plc控制系统论文：PLC在饮料包装自动化控制中的应用及前景

摘要：PLC具有多种功能以及很高的可靠性，这使得它在工厂中倍受欢迎。在工业控制中得到了广泛使用，成为现代工业自动化的支柱。本文从可编程控制器的产生和发展过程，分析了可编程控制器PLC发展和应用领域，结合本人在实际工作中所了解到的信息，特别介绍了在包装工业自动化中的应用方面，对PLC应用中的问题进行了分析，系统体现了PLC的先进性、稳定可靠性、安全性、可扩展型、可维护性、可操作性的优点，并分析了国内外工业生产发展的趋势。

关键词：发展趋势PLC基本概念包装工业自动化控制

0引言

可编程控制器(PLC)是一种数字运算与操作的控制装置。它是作为传统继电器的替代产品而发展起来的。由于它采用软件来改变控制过程，并有体积小、组装灵活、编程简单、抗干扰能力强及可靠性高等特点，已被广泛应用于机械制造、电力、造纸、化工、冶金、矿业、轻工等各个领域。

1PLC在工业自动化领域应用现状与发展分析

新型PLC的发展前景广阔，主要表现在：向高速度、大容量方向；品种多样化；编程语言高级化、多样化；智能模块更加丰富。自20世纪60年代中期以来PLC产品在电力、冶金、化工等行业发挥了重大作用，尤其近20年来计算机和信息技术的飞速发展，不断成倍扩大的功能和成倍降低的价格，使PLC、通讯联网技术、过程控制软件都获得了长足进步，随着PLC技术的进步，它的应用领域不断扩大。如今，PLC不仅用于开关量控制，还用于模拟量及数字量的控制，可采集与存储数据，还可对控制系统进行监控；还可联网、通讯，实现大范围、跨地域的控制与管理。PLC的发展趋势和前景：增强小型PLC 的功能；通信功能技术不断发展；PLC的软件化与PC化个人。未来PLC将朝着多功能化、集成化、智能化、标准化、开放化的方向发展。

2PLC的基本概念

可编程控制器称作可编程逻辑控制器，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。PLC的基本结构：中央处理单元(CPU)；存储器；电源。PLC的应用范围：控制开关量；控制模拟量；数字量控制；数据采集；完成电动机变频调速的控制；进行监控；联网、通讯。

3基于三菱FX2NPLC的自动灌装生产线自动传输系统介绍

3.1PLC工业自动化应用该厂现有生产线采用三菱FX系列PLC作为设备的自动控制系统。制作绿茶的过程：瓶装绿茶的制作分为绿茶制作和饮料瓶制作两部分，这两部分是在不同流水线进行的；制作绿茶首先是融糖和萃茶，然后将半成品茶进行高温消毒，之后将茶水灌装在饮料瓶中；设备有：溶糖和萃茶用到的高速溶解机，搅拌机；高温消毒用到的UHT高温消毒机。同时进行饮料瓶的制造，饮料瓶的原料是PET树脂，经过粉碎，融化，铸胚，吹瓶等步骤制造而成。制成的饮料瓶经过消毒，送入灌装间，经过灌装，旋盖等工序。此时由于绿茶的温度还很高（大约86-89摄氏度），所以还要进入冷瓶机进行冷却，采用蒸汽冷却，冷却过后的绿茶再经过套标机套上商标。在生产厂区主要设备工作电压都是380V。变压过程如下：通过开闭锁送入的电压是10KV，进入高压配电柜，配电柜将电力输送给变压器，经过变压器把10KV的电压变成400V，再送往各负载。

厂用变频器和三菱FX-2nPLC介绍该厂的灌装车间灌装机所用的PCL是三菱公司的FX-2N PLC，变频器为配套的三菱变频器。

三菱FX2N系列是小型化、高速度、高性能的PLC产品，包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块。控制点数为16至256点(主单元：16/32/48/64/80/128点)：系统配置既固定又灵活，可以在基本单元上连接单元或扩展，可进行16～256点的灵活输入出组合。在基本单元，扩展单元上可分别连接扩展模块还可连接FXon系列扩展模块除了具有满足特殊要求的大量特殊功能模块外，6个基本Fx2n，单元中的每一个单元可扩充到256个I/O；能进行高速运算；基本指令为：0.08us；应用指令为1.52至几百us；包括8K步内置RAM寄存器；3072点辅助继电器、256点计时器、235点计数器和8000点数据寄存器；使用标准型号实时时钟；增加了过程控制；完全充足的网络模块使数据通信更容易；使用32位处理、浮点数、方根和三角几何指令等数学功能。

