1、- 0 -饮料灌装生产流水线的 PLC 控制摘要文章探讨了如何利用日本三菱 PLC FX2N 进行饮料灌装生产流水线的控制，重点分析了系统软硬件设计部分，并给出了系统硬件接线图、PLC 控制 I/O口分配表以及整体程序流程图等，实现了饮料灌装的自动化，提高了生产效率，降低了劳动强度。关键词:PLC 饮料灌装生产线流水线 系统硬件接线图- 1 -前言以往的饮料罐装生产线的电气设备控制系统是传统的继电器控制方式,在使用的过程中，生产工效低，人机对话靠指示灯+按钮+讯响器的工作方式，响应慢，故障率高，可靠性差，系统的工作状态、故障处理、设备监控与维护只能凭经验被动的去查找故障点。且在生产过程中容易产
2、生二次污染，造成合格率低，生产成本增加。而自动化生产线在众多领域应用得非常广泛，其控制部分常常采用 PLC 控制，它使自动化生产线运行更加平稳，定位更加准确，功能更加完善，操作更加方便。为适应发展，故提出下面的 PLC 控制技术改造现有生产线。本文介绍了日本三菱 FX2N PLC 在自动化饮料罐装生产线控制系统中的应用，并从硬件和软件两方面进行了分析和研究。- 2 -一 、 PLC 概 况1、PLC 基本概念可 编 程 控 制 器 (Programmable Controller)是 计 算 机 家 族 中 的 一 员 ， 是 为工 业 控 制 应 用 而 设 计 制 造 的 。 早 期 的
3、可 编 程 控 制 器 称 作 可 编 程 逻 辑 控 制 器(Programmable Logic Controller)， 简 称 PLC， 它 主 要 用 来 代 替 继 电 器 实 现逻 辑 控 制 。 随 着 技 术 的 发 展 ， 这 种 装 置 的 功 能 已 经 大 大 超 过 了 逻 辑 控 制 的范 围 ， 因 此 ， 今 天 这 种 装 置 称 作 可 编 程 控 制 器 ， 简 称 PC。 但 是 为 了 避 免与 个 人 计 算 机 (Personal Computer)的 简 称 混 淆 ， 所 以 将 可 编 程 控 制 器 简 称PLC。2、P LC 发 展 历
4、 史起 源 ： 1968 年 美 国 通 用 汽 车 公 司 提 出 取 代 继 电 器 控 制 装 置 的 要 求 。1969 年 ， 美 国 数 字 设 备 公 司 研 制 出 了 第 一 台 可 编 程 控 制 器 PDP14 ，在 美 国 通 用 汽 车 公 司 的 生 产 线 上 试 用 成 功 ， 首 次 采 用 程 序 化 的 手 段 应 用 于电 气 控 制 ， 这 是 第 一 代 可 编 程 序 控 制 器 ， 称 Programmable， 是 世 界 上 公 认的 第 一 台 PLC。1969 年 ， 美 国 研 制 出 世 界 第 一 台 PDP-141971 年 ，
5、日 本 研 制 出 第 一 台 DCS-81973 年 ， 德 国 研 制 出 第 一 台 PLC1974 年 ， 中 国 研 制 出 第 一 台 PLC发 展 ： 20 世 纪 70 年 代 初 出 现 了 微 处 理 器 。 人 们 很 快 将 其 引 入 可编 程 控 制 器 ， 使 PLC 增 加 了 运 算 、 数 据 传 送 及 处 理 等 功 能 ， 完 成 了 真 正 具有 计 算 机 特 征 的 工 业 控 制 装 置 。 此 时 的 PLC 为 微 机 技 术 和 继 电 器 常 规 控 制概 念 相 结 合 的 产 物 。 个 人 计 算 机 发 展 起 来 后 ， 为
6、了 方 便 和 反 映 可 编 程 控 制器 的 功 能 特 点 ， 可 编 程 序 控 制 器 定 名 为 Programmable Logic Controller（ PLC） 。3、PLC 技术发展动向(1)产 品 规 模 向 大 、 小 两 个 方 向 发 展 大 ： I/O 点 数 达 14336 点 、 32 位为 微 处 理 器 、 多 CPU 并 行 工 作 、 大 容 量 存 储 器 、 扫 描 速 度 高 速 化 。 小 ：由 整 体 结 构 向 小 型 模 块 化 结 构 发 展 ， 增 加 了 配 置 的 灵 活 性 ， 降 低 了 成 本 。(2)PLC 在 闭 环
