本文主要闡述了永宏P(guān)LC在全自動(dòng)灌裝機(jī)生產(chǎn)線上的應(yīng)用。全自動(dòng)灌裝機(jī)生產(chǎn)線是包裝機(jī)中的一小類產(chǎn)品，從對(duì)物料的包裝角度可分為液體灌裝機(jī)、膏體灌裝機(jī)、粉劑灌裝機(jī)、顆粒灌裝機(jī);從生產(chǎn)的自動(dòng)化程度來講，又分為半自動(dòng)灌裝機(jī)和全自動(dòng)灌裝生產(chǎn)線。近年來隨著食品QS認(rèn)證要求，食用油的廠家已經(jīng)開始注重產(chǎn)品質(zhì)量和包裝，所以油類全自動(dòng)灌裝機(jī)生產(chǎn)線在灌裝設(shè)備中地位凸現(xiàn)。本項(xiàng)目采用臺(tái)灣永宏FBs系列可編程程序控制器設(shè)計(jì)了全自動(dòng)灌裝機(jī)生產(chǎn)線的PLC控制系統(tǒng)，對(duì)該設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制，很好地提高了生產(chǎn)效率、節(jié)約了人工成本，改善了生產(chǎn)環(huán)境。

　　文/廈門永陞科技有限公司

　　1 行業(yè)介紹

　　全自動(dòng)灌裝機(jī)生產(chǎn)線在食品行業(yè)、飲料行業(yè)、日化行業(yè)等廣泛使用。液體包裝機(jī)械競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，未來的液體灌裝機(jī)械將配合產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化，促進(jìn)包裝設(shè)備總 體水平提高，發(fā)展多功能、高效率、低消耗的食品包裝設(shè)備。全新臥式設(shè)計(jì)，輕巧方便，自動(dòng)抽料，對(duì)于黏稠較大的膏體可加料斗加料，還有噪音小、無振動(dòng)、性能優(yōu)越等特點(diǎn)(圖1)。

　　圖1 全自動(dòng)灌裝生產(chǎn)線圖

　　2 設(shè)備簡(jiǎn)介

　　2.1 概述

　　一直以來，全自動(dòng)灌裝機(jī)生產(chǎn)線就是飲料市場(chǎng)的堅(jiān)實(shí)后盾，特別是現(xiàn)代市場(chǎng)上人們對(duì)商品質(zhì)量要求日漸提高、市場(chǎng)需求不斷擴(kuò)大、企業(yè)對(duì)高效自動(dòng)化生產(chǎn)的要求，在這樣的情況下，全自動(dòng)灌裝機(jī)生產(chǎn)線更是成為了炙手可熱的灌裝設(shè)備。加上近幾年科學(xué)技術(shù)水平的提高，國內(nèi)灌裝機(jī)行業(yè)也得到了較快的發(fā)展，技術(shù)水平、設(shè)備性能、質(zhì)量等方面都有了很大程度的提高，在支持企業(yè)高效、安全生產(chǎn)上發(fā)揮了重要的作用。

　　2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)

　　全自動(dòng)灌裝機(jī)生產(chǎn)線的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由灌裝部分(圖2)和蓋蓋部分(圖3)組成;灌裝部分又分為稱重部分、灌裝機(jī)頭、機(jī)頭升降機(jī)構(gòu)、原料倉、控制系統(tǒng)等機(jī)構(gòu)組成;蓋蓋部分又分為壓蓋部分、蓋料倉、定位控制裝置、控制系統(tǒng)等機(jī)構(gòu)組成。

　　圖2 灌裝部分結(jié)構(gòu)解析圖

　　圖3 蓋蓋部分結(jié)構(gòu)解析圖

　　2.3 結(jié)構(gòu)示意圖(圖4)

　　圖4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明

　　3 工藝要求

　　3.1 控制需求

　　根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)和工藝要求，全自動(dòng)灌裝機(jī)生產(chǎn)線主要用于完成液體的自動(dòng)灌裝、自動(dòng)蓋蓋。同時(shí)還需 要實(shí)現(xiàn)以下操作要求，可以隨時(shí)通過調(diào)整灌裝重量來達(dá)到灌裝要求及手動(dòng)控制蓋蓋?？偠灾?，全自動(dòng)灌裝機(jī)生產(chǎn)線既需要很好的實(shí)現(xiàn)多種控制要求，同時(shí)也需要很好的實(shí)現(xiàn)多種工藝要求(圖5)。

