基于PLC自動灌裝線監控系統設計*

林 靜，劉 美（.茂名職業技術學院機電信息系，廣東茂名 55000；.廣東石油化工學院計算機與電子信息學院，廣東茂名 55000）

基于PLC自動灌裝線監控系統設計*

林 靜1，劉 美2
（1.茂名職業技術學院機電信息系，廣東茂名 525000；2.廣東石油化工學院計算機與電子信息學院，廣東茂名 525000）

自動灌裝線廣泛適用于日化、食品、油脂等各行業，可灌裝不同液體類、不同容量產品。對PLC實現多功能自動灌裝生產線的控制系統進行了設計，設計是集PLC、觸摸屏、通信總線、傳感器及變頻等技術為一體的綜合應用，能實時顯示各槽工件數；能設定傳送帶電機的工作頻率；實時顯示運行位置，快速準確的控制液位，使灌裝線具有良好的可靠性和協調性，具有操作簡便、運行穩定與可靠等諸多特點，提高了灌裝線的工作效率和產品的質量。

自動灌裝線；PLC；變頻器；觸摸屏

0 引言

自動灌裝線廣泛適用于日化、食品、油脂等各行業，隨著工業自動化水平日益提高，灌裝生產線的控制過程正朝著智能化和自動化的方向發展。由于PLC抗干擾能力強，可靠性高，編程簡單，性價比高等優點被廣泛應用于各種工業控制領域。傳統灌裝生產線控制過程主要是繼電器接觸控制，但電路接線復雜，可靠性低，隨著控制過程不斷更新，將造成機器調整、使用以及維修帶來困難，增加設備成本而生產效率得不到提高[1]。

本系統設計采用PLC實現多功能自動灌裝生產線控制系統，結合觸摸屏、通信總線、傳感器及變頻等技術綜合應用，能實現液壓、氣動灌裝設備，滿足不同液體類、容量產品需求，能實時顯示各槽工件數；能設定傳送帶電機工作頻率；實時顯示運行位置。這使灌裝線具有良好的可靠性和協調性，具有操作簡便、運行穩定與可靠等特點，提高灌裝線的工作效率和產品的質量。

1 自動灌裝線監控系統總體設計

1.1 設計需求

根據2012-2013年中國自動灌裝生產線市場發展研究報告，當今世界商品種類呈現高度繁榮的狀態，對灌裝控制系統的要求也是越來越高，而我國灌裝技術起步較晚，近50%的產品達不到發達國家20世界90年代的水平，先進的大型設備基本依賴進口。而灌裝技術是人類生活必不可少的一項技術，當今國內灌裝技術主要問題存在于設計時考慮不充分，沒有留下足夠的改造的空間。一旦灌裝瓶的體積或形狀發生變化，便滿足不了生產需求。

1.2 自動灌裝線設計方案

針對上述要求和存在的問題，根據實際生產要求，對自動灌裝線系統進行設計，運用PLC為處理核心編制相應的程序，采用旋轉編碼器、步進電機定位控制，實現灌裝系統自動定位，傳送帶自動傳送，灌裝自動開啟，計數器自動計數等一系列功能[2]。通用變頻器構成變頻調速傳動系統，觸摸屏能實現數據監控、報警、模擬畫面和組態等功能，在工業現場生產方面，具有非常好的實用性。

系統由送料機構、儲液罐、灌裝閥、抽液泵、液位傳感器、推瓶裝置、傳送帶、翻轉機械手、灌裝系統以及配套的傳感器、觸摸屏、PLC監控系統和氣動回路等部分組成[3]。自動灌裝線簡圖如圖1所示。

圖1 自動灌裝線簡圖

2 自動灌裝線具體設計

2.1 控制系統硬件的組成

由兩個PLC控制，三菱FX-2N48MRPLC作為一類主站，三菱FX-2N16MRPLC作為從站，并由主站控制從站。三菱GT11**-Q-C觸摸屏作為監控的二類主站，實現對系統運行監視和控制，各模塊通信連接如圖2所示。

圖2 自動灌裝線硬件連接圖

2.2 自動灌裝線控制流程

自動灌裝線除雙容水箱液位控制外，均屬于順序控制，采用三菱編程軟件GX_Developer程序類型中SFC圖編輯，方便快速地編輯順序控制程序，控制程序可根據控制要求不同簡便改變。自動控制和手動控制的控制按鈕均設置在觸摸屏中，在自動和手動運行界面觸摸屏分別控制相應輸出寄存器。

2.2.1 主站功能說明

主站程序主要控制推桿、送料、傳送帶、并控制從站翻轉機械手矯正姿勢不對的工件，控制雙容水箱自動加水灌裝，實現全面PLC編程灌裝自動控制系統功能，工作流程如圖3所示。

2.2.2 從站功能說明

從站主要控制翻轉機械手矯正姿勢不對的工件，實現主站給出信號控制從站矯正工件并回饋給主站，達到正確矯正功能，工作流程如圖4所示。

2.2.3 雙容水箱水位控制

雙容水箱液位使用單閉環控制，由供水水泵，水泵驅動放大器，進水/回水水箱及壓力檢測變送器等元件組成。使用三菱P、PI、PD及PID調節器對液位起控制作用。PID參數在觸摸屏中設置，參數如表4所示。

