基于PLC食用油灌装生产线的电气控制

基于PLC食用油灌装生产线的电气控制

摘要：在食用油灌装生产线上，利用两台可编程控制器（plc）进行控制，一台控制食用油的灌装，一台控制食用油产品的装箱，生产过程中的有关参数通过人机界面设置，使生产线完全实现自动化。试验证明，采用plc控制生产线灌装油的效率远高于半自动灌装生产线。

关键词：可编程控制器（plc）；伺服电机；人机界面；变频器

中图分类号：tp29 文献标识码：a 文章编号：0439-8114（2013）10-2423-04

对于食用油生产企业来讲，食用油灌装机是基本的生产灌装设备，食用油灌装机的使用情况不仅可以反映粮油企业的运营情况，而且预示着企业未来的发展状况。在食用油品牌竞争激烈的时代，拥有先进的高精度灌装设备是获得市场竞争的一种重要手段。

食用油灌装机是集机、电、气、光、磁于一体的机械电子设备。在设计时应着力于提高包装机械的自动化程度，按产品自动包装工艺要求组合成全自动包装系统进行生产，生产过程的检测与控制、故障的诊断与排除将实现全面自动化，实现高速、优质、低耗和安全生产。

1 系统的方案设计

从电气角度考虑，目前市场见到的大部分食用油灌装机械在自动化程度方面主要分为半自动灌装机和全自动灌装机。半自动灌装机一般都带有脚踏开关，流程为：定量→放桶→脚踏启动→油嘴下落

→灌装→油嘴回升→真空回吸→下放一组空桶。全自动灌装机流程为：人工定量→人工放瓶→自动感应瓶口位置油嘴下落→自动灌装→自动传送→人工放盖→自动压盖→自动喷码→传送到库房装箱。根据生产需要，为尽可能地满足灌装生产线全自动化、高精确性、低成本、高可靠性、维修简单等要求，研究采用全自动化的设计思路，用可编程控制器（plc）进行控制。

整个生产线的工艺流程为：注塑机注出空瓶→计数器计数→灌装机灌装→压盖机压盖→贴标机贴标→喷码机喷码→机械手装箱。

整个系统分为灌装和装箱两大部分，其系统结构分别见图1和图2。

各个工序的具体电气控制方法如下：①注塑。由注塑机注出来的空瓶经过人工筛选（一般很少有不良品）和一段时间冷却后进入下道工序。②计数。由计数器感应并计数，计数器和plc联机，而plc 和人机界面（触摸屏）联机并把计数器计的数在人机界面上显示出来。③灌装。在生产线上有1个前挡瓶阀和1个后挡瓶阀，在前挡瓶阀上方装有1个传感器，当前挡瓶阀感应到有4个空油瓶经过，稍作延时，前挡瓶阀自动挡瓶，此时后挡瓶阀也处于挡瓶状态，灌装头下降灌油，灌装机的油口由1个总油口和4个分油口组成，每个油口由一个电磁阀控制。为了使每瓶油的装油量准确无误，在每个分油口上装有一个流量计。电磁阀和流量计都和plc联机，流量计会根据流量给plc发脉冲来计算流量，当实际脉冲值快达到设定脉冲值时关闭总油阀，当达到设定脉冲值时关闭分油阀，灌装完毕。

④压盖。压盖机后下方装有传感器，当感应到有油瓶来到时压盖机在plc的控制下自动压盖，待完成后挡瓶阀自动开启，油瓶进入下道工序。⑤贴标。贴标机能自动感应所来油瓶，当油瓶通过，自动进行贴标。⑥喷码。喷码机能自动感应所来油瓶并完成喷码。⑦装箱。由气动机械手自动装夹和搬运。当机械手下的传感器感应有4个油瓶通过时由plc控制挡瓶阀挡瓶，再由机械手装夹和搬运，过程中的运动精度由伺服系统控制伺服电机来保证。当机械手提起后，挡瓶阀开启。另外，整个灌装过程用人机界面进行监控，保证生产的正常有序进行，在出现异常时会自动报警。