7、过 程 控 制 中 应 用 日 益 广 泛 - 3 -(3)不 断 加 强 通 讯 功 能 (4).新 器 件 和 模 块 不 断 推 出 高 档 的 PLC 除 了 主 要 采 用 CPU 以 提 高 处理 速 度 外 ， 还 有 带 处 理 器 的 EPROM 或 RAM 的 智 能 I/O 模 块 、 高 速 计 数模 块 、 远 程 I/O 模 块 等 专 用 化 模 块 。 (5)编 程 工 具 丰 富 多 样 ， 功 能 不 断 提 高 ， 编 程 语 言 趋 向 标 准 化 有 各 种简 单 或 复 杂 的 编 程 器 及 编 程 软 件 ， 采 用 梯 形 图 、 功 能 图
8、、 语 句 表 等 编 程 语言 ， 亦 有 高 档 的 PLC 指 令 系 统 (6)发 展 容 错 技 术 采 用 热 备 用 或 并 行 工 作 、 多 数 表 决 的 工 作 方 式 。 (7)追 求 软 硬 件 的 标 准 化 。- 4 -二、系统概况饮料灌装生产流水线是指按一定控制要求将有关驱动电机、电气控制装置、检测装置等组合为一体的多功能自动控制装置。该罐装生产线为人工/自动操作的工作程序，由 2 只电磁阀控制托瓶架的升降，2 只电磁阀控制压盖的行程。驱动部分有：清水泵、无菌泵、清洗输送、灌装输送、灌装泵。本文重点对灌装过程进行分析,通过 PLC 实现其执行步骤的控制,同时用变
9、频器对电机平滑调速。系统通过电机驱动传输带，传输带将空瓶送到灌装设备下，灌装设备通过光电传感器检测到空瓶时，电机停止，开始灌装，灌满后电机自动启动，直到检测到下一个空瓶才停止;系统具有空瓶和满瓶检测传感器，通过其检测空瓶和满瓶。现场设备模拟图如图 1 所示, 系统框图如图 2 所示。图 1 现场设备模拟图- 5 -图 2 系统组成框图- 6 -三、饮料灌装生产线流水线控制要求1、手动工作状态（1）按手动启动按钮，传送带开始启动把洗过的空瓶送到灌装机的灌装口开始罐装，灌满后自动停止。（2）按停止按钮，传送带停止。2、自动工作状态（1）系统通过开关设定为自动操作模式，一旦启动，则传送带的驱动电机启
10、动并一直保持到停止开关动作或灌装设备下的传感器检测到一个瓶子时停止；瓶子装满饮料后，传送带驱动电机必须自动启动，并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作。 （2）当瓶子定位在灌装设备下时，停顿 1s ，灌装设备开始工作，灌装过程为 5s 钟，灌装过程应有报警显示， 5s 后停止并不再显示报警；报警方式为红灯以 0.5s 间隔闪烁。 （3）用两个传感器分别检测空瓶数和满瓶数，用计数器记录空瓶数和满瓶数，一旦系统启动，即开始记录空瓶数和满瓶数。（4）若每 24 瓶为一箱，记录产品箱数。 （5）每隔 8 小时将空瓶及满瓶计数器的当前值转存至其他寄存器，然后对计数器自动清零，重新开始计数。（6）具有复位
11、按钮，按下复位按钮寄存器和计数器全部清零在工作过程中，有自动和手动两种工作方式选择，操作方便。在多数情况下选择自动工作方式，在维修和特别处理情况下选择手动工作方式。- 7 -四、硬件设计1、PLC 选型三菱 FX2N 系列 PLC 是 PLC FX 家族中最先进的系列。它最大范围的包容了标准特点、程序执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，可以为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。 该系统选择该型号的最为适宜，不仅能够快速完成当前功能，还可以进行扩展，适合各个厂家的使用，控制灵活，功能齐全。 PLC 为此系统的控制核心，此系统的输入信号有两
12、部分，一部分是启动、停止等面板控制按钮，另一部分是多种行程开关，这些面板按钮信号和传感器信号作为 PLC 的输入变量，经过 PLC 的输入接口输入到内部数据寄存器，然后在 PLC 内部进行逻辑运算或数据处理后，以输出变量的形式送到输出接口，从而驱动电机来控制传输带的运行。- 8 -2、I/O 口分配根据系统的控制要求给出 I/O 分配表，如表 1 所示。表 1 I/O 分配表X0 启动按钮 Y0 传输带驱动电机X1 手动启动 Y1 RHX2 自动启动 Y2 RLX3 减速传感器 Y4 灌装电磁阀X4 灌装准备传感器 Y5 灌装指示灯X5 空瓶检测传感器X6 满瓶检测传感器X7 停止按钮X10 复位按钮- 9 -3、外部接线图根据控制要求及 I/O 分配表，画出 PLC 硬件接线图如图 3 所示。图 3 外部接线图
