基于CC-Link网络的自动灌装生产线控制系统设计

2017-04-03王涛邝锐彬

电气自动化 2017年6期

王涛，邝锐彬

(1.广东石油化工学院，广东茂名　525000； 2.佛山市水业集团有限公司，广东佛山　528000)

0　引　言

现代自动化生产线控制要求可视化、信息化和柔性化，现场总线是一种开放型工业数据总线，将PLC以简洁的方式组成控制网络，可使系统的功能、结构变得更加灵活、可靠，且其可视化操作模式受到用户的广泛欢迎，被广泛应用于处理工业现场的控制装置及执行机构间的数据通信[1]。本文基于三菱PLC的CC-Link现场总线技术，设计了一套基于现场总线的自动灌装生产线控制系统。

1　系统组成

图1　自动灌装生产线系统总体原理框图

系统由一条闭环运行的传送带上分布的空瓶传送、液体灌装、瓶盖封装、次品分拣四个环节组成。基于此，其控制系统设置了控制器、传送带装置、理瓶装置、灌液装置、封盖装置以及分拣装置。各装置为由传感器、电磁阀和气缸等组件组成的电控单元，通过现场总线将分散的底层现场设备单元组成设备层网络，再由控制器对灌装生产线各单元进行综合控制，自动灌装生产线系统总体原理框图如图1所示。

2　系统的硬件设计

2．1　传送带装置主电路设计

图2　系统驱动主传送带变频器的接线图

传送带装置由三相交流电机、空气压缩机、变频器和气路等组成，主要功能是实现瓶子在各单元之间的输送，并为各单元提供稳定的气源。根据电机额定电流与额定功率，参考市场上的变频器产品[2]，本设计选用了FR-A700系列变频器产品中的FR-A740-0.75K-CHT型变频器[3]，该型号变频器只需加装FR-A7NC模块即可连接到CC-Link现场总线网络中。主接线如图2所示。

2．2　控制单元设计

本系统选用CC-Link现场总线技术构建控制网络。CC-Link是三菱电机为首的多家公司推出的一种开放式现场总线[4]，具有高速通信、配线简单、成本低廉、可靠性与稳定性高，且兼容性和抗噪性能好，目前在自动化领域中应用广泛[5]。

本设计中，为理瓶单元、灌液单元、封盖单元以及分拣单元各分配一个远程I/O模块作为远程I/O站，使用变频器作为远程设备站。各单元的工作状态经由远程I/O模块和变频器通过CC-Link总线传送给PLC主站，PLC再通过CC-Link总线发出控制指令给远程I/O模块和变频器，从而控制整个系统工作[6]。

1)主站设计

主站作为CC-Link网路中的控制系统核心，负责管理和控制整个CC-Link网络，要求所选PLC能与总线相兼容，并且运算性能突出[7]，这里选用了Q系列PLC作为主站[8]，采用通用型电源模块Q61P，Q系列CPU Q02U、主站模块QJ61BT11N以及16点输入模块QX10和16点输出模块QY10P各一个，并配置有触摸屏GT2310。

2)从站设计

根据功能要求，并考虑留有一定裕量，结合市面现有产品，从站选型如下[9]：

(1)1号从站：理瓶控制单元，由空瓶仓和传送带、电磁阀、气缸和光电传感器等组成，可以完成空瓶的输送功能。理瓶单元有4个输入和2个输出点，选择了1个16点远程I/O模块AJ65BTB1-16DT。

(2)2号从站：灌液控制单元，由液体储存罐、空瓶定位装置、抽水直流电机、光电传感器、电磁阀和气缸等组成，可完成拦截从理瓶单元输送来的空瓶，再自动进行灌液等操作。灌液单元有5个输入点和3个输出点，选择了1个16点远程I/O模块AJ65BTB1-16DT。

(3)3号从站：封盖控制单元，由固定气缸、拧盖电机、横梁直流电机、升降气缸、出仓推瓶盖气缸、阻挡瓶盖气缸和光电传感器等组成，可为输送来的瓶子进行封装瓶盖操作。封盖单元有16个输入点和7个输出点，选择了1个32点远程输入模块AJ65BTB1-32DT。

(4)4号从站：分拣控制单元：由液位传感器、拣出气缸、光电传感器等组成，主要功能是检测瓶子液位是否达标，并将不达标的瓶子拣出主传送带。分拣单元有6个输入点和1个输出点，选择了1个16点远程I/O模块AJ65BTB1-16DT。

(5)5号从站：主传送带控制单元，由三相交流电机、空气压缩机、变频器和气路等组成，主要功能是实现瓶子在各单元之间的输送，并为各单元提供稳定的气源。变频器选用FR-A740-0.75K-CHT[10]。

控制系统硬件构成图如图3所示。

图3　控制系统硬件构成图

3　系统软件设计

CC-Link总线通信初始化的设置方法较为简单，只需在三菱的编程软件GX Works2配置相关的CC-Link网络参数即可。

3．1　主程序设计

各单元程序均在主站单元实现，以理瓶单元为例，其程序的控制逻辑为：系统自动模式启动，理瓶传送带运行，将空瓶传送至出站口，当一站到位传感器检测到空瓶时，电磁阀通电触发气缸动作推出挡杆，将空瓶推送至传送带，电磁阀失电触发气缸挡杆收回，其控制程序流程图如图4所示。另外的灌液、封盖、分拣单元程序流程与此类同。

3．2　人机界面设计

Q系列PLC与三菱人机界面产品之间的数据通信是自动完成的，无需另外编写程序，仅对人机界面进行设计即可。GOT的开发流程如图5所示,人机手动模式界面如图6所示。

图4　理瓶单元程序流程图　　图5　GOT开发流程图

图6　界面图

4　系统调试与仿真

硬件连接与参数设置完成后，要确保主从站之间能够正常通信，才可以进行编程[11]。首先根据主传送带电机的额定参数设定变频器的运行参数，然后对主站模块进行调试。通过观察主站模块LED灯状态和使用GX Works2调试CC-Link网络[12]。在CC-Link网络通信正常后，需要测试主站PLC与触摸屏之间是否能正常通信。在GX Works2的传输设置选项中选择通信测试。若通信测试出现异常，应先检查是否正确选择了触摸屏的相关设置。调试完成后，自动灌装生产线装置可以正常运行，完成预定的各项功能，如图7所示。