三菱FX2N系列PLC的特点是：①高可靠性：平均无故障运行时间为50000h；②适应性强：可在各种恶劣的工业环境中正常运行；

③多样化的软件资源；④简单的编程方法。

3.2使用变频器控制的自动传送系统该厂使用的是三菱变频器，变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。

变频器外部端子调速可分为模拟量调速和多段速调速。模拟量调速可用电压DC0~10V或电流DC4~20mA，进行无级调速。该厂用0~10V模拟电压作为给定量，进行开环调速；多段速采用外部输入端子进行三段速调速。三段速分别设置为15Hz﹑30Hz﹑45Hz。在模拟量调速时，通过调整W1﹑W2的分压比设置KA1闭合时变频器高速运行，KA2闭合时为低速运行，当KA1﹑KA2都断开时，变频器为最高速。通过编程，PLC根据操作台发出的信号，选择控制方式：模拟量调速或多段速调速。变频器的多段速调速比模拟量调速有较高优先级。

根据工艺要求，灌装机前面的输送带分成若干段。各带上均有光电传感器探测瓶流速度。PLC根据瓶流调整各段输送带的速度。

变频器的调速方式为两种：①来自灌装机主机变频器的模拟信号DC0-10V，经过隔离器转换为线性DC0~10V，再经过电位器分压作为变频器的给定信号，以控制电机，这样可以做到输送带与灌装机的速度很好匹配。②采用多段速控制端子，通过PLC编程，由PLC 发出控制信号以控制速度。PLC根据灌装机操作台发出的信号来判断使用那种速度控制方式，又根据瓶流情况选择高低速。在模拟信号控制时是通过辅助继电器的组合，经分压控制变频器输出速度。在多段速时通过PLC的输出分别调节各个变频器的输出频率以达到多段输送带的速度匹配及与灌装机的速度匹配。在模拟控制方式调整中，电位器分压比的调整是个关键。在两种速度控制方式下，分别调整各变频器的多段速度频率及电位器的分压比，做到了输送带速度与灌装机速度很好的匹配，运行稳定可靠。

3.3PLC技术在自动传输系统中的应用自动传送系统可以自动传送工件由上一道到下一道工序。由于生产使用的瓶子和瓶坯数量多，所以采用专用传输装置，既安全可靠、方便快捷，又降低了工人的劳动强度，从而大大提高了生产效率。

该系统由PLC(三菱FX2N一64MR)、伺服电机驱动器(松下MSDA203A1A)、伺服电机(松下MSMA202A1)、减速系统、皮带传送机构以及机架等系统组成。

工作过程：在实际工作时，传送带上固定了托盘以托放工件。托盘一侧安装导轨，一侧安装两个橡胶轮滚动。整个自动传送装置工作过程简述如下：当从左侧放入工件时，光电开关发生信号，传送带启动，并加速向右侧前进传送工件。当遇到接近减速开关时，传送带将进行第一级减速。遇到光电开关时，工件已送到位，传送带安全停车。当工件从右侧取出时，工件将从光电开关上经过，光电开关同时发生信号，传送带启动加速退回。经过光电开关时，将进行第二级减速。遇到光电开关时，安全停车。如此反复运行。当工件较小时，可以一次性传送两件，这时，应把双件／单件按钮旋至双件位置。

在本系统中，所需的输入开关量为29点，开关量输出为11点。考虑到经济性和系统维修的方便性，选择整体式PLC。由于本系统的控制是顺序控制，故选用日本三菱公司生产的FX1N一64MR型PLC来控制较为合理方便，它有32点输入，32点输出。

由于传送带在实际工作时，其传输速度特别高，电机转速达到3 000r/min，所以必须考虑到生产设备及操作人员的安全。首先，在机械方面，采取了一系列的措施，在传送带两侧设立了防护带，以防操作人员误入。同时，在机架左右两侧，均安装了弹簧减震器。其次，除在控制厢上设立急停按钮外，还在机架的4个角安装了急停按钮，以便发生误操作时紧急停车，在编写软件时，通过梯形网程序对设备参数进行判断，使其产生相应的急停指令。另外，为安全起见，接好线后，要对伺服电机进行试运转，即电机的JOG功能(只有电机和驱动器在运转)。如果电机在JOG下能正常运转，这就意味着电机和驱动器状态良好，且它们之间的接线也是良好的。

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PLC在饮料包装自动化控制中的应用及前景

汪涛（新疆海纳消防设施检测有限责任公司）

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