基于PLC的罐裝貼標(biāo)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)

郭新蘭

摘要：本文研究了罐裝貼標(biāo)系統(tǒng)PLC程序設(shè)計(jì)與開發(fā)。該系統(tǒng)采用1臺(tái)QCPU的PLC為主站，2臺(tái)FX3U的PLC為從站，以CC-Link的形式組網(wǎng)，根據(jù)控制要求進(jìn)行PLC軟件程序設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)兩種運(yùn)行模式：調(diào)試模式和加工模式。采用HMI進(jìn)行調(diào)試和加工的觸屏控制。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試運(yùn)行結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的程序滿足控制要求。

Abstract： In this paper， the design and development of PLC program of canned labeling system are studied. The system adopts one QCPU PLC as the main station， and two FX3U PLC as the slave station. The network is organized in the form of cc-link， and the PLC software program is designed according to the control requirements. Two operating modes are realized： debug mode and machining mode. HMI is used for debugging and processing touch screen operation. The results show that the program meets the control requirements.

關(guān)鍵詞：罐裝貼標(biāo)；PLC；程序設(shè)計(jì)；CC-LINK

Key words： canned labeling；PLC；programming；CC-LINK

中圖分類號(hào)：TU473.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）28-0180-02

1 系統(tǒng)運(yùn)行說(shuō)明

灌裝貼標(biāo)系統(tǒng)是將液體產(chǎn)品裝入固體容器中，并在容器外貼上標(biāo)簽，此系統(tǒng)需高速高精確的灌裝工藝、傳輸帶連續(xù)給料、高速準(zhǔn)確貼標(biāo)等性能，一般應(yīng)用于各種液體、膏體、半流體等物料的清洗、灌裝、旋蓋、貼標(biāo)、噴碼等，如圖1所示。

灌裝貼標(biāo)系統(tǒng)由以下電氣控制回路組成：灌裝電機(jī)M1控制回路【M1為三相異步電機(jī)（不帶速度繼電器），只進(jìn)行單向正轉(zhuǎn)運(yùn)行，需要考慮過(guò)載、聯(lián)鎖保護(hù)】。壓蓋電機(jī)M2控制回路【M2為雙速電機(jī)】。貼標(biāo)電機(jī)M3控制回路【M3為三相異步電機(jī)（不帶速度繼電器），只進(jìn)行單向正轉(zhuǎn)運(yùn)行，需要考慮過(guò)載、聯(lián)鎖保護(hù)】。第二級(jí)傳輸帶M4控制回路【M4為三相異步電動(dòng)機(jī)（帶速度繼電器），由變頻器進(jìn)行多段速控制，第一段速為10Hz，第二段速為20Hz，第三段速為30Hz、第四段速為40Hz，第五段速為50Hz，加速/減速時(shí)間均為0.1秒】。第一級(jí)傳輸帶M5控制回路【M5為伺服電機(jī)，絲杠運(yùn)行速度10mm/秒～40mm/秒】。電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)以“順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正向，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為反向”為準(zhǔn)。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

①本系統(tǒng)使用三臺(tái)PLC，1臺(tái)QCPU為主站，2臺(tái)FX3U為從站，分別以CC_Link或工業(yè)以太網(wǎng)的形式組網(wǎng)。②MCGS觸摸屏應(yīng)連接到系統(tǒng)中主站PLC上，即觸摸屏連接到QPLC的RS232端口。③電機(jī)控制、I/O、HMI與PLC組合分配方案如表1。

3 系統(tǒng)控制要求

初始狀態(tài)：行程開關(guān)SQ1～SQ8常開、所有電機(jī)（M1～M5）停止。第一級(jí)傳輸帶速度設(shè)定范圍10mm/秒～40mm/秒，設(shè)定數(shù)值為10的整數(shù)倍，其他數(shù)值無(wú)效并四舍五入取值。初始位置在SQ1處，當(dāng)運(yùn)行至SQ2處會(huì)自動(dòng)返回原點(diǎn)SQ1，默認(rèn)當(dāng)前傳輸帶動(dòng)作完成。第二級(jí)傳輸帶速度顯示為整數(shù)，正轉(zhuǎn)為正值，反轉(zhuǎn)為負(fù)值。

①設(shè)定生產(chǎn)套量和第一級(jí)傳輸帶速度后，按下啟動(dòng)按鈕SB1，設(shè)備運(yùn)行指示燈HL4閃爍等待放入工件（0.5Hz），當(dāng)入料傳感器（SQ5）檢測(cè)到A點(diǎn)傳送帶上有物料瓶，則HL4長(zhǎng)亮，設(shè)備開始加工過(guò)程，M5電機(jī)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)，以設(shè)定速度為前進(jìn)至B點(diǎn)（由SQ6給出信號(hào)），傳輸帶停止，同時(shí)灌裝電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，運(yùn)行5秒后自動(dòng)停止（灌裝結(jié)束）。

