基于PLC自动灌装线监控系统设计*

林 静，刘 美（.茂名职业技术学院机电信息系，广东茂名 55000；.广东石油化工学院计算机与电子信息学院，广东茂名 55000）

基于PLC自动灌装线监控系统设计*

林 静1，刘 美2
（1.茂名职业技术学院机电信息系，广东茂名 525000；2.广东石油化工学院计算机与电子信息学院，广东茂名 525000）

自动灌装线广泛适用于日化、食品、油脂等各行业，可灌装不同液体类、不同容量产品。对PLC实现多功能自动灌装生产线的控制系统进行了设计，设计是集PLC、触摸屏、通信总线、传感器及变频等技术为一体的综合应用，能实时显示各槽工件数；能设定传送带电机的工作频率；实时显示运行位置，快速准确的控制液位，使灌装线具有良好的可靠性和协调性，具有操作简便、运行稳定与可靠等诸多特点，提高了灌装线的工作效率和产品的质量。

自动灌装线；PLC；变频器；触摸屏

0 引言

自动灌装线广泛适用于日化、食品、油脂等各行业，随着工业自动化水平日益提高，灌装生产线的控制过程正朝着智能化和自动化的方向发展。由于PLC抗干扰能力强，可靠性高，编程简单，性价比高等优点被广泛应用于各种工业控制领域。传统灌装生产线控制过程主要是继电器接触控制，但电路接线复杂，可靠性低，随着控制过程不断更新，将造成机器调整、使用以及维修带来困难，增加设备成本而生产效率得不到提高[1]。

本系统设计采用PLC实现多功能自动灌装生产线控制系统，结合触摸屏、通信总线、传感器及变频等技术综合应用，能实现液压、气动灌装设备，满足不同液体类、容量产品需求，能实时显示各槽工件数；能设定传送带电机工作频率；实时显示运行位置。这使灌装线具有良好的可靠性和协调性，具有操作简便、运行稳定与可靠等特点，提高灌装线的工作效率和产品的质量。

1 自动灌装线监控系统总体设计

1.1 设计需求

根据2012-2013年中国自动灌装生产线市场发展研究报告，当今世界商品种类呈现高度繁荣的状态，对灌装控制系统的要求也是越来越高，而我国灌装技术起步较晚，近50%的产品达不到发达国家20世界90年代的水平，先进的大型设备基本依赖进口。而灌装技术是人类生活必不可少的一项技术，当今国内灌装技术主要问题存在于设计时考虑不充分，没有留下足够的改造的空间。一旦灌装瓶的体积或形状发生变化，便满足不了生产需求。

1.2 自动灌装线设计方案

针对上述要求和存在的问题，根据实际生产要求，对自动灌装线系统进行设计，运用PLC为处理核心编制相应的程序，采用旋转编码器、步进电机定位控制，实现灌装系统自动定位，传送带自动传送，灌装自动开启，计数器自动计数等一系列功能[2]。通用变频器构成变频调速传动系统，触摸屏能实现数据监控、报警、模拟画面和组态等功能，在工业现场生产方面，具有非常好的实用性。

系统由送料机构、储液罐、灌装阀、抽液泵、液位传感器、推瓶装置、传送带、翻转机械手、灌装系统以及配套的传感器、触摸屏、PLC监控系统和气动回路等部分组成[3]。自动灌装线简图如图1所示。

图1 自动灌装线简图

2 自动灌装线具体设计

2.1 控制系统硬件的组成

由两个PLC控制，三菱FX-2N48MRPLC作为一类主站，三菱FX-2N16MRPLC作为从站，并由主站控制从站。三菱GT11**-Q-C触摸屏作为监控的二类主站，实现对系统运行监视和控制，各模块通信连接如图2所示。

图2 自动灌装线硬件连接图

2.2 自动灌装线控制流程

自动灌装线除双容水箱液位控制外，均属于顺序控制，采用三菱编程软件GX_Developer程序类型中SFC图编辑，方便快速地编辑顺序控制程序，控制程序可根据控制要求不同简便改变。自动控制和手动控制的控制按钮均设置在触摸屏中，在自动和手动运行界面触摸屏分别控制相应输出寄存器。

2.2.1 主站功能说明

主站程序主要控制推杆、送料、传送带、并控制从站翻转机械手矫正姿势不对的工件，控制双容水箱自动加水灌装，实现全面PLC编程灌装自动控制系统功能，工作流程如图3所示。