2 系统的硬件设计

考虑到生产线工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性，采用plc作为核心控制器，各控制对象都必须在plc的统一控制下协同工作[1]，plc采用深圳市汇川技术股份有限公司的h2u-1616mr型（16点输入、16点输出）和h1u-0806mt型（8点输入、6点输出），两台plc分别用于灌装和装箱的控制。汇川h2u系列plc具有小型化、高速度、高性能的特点，完全兼容日本三菱fx2n系列的plc，包括程序、软件、扩展模块等，甚至拥有一些其他plc没有的功能，比如加密功能，因此，具有很高的性价比，是国产plc中的高端产品。

人机界面是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是计算机系统的重要组成部分。目前市场上使用较多的触摸屏主要有西门子、台大、威能通、汇川，其中西门子的触摸屏以质量好著

称，而市场占有率最高的是威能通的触摸屏，因其较高的性价比是用户的首选，而考虑到兼容性，该系统所用的是性价比较高的汇川触摸屏it-6070[2]。各部分的接线图见图3、图4和图5。

该系统共采用4台电机，一台3 kw油泵电机，一台1.5 kw输送带轨道电机，两台伺服电机。伺服系统是使物体的位置、状态等输出被控量能够跟随输入信号（或给定值）的变化而自动控制的系统。伺服系统主要靠脉冲来定位，其定位精度高，可以达到0.001 mm。在伺服系统方面国内与国外有着很大的差距，因此很多厂家使用的都是国外品牌，比如德国的西门子，日本的松下、三菱，美国的ab 等，但使用较多的还是日本的伺服系统。该系统采用的是三菱的

mr-j2s-40a伺服控制器和三菱的hf-kp-43a伺服电机[3]。

变频器是应用变频技术与微电子技术通过改变电机工作的电源

频率来控制交流电动机的电力控制设备。考虑到兼容和性价比，本设计采用汇川的md280nt1.5gb变频器来控制轨道电机的运行[4]。挡瓶阀、升降阀、抽真空阀选用派克公司的d41vw001c1njwti6n 电磁阀，计数器选用正泰集团股份有限公司的njj5-j电子计数器，所有开关按钮选用正泰集团股份有限公司的产品，流量计选用江苏顺通建设集团有限公司的st-lde系列流量计，断路器选用正泰集团股份有限公司的dz27-60断路器。

3 系统的软件设计

灌装plc采用汇川的h2u-1616mr型，输入16点、输出16点。灌装plc的i/o输入和输出口分配分别见表1和表2。

灌装的主体程序使用的是步进梯形图指令，将被控设备的运行过程分解为若干个状态或工序，针对每一个状态进行逻辑编程，再根据信号条件进行状态间的切换。这种编程方法思路清晰，简化了逻辑设计，方便调试和维护。

步进梯形图指令可用梯形图表示，在步进梯形图中，将状态s看做一个控制的工序，从而将输入信号和输出控制按顺序编程。这种控制最大的特点是在工序进行时，只要将各道工序的顺序安排好，即可控制设备[5]。

装箱plc采用汇川的h1u-0806mt型，输入8点、输出6点。装箱plc的i/o口输入和输出分配分别见表3和表4。

输入继电器x代表plc外部元件，通过x端口来检测外部信号状态，0代表信号开路，1代表信号闭合。输出继电器与plc的物理输出端口一一对应。plc每次扫描完用户程序后，会将继电器y的状态传送到plc的硬件端口上，0表示输出端口开路，1表示输出端口闭合。辅助继电器m作中间变量，用于信号状态的传递，该变量与外部端口没有直接的联系，该变量可无限次使用。寄存器d用于存储数据，每个寄存器的宽度为16 bit[6，7]。

灌装plc的流程见图6，装箱plc的流程见图7。研究使用的是汇川的h2u-1616mr和h1u-0806mt型plc，编程软件是汇川的autoshop v1.0.7编程软件[8，9]。

4 结语

通过实践证明本系统提高了灌装机械的自动化程度，实现了机电