②灌裝結(jié)束后傳輸帶自動(dòng)重啟，前進(jìn)40mm后傳輸帶再停止，同時(shí)壓蓋電機(jī)自動(dòng)低速啟動(dòng)，3秒后轉(zhuǎn)為高速運(yùn)行，再3秒后壓蓋電機(jī)停止；然后由機(jī)械手抓取物料瓶搬運(yùn)至物料平臺(tái)（此處用指示燈HL5得電4秒鐘代表此機(jī)械手動(dòng)作）。

③第一個(gè)物料瓶搬運(yùn)至物料平臺(tái)后，才允許放入第二個(gè)物料瓶（SQ5檢測(cè)到信號(hào)），重復(fù)上述灌裝、壓蓋、搬運(yùn)動(dòng)作流程。再放入第三個(gè)物料瓶，重復(fù)上述灌裝、壓蓋、搬運(yùn)動(dòng)作流程。入料口再放入物料瓶無(wú)效。

④三個(gè)物料瓶都搬運(yùn)至物料平臺(tái)后，先檢測(cè)貼標(biāo)溫度（溫度控制器+熱電阻Pt100實(shí)現(xiàn)），溫度超過(guò)30℃開始貼標(biāo)（否則傳輸帶停止運(yùn)行）。

⑤貼標(biāo)溫度檢測(cè)滿足后，自動(dòng)啟動(dòng)第二級(jí)傳輸帶M4（正轉(zhuǎn)頻率40Hz，三個(gè)物料瓶同時(shí)進(jìn)入貼標(biāo)工作），物料瓶到C點(diǎn)（SQ7檢測(cè)到信號(hào)），M4傳輸帶降速為正轉(zhuǎn)20Hz進(jìn)入貼標(biāo)區(qū)域，同時(shí)啟動(dòng)貼標(biāo)機(jī)M3，當(dāng)物料瓶到D點(diǎn)（SQ8檢測(cè)到信號(hào)），M4傳輸帶變?yōu)榉崔D(zhuǎn)20Hz，物料瓶再次回到C點(diǎn)，M4傳輸帶又變?yōu)檎D(zhuǎn)20Hz，當(dāng)物料瓶再次到D點(diǎn)，M4傳輸帶繼續(xù)正轉(zhuǎn)10Hz，5秒鐘后M4傳輸帶自動(dòng)停止（表示三個(gè)物料瓶也已自動(dòng)裝箱完成）。

⑥至此一套物料瓶完成灌裝貼標(biāo)，此時(shí)才允許繼續(xù)入料（SQ5），循環(huán)運(yùn)行。在運(yùn)行中按下停止按鈕SB2后，設(shè)備將完成當(dāng)前工件的加工流程后停止，同時(shí)HL4熄滅。在運(yùn)行中按下急停按鈕SB3后，各動(dòng)作立即停止（人工取走物料瓶后），設(shè)備重新啟動(dòng)開始運(yùn)行。

4 程序設(shè)計(jì)

4.1 I/O分配 從站1 FX3U-48MR中I/O對(duì)應(yīng)表如表2所示，從站1 FX3U-48MR中I/O對(duì)應(yīng)表如表3所示。

4.2 HMI界面設(shè)計(jì) 操作員登陸設(shè)備“進(jìn)入運(yùn)行”，觸摸屏進(jìn)入加工模式畫面，如圖2所示，觸摸屏畫面主要包含：各個(gè)電機(jī)的工作狀態(tài)指示燈、起停按鈕、返回首頁(yè)界面按鈕、設(shè)定產(chǎn)量（套量）、顯示已壓蓋產(chǎn)量、顯示裝箱套量、設(shè)定第一級(jí)傳輸帶速度（mm/秒）、顯示第二級(jí)傳輸帶速度（Hz）等信息。

4.3 主站PLC部分程序

主站PLC部分程序如圖3所示。

5 結(jié)論

根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)了主站PLC程序，兩個(gè)從站PLC程序，觸屏控制界面，以CC-LINK進(jìn)行主從站之間的數(shù)據(jù)通訊，在亞龍?jiān)囼?yàn)設(shè)備YL-158GA上進(jìn)行調(diào)試驗(yàn)證，所設(shè)計(jì)的PLC程序可以滿足加工模式的控制要求。

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