基于CC-Link协议可视化定量罐装控制系统的设计

赵硕 陶丽萍

摘 要：本课题设计的定量罐装系统可用于实现各种水剂的定量灌装，采用三台PLC，基于CC-Link网络通讯协议，将一台PLC作为主站，其余作为从站的分布式IO的控制模式，同时利用MCGS触摸屏进行监控，模拟显示并实时监控罐装控制系统的全部工作过程。在操作过程还增加了特色语音播报，通过播报系统目前的工作状态，提高用户的使用体验。同时还创新性增加语音识别功能，用户可通过语音指令来控制系统运行，有效地提高了系统控制的个性化和智能化水平。

关键词：定量罐装;CC-Link协议;分布式IO;可视化;语音播报;语音识别

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.125

1 引言

在炼油、化工、制药等行业中，对各种水剂进行定量罐装是其生产过程中十分重要的组成部分。本设计中采用了三菱PLC和昆仑动态触摸屏来对定量罐装系统进行控制，增加了特色语音识别和语音播报功能，用户可通过语音指令来控制系统运行，还可播报系统目前的工作状态，该设计提高生产和管理自动化水平有很大的帮助，同时又提升了生产效率，使用了自动化方式解放了人力。

2 系统控制要求

定量罐装控制系统包含有5台，分别是，理瓶电机M1（M1为双速电机，双速电机能自动△-YY切换，并且需要考虑过载保护）。压盖电机M2（M2为三相异步电机，只进行单向运行）。传送带电机M3（采用PLC模拟量模块输出0-10V电压控制变频器的0-50HZ运行）。电机M4为控制灌装嘴电机（M4为步进电机，设置为4细分）。定量电机M5（M5为伺服电机，要求伺服电机能进行正反转，PLC发出2000个高速脉冲，电机旋转一圈）。前挡板气缸YV1、后挡板气缸YV2、夹紧YV3分别由PLC数字量输出点控制，置位则推出，复位则返回。

3 系统硬件组成

该控制系统包含三台PLC。一台Q系列PLC作为系统主站，从站1和从站2分别由两台三菱的FX3U系列晶体管输出和继电器输出的PLC构成，从站两台PLC对系统的M1～M5、语音播报模块分别进行控制，控制原理框图如图1所示。

3.1 主站电气原理

主站PLC采用Q00UCPU模块，Q35B的基板，Q61P的电源模块，QX40的输入模块，QY10的输出模块，QJ16BT11N的通讯模块。图2为主站PLC的电气原理图。

3.2 从站1电气原理

从站1的PLC选用三菱FX3U-32MR，该PLC具有16路输入，继电器类型的16路输出，作为从站1的MRPLC去控制系统中的理瓶电机M1，压盖电机M2。从站1的电气原理如图3所示。

该控制系统包含两台三相异步电动机一台双速电机一台步进电机一台伺服电机，M1电机是可实现高低两速的双速电机，M2电机是由PLC控制单向运行的三相异步电动机。语音播报模块选用BY6500，可对M1～M5电机的工作状态进行实时播报。语音识别模块选用YS-LDV7一体化的智能语音识别模块，可进行“单机运行”等模式的语音控制。

3.3 从站2电气原理

从站2的PLC选用三菱FX3U-32MT，该PLC同样具有16路输入，晶体管类型的16路输出。负责直接控制M3（传送带电机）和M4（灌装嘴电机）和M5（定量电机）。M3电机为由E740型变频器控制的三相异步电动机多段速运行，无极调速由从站2PLC及FX3U-3A-ADP模拟量模块控制，采用模拟量模块输出0-10V电压控制变频器的0-50HZ运行。M4电机是步科3S57Q-04079型三相步进电机，采用3M458型步科驱动器进行驱动。M5电机为ECMA-C20604型伺服电机，采用ASD-B2型伺服驱动器进行驱动。从站2的电气原理如图4所示。

4 PLC控制程序流程图

本项目设计的定量罐装控制系统在正常运行时，可进行工作模式的选择，单机工作模式和联机工作模式。单机模式用于系统中M1～M5电机的调试，调试过程中，由语音播报模块对各电机运行状态进行播报。联机模式即为系统自动运行状态。系统的PLC程序控制流程图如图5所示，并在三菱公司提供的GX Works2软件中进行主站、从站1和从站2程序的编写。

5 MCGS人机界面设计

该定量罐装系统可通过触摸屏开放式对液体罐装容量大小进行设定，可满足不同产品不同容量控制需求的多样化，并可对生产线的速度进行设置，并对已压盖的瓶数、加工箱数等通过触摸屏进行实时监控显示，提高了系统控制的可视化程度。可组态界面如图6～8所示。

6 主从站PLC通讯

在该定量罐装控制系统中，将三菱三台PLC建立的CC-Link总线的控制方法，采用这种控制技术，能很好的将各执行机构，以最优最近的方法，分配到响应的站点上，形成站与站之间的通信，通过站模块组建工业控制网络[1]。

CC-Link通讯构建主从站需选择通讯模块。主站PLC的CC-LINK接口模块是QJ61BT11，从站1、2的CC-LINK接口模块是FX3U-32CCL，通讯模块可看作特殊模块连接在各自PLC上。利用双绞屏蔽电缆将主站、从站1和从站2通讯A线通讯B线端子相连，如图9所示。并对主站和两个从站通讯模块的站号进行设置、主站设置为0，从站1和从站2的站号分别设置为1和2，将相应的站号设置旋转开关拨至对应的站号数字即可。

CC-Link通讯硬件配置后，還需在主站Q系列PLC里进行组态并在编程软件GX Works2中对CC-Link通讯的网络参数进行设置，在“I/O分配设置”中 根据对应的插槽然后编辑“起始XY”的参数，“输入”“输出”“智能”分别对应“0000”“0020”“00A0”。设置结束后，接着在“网络参数”中进行“CC-Link”参数的编辑[2]。“CC-Link”参数设置包括总连接台数，远程输入（RX），远程输出（RY），远程寄存器（RWr），远程寄存器（RWw）以及站信息等设置，如图10所示。

7 结束语

该定量罐装控制系统采用三台PLC，基于CC-Link网络通讯协议，构建最优最近的站与站之间的分布式IO控制。该定量罐装系统可通过触摸屏开放式对液体罐装容量大小进行设定，可满足不同产品不同容量控制需求的多样化，并可对生产线的速度等参数进行设置，提高了系统控制的可视化程度[3]。在操作过程还增加了特色语音播报，通过播报系统目前的工作状态，提高用户的使用体验。同时还创新性增加语音识别功能，用户可通过语音指令来控制系统运行，有效地提高了系统控制的智能化和个性化水平。

参考文献：

[1]冷斌.CC-Link总线在罐装贴标系统控制中的应用[J].科技前沿，2017：166-167.

[2]黄文浩，陶丽萍.CC-Link通讯在混料罐PLC控制中的应用[J].科技风，2018：156-157.

[3]王书亭.基于OpenGL的灌装生产线虚拟系统的研究与开发[C].系统仿真技术及其应用学术交流会.

作者简介：赵硕（1997-），男，江苏徐州人，大专，研究方向：电气自动化技术。