2.2.2 从站功能说明

从站主要控制翻转机械手矫正姿势不对的工件，实现主站给出信号控制从站矫正工件并回馈给主站，达到正确矫正功能，工作流程如图4所示。

2.2.3 双容水箱水位控制

双容水箱液位使用单闭环控制，由供水水泵，水泵驱动放大器，进水/回水水箱及压力检测变送器等元件组成。使用三菱P、PI、PD及PID调节器对液位起控制作用。PID参数在触摸屏中设置，参数如表4所示。

图3 主站程序流程图

图4 从站程序流程图

2.3 变频器参数设置

选用三菱FR-D700系列的变频器，该系列变频器是一种小型、高性能变频器。主电路接线如图5所示[4]。

图5 FR-D700系列变频器主电路通用接线

FR-D700系列变频器可设置上千个参数，本设计只用到其中14个参数设置则可完成自动灌装线设计功能要求，在Pr79=1面板模式下设置相关参数，设置完成将Pr79=6为切换模式，该模式可以在保持运行状态的同时，进行PU运行、外部运行、网络运行的切换。具体的参数设置如表1所示。

2.4 主控界面设计

主控触摸屏监控界面具有自动运行、手动操作、参数设置、液位曲线4个用户界面。

2.4.1 自动运行界面功能

自动运行界面功能主要有：工作模式选择、自动运行操作、回归原点操作、实时显示：黑瓶灌装数、白瓶灌装数、缺陷瓶数、液位高度组成。参数设置如表2、3及图6所示。

2.4.2 手动运行界面功能

手动操控按钮主要由高速运行、低速运行、停止、推料杆、送料杆、翻转机械手升降、翻转机械正转、翻转机械反转、翻转机械夹紧、翻转机械放松、水箱扰动阀，水箱加水阀组成，参数设置如表2、3及图7所示。

表1 变频器参数设置

表2 触摸屏界面软元件参数设置

表3 联机信号

图6 自动运行界面

图7 手动操作界面

2.4.3 参数设置界面设计

参数设置界面功能主要有：PID参数有比例增益、积分时间、微分时间、采样时间；灌装参数有液位上限、液位下限、黑瓶灌装量、白瓶灌装量、补液待机时间组成，参数设置如表4、图8所示。

2.4.4 液位曲线设计

液位曲线是通过PLC液位闭环控制系统控制灌装阀动作，实现灌装量（水位）精确计量，如图9所示。

表4 液位曲线触摸屏参数设置

图8 参数设置界面

图9 液位曲线

表5 主站PLC I/O分配表

3 系统调试

3.1 主站连接

主站程序主要控制推杆、送料、传送带、并控制从站翻转机械手矫正姿势不对的工件，控制双容水箱自动加水灌装，实现全面PLC编程灌装自动控制系统功能。主站I/O分配如表5所示、接线如图10所示[4]。

3.2 从站连接

从站主要控制翻转机械手矫正不正确的工件，实现主站给出信号控制从站矫正工件并回馈给主站，达到矫正姿势功能。从站I/O分配表如表6所示、接线如图11所示[4]。

3.3 调试测试结果

系统设计采用PLC实现多功能自动灌装生产线控制系统， 利用PLC、触摸屏、通信总线、传感器及变频等技术的综合应用，能实时显示各槽工件数；能设定传送带电机的工作频率；实时显示输送机械手位置。灌装精度及稳定性实验表明系统能够在满足技术要求精度条件下稳定运行，证明系统设计方法可行。

4 结束语

设计自动灌装生产线考虑了工业现场环境，是集PLC、触摸屏、通信总线、传感器及变频等先进技术于一身的对液体进行定量灌装的系统，具有手动/自动转换功能，实现对整个生产线工艺流程顺序控制。灌装线性能稳定，工作可靠，故障率低，科技含量高，降低了生产的成本，提高自动灌装线工作效率，具有良好的应用前景。

图10 主站PLC接线图

表6 从站PLC I/O分配表

图11 从站PLC接线图

［1］王京琛.基于PLC食用油灌装生产线的电气控制［J］.湖北农业科学，2013（5）：2423-2426.

［2］吕景全.自动化生产线安装与调试［M］.北京：中国铁道出版社，2008.

［3］邓松.可编程控制器综合应用技术［M］.北京：机械工业出版社，2010.

［4］庞德权.可编程序控制系统设计师实训和考核设备指导手册［Z］.广东：广东省自动化与信息技术转移中心，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 静，女，1982年生，广东茂名人，大学本科，讲师。研究领域：通信与电子技术。已发表论文4篇。

(编辑：向 飞)

*2013广东省高等学校高层次人才项目（文号：粤财教[2013]246号152）

2013－11－06