圖3 主站程序流程圖

圖4 從站程序流程圖

2.3 變頻器參數設置

選用三菱FR-D700系列的變頻器，該系列變頻器是一種小型、高性能變頻器。主電路接線如圖5所示[4]。

圖5 FR-D700系列變頻器主電路通用接線

FR-D700系列變頻器可設置上千個參數，本設計只用到其中14個參數設置則可完成自動灌裝線設計功能要求，在Pr79=1面板模式下設置相關參數，設置完成將Pr79=6為切換模式，該模式可以在保持運行狀態的同時，進行PU運行、外部運行、網絡運行的切換。具體的參數設置如表1所示。

2.4 主控界面設計

主控觸摸屏監控界面具有自動運行、手動操作、參數設置、液位曲線4個用戶界面。

2.4.1 自動運行界面功能

自動運行界面功能主要有：工作模式選擇、自動運行操作、回歸原點操作、實時顯示：黑瓶灌裝數、白瓶灌裝數、缺陷瓶數、液位高度組成。參數設置如表2、3及圖6所示。

2.4.2 手動運行界面功能

手動操控按鈕主要由高速運行、低速運行、停止、推料桿、送料桿、翻轉機械手升降、翻轉機械正轉、翻轉機械反轉、翻轉機械夾緊、翻轉機械放松、水箱擾動閥，水箱加水閥組成，參數設置如表2、3及圖7所示。

表1 變頻器參數設置

表2 觸摸屏界面軟元件參數設置

表3 聯機信號

圖6 自動運行界面

圖7 手動操作界面

2.4.3 參數設置界面設計

參數設置界面功能主要有：PID參數有比例增益、積分時間、微分時間、采樣時間；灌裝參數有液位上限、液位下限、黑瓶灌裝量、白瓶灌裝量、補液待機時間組成，參數設置如表4、圖8所示。

2.4.4 液位曲線設計

液位曲線是通過PLC液位閉環控制系統控制灌裝閥動作，實現灌裝量（水位）精確計量，如圖9所示。

表4 液位曲線觸摸屏參數設置

圖8 參數設置界面

圖9 液位曲線

表5 主站PLC I/O分配表

3 系統調試

3.1 主站連接

主站程序主要控制推桿、送料、傳送帶、并控制從站翻轉機械手矯正姿勢不對的工件，控制雙容水箱自動加水灌裝，實現全面PLC編程灌裝自動控制系統功能。主站I/O分配如表5所示、接線如圖10所示[4]。

3.2 從站連接

從站主要控制翻轉機械手矯正不正確的工件，實現主站給出信號控制從站矯正工件并回饋給主站，達到矯正姿勢功能。從站I/O分配表如表6所示、接線如圖11所示[4]。

3.3 調試測試結果

系統設計采用PLC實現多功能自動灌裝生產線控制系統， 利用PLC、觸摸屏、通信總線、傳感器及變頻等技術的綜合應用，能實時顯示各槽工件數；能設定傳送帶電機的工作頻率；實時顯示輸送機械手位置。灌裝精度及穩定性實驗表明系統能夠在滿足技術要求精度條件下穩定運行，證明系統設計方法可行。

4 結束語

設計自動灌裝生產線考慮了工業現場環境，是集PLC、觸摸屏、通信總線、傳感器及變頻等先進技術于一身的對液體進行定量灌裝的系統，具有手動/自動轉換功能，實現對整個生產線工藝流程順序控制。灌裝線性能穩定，工作可靠，故障率低，科技含量高，降低了生產的成本，提高自動灌裝線工作效率，具有良好的應用前景。

圖10 主站PLC接線圖

表6 從站PLC I/O分配表

圖11 從站PLC接線圖

［1］王京琛.基于PLC食用油灌裝生產線的電氣控制［J］.湖北農業科學，2013（5）：2423-2426.

［2］呂景全.自動化生產線安裝與調試［M］.北京：中國鐵道出版社，2008.

［3］鄧松.可編程控制器綜合應用技術［M］.北京：機械工業出版社，2010.

［4］龐德權.可編程序控制系統設計師實訓和考核設備指導手冊［Z］.廣東：廣東省自動化與信息技術轉移中心，2010.

The Design of Automatic Filling Line Monitoring System Based on PLC

LIN Jing1，LIU Mei2
（1.Maoming Vocational and Technical College，Maoming525000，China；2.Guangdong University of Petrochemical Technology，Maoming 525000，China）

The automatic filling line was widely used in many industial procduction such as daily chemical，food and grease to filling all kinds of liquid and capacity products.In this paper an automatic filling line control system was designed，which is an intergrate application of PLC，touch screen，communication bus，sensors and variable frequency technology.The system can display the work status in real time，and easily to be setting the operating frequency of motor，which improved the speeding and accurate of the filling process.The filling line has advantages such as easy to be operatting，more stable and reliable，which improves the efficiency of the filling line and the product quality.

automatic filling line；PLC；inverter；touch screen

TP277

A

1009－9492(2014)05－0113－06

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.05.029

林 靜，女，1982年生，廣東茂名人，大學本科，講師。研究領域：通信與電子技術。已發表論文4篇。

(編輯：向 飛)

*2013廣東省高等學校高層次人才項目（文號：粵財教[2013]246號152）

2013－11－06