饮料罐装生产流水线的PLC控制

饮料灌装生产流水线的PLC控制

摘要

文章探讨了如何利用日本三菱PLC FX2N 进行饮料灌装生产流水线的控制，重点分析了系统软硬件设计部分，并给出了系统硬件接线图、PLC 控制I/O口分配表以及整体程序流程图等，实现了饮料灌装的自动化，提高了生产效率，降低了劳动强度。

关键词:PLC 饮料灌装生产线流水线系统硬件接线图

前言

以往的饮料罐装生产线的电气设备控制系统是传统的继电器控制方式,在使用的过程中，生产工效低，人机对话靠指示灯+按钮+讯响器的工作方式，响应慢，故障率高，可靠性差，系统的工作状态、故障处理、设备监控与维护只能凭经验被动的去查找故障点。且在生产过程中容易产生二次污染，造成合格率低，生产成本增加。而自动化生产线在众多领域应用得非常广泛，其控制部分常常采用PLC 控制，它使自动化生产线运行更加平稳，定位更加准确，功能更加完善，操作更加方便。为适应发展，故提出下面的PLC控制技术改造现有生产线。本文介绍了日本三菱FX2N PLC 在自动化饮料罐装生产线控制系统中的应用，并从硬件和软件两方面进行了分析和研究。

一、PLC概况

1、PLC基本概念

可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。

2、PLC发展历史

起源：1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器PDP—14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。

1969年，美国研制出世界第一台PDP-14

1971年，日本研制出第一台DCS-8

1973年，德国研制出第一台PLC

1974年，中国研制出第一台PLC

发展：20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller （PLC）。

3、PLC技术发展动向

(1)产品规模向大、小两个方向发展大：I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。小：由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。

(2)PLC在闭环过程控制中应用日益广泛

(3)不断加强通讯功能

(4).新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。

(5)编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统

(6)发展容错技术采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。

(7)追求软硬件的标准化。

二、系统概况

饮料灌装生产流水线是指按一定控制要求将有关驱动电机、电气控制装置、检测装置等组合为一体的多功能自动控制装置。该罐装生产线为人工/自动操作的工作程序，由2只电磁阀控制托瓶架的升降，2只电磁阀控制压盖的行程。驱动部分有：清水泵、无菌泵、清洗输送、灌装输送、灌装泵。

本文重点对灌装过程进行分析,通过PLC实现其执行步骤的控制,同时用变频器对电机平滑调速。系统通过电机驱动传输带，传输带将空瓶送到灌装设备下，灌装设备通过光电传感器检测到空瓶时，电机停止，开始灌装，灌满后电机自动启动，直到检测到下一个空瓶才停止;系统具有空瓶和满瓶检测传感器，通过其检测空瓶和满瓶。

现场设备模拟图如图1所示, 系统框图如图2所示。

图1 现场设备模拟图

图2 系统组成框图

三、饮料灌装生产线流水线控制要求

1、手动工作状态

（1）按手动启动按钮，传送带开始启动把洗过的空瓶送到灌装机的灌装口开始罐装，灌满后自动停止。

（2）按停止按钮，传送带停止。

2、自动工作状态

（1）系统通过开关设定为自动操作模式，一旦启动，则传送带的驱动电机启动并一直保持到停止开关动作或灌装设备下的传感器检测到一个瓶子时停止；瓶子装满饮料后，传送带驱动电机必须自动启动，并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作。

（2）当瓶子定位在灌装设备下时，停顿1s ，灌装设备开始工作，灌装过程为5s 钟，灌装过程应有报警显示，5s 后停止并不再显示报警；报警方式为红灯以0.5s 间隔闪烁。

（3）用两个传感器分别检测空瓶数和满瓶数，用计数器记录空瓶数和满瓶数，一旦系统启动，即开始记录空瓶数和满瓶数。

（4）若每24 瓶为一箱，记录产品箱数。

（5）每隔8 小时将空瓶及满瓶计数器的当前值转存至其他寄存器，然后对计数器自动清零，重新开始计数。

（6）具有复位按钮，按下复位按钮寄存器和计数器全部清零

在工作过程中，有自动和手动两种工作方式选择，操作方便。在多数情况下选择自动工作方式，在维修和特别处理情况下选择手动工作方式。

四、硬件设计

1、PLC选型

三菱FX2N系列PLC是PLC FX家族中最先进的系列。它最大范围的包容了标准特点、程序执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，可以为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。

该系统选择该型号的最为适宜，不仅能够快速完成当前功能，还可以进行扩展，适合各个厂家的使用，控制灵活，功能齐全。

PLC 为此系统的控制核心，此系统的输入信号有两部分，一部分是启动、停止等面板控制按钮，另一部分是多种行程开关，这些面板按钮信号和传感器信号作为PLC 的输入变量，经过PLC 的输入接口输入到内部数据寄存器，然后在PLC 内部进行逻辑运算或数据处理后，以输出变量的形式送到输出接口，从而驱动电机来控制传输带的运行。