码 器 B 榷 编 码 器 A相