　　圖5 系統(tǒng)控制需求說明

　　3.2 工藝流程(圖6)

　　全自動(dòng)灌裝機(jī)生產(chǎn)線的工藝流程主要分為灌裝和蓋蓋，灌裝分為：空料桶定位、機(jī)頭下降、開始灌裝、灌裝完成、機(jī)頭上升;蓋蓋分為：滿料桶定位，取料桶蓋、蓋蓋模塊運(yùn)動(dòng)、蓋蓋完成;從開始到結(jié)束全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化使工藝操作安全衛(wèi)生，使用方便，高產(chǎn)高效、省時(shí)省力。

　　圖6 全自動(dòng)灌裝機(jī)生產(chǎn)線工藝流程圖

　　4 方案配置

　　4.1 方案說明

　　根據(jù)控制要求本方案灌裝部分選用永宏P(guān)LC主機(jī)FBs-40MAT2-AC作為控制系統(tǒng)，蓋蓋部分選用永宏P(guān)LC主機(jī)FBs-24MAT2-AC作為控制系統(tǒng)，稱重模塊來選用獨(dú)立的稱重系統(tǒng)來完成，同時(shí)選用永宏C2系列兩臺(tái)HMI用于人機(jī)交互;灌裝定位電機(jī)選用兩臺(tái)防爆型 伺服電機(jī)控制，其余部分采用氣缸和外圍輸入輸出線 路(包括按鈕、磁性傳感器和電磁閥等)組成;蓋蓋定位電機(jī)選用一臺(tái)防爆型伺服電機(jī)控制，其余部分采用氣缸和外圍輸入輸出線路(包括按鈕、磁性傳感器和 電磁閥等)組成。整套配置方案能夠幫助客戶節(jié)約很多系統(tǒng)成本，完全能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制的精度和速度要求。

　　4.2 搭配示意圖(圖7)

　　圖7 系統(tǒng)搭配圖

　　4.3 電氣控制

　　全自動(dòng)灌裝機(jī)生產(chǎn)線的電氣控制主要分為主電路和控制電路兩部分。主電路采用AC220V供電，火線采用2平方的單芯紅色PVC線、零線采用2平方的單芯紅 色PVC線、地線采用2平方的單芯黃綠PVC線;主電路主要給主從站PLC控制單元、開關(guān)電源和散熱風(fēng)扇等 部件供電，并通過電源指示燈來進(jìn)行電源顯示;控制電路采用DC24V供電，信號(hào)或電源(+)線采用0.75平方的多芯紅色PVC線、信號(hào)或電源(-)線采用0.75平方的多芯紅色PVC線;控制電路主要給HMI操作界面、電磁閥和指示燈等控制信號(hào)供電;控制電路還采用繼電器等電氣部件進(jìn)行控制電路中間轉(zhuǎn)換控制。

　　全自動(dòng)灌裝機(jī)生產(chǎn)線的電控柜配置主要包括對(duì)控制單元(PLC)、執(zhí)行單元(伺服驅(qū)動(dòng)、繼電器、電磁閥、氣缸等)、供電單元(開關(guān)電源、空氣開關(guān)等)和連接單元(端子臺(tái))的電氣配線。

　　4.4 軟件設(shè)計(jì)

　　4.4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) (圖8)

　　全自動(dòng)灌裝機(jī)生產(chǎn)線的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括三部分：流程控制、輸入/輸出點(diǎn)配置和程序設(shè)計(jì);其中流程控制主要對(duì)工藝流程和控制流程進(jìn)行了說明，輸入/ 輸出點(diǎn)配置主要對(duì)PLC輸入輸出點(diǎn)配置和步進(jìn)接線引腳配置進(jìn)行了說明，程序設(shè)計(jì)主要對(duì)PLC程序和HMI 程序進(jìn)行了說明。

　　圖8 全自動(dòng)灌裝機(jī)生產(chǎn)線系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)圖

　　4.4.2 PLC程序設(shè)計(jì)

　　4.4.2.1 通訊程序

　　在進(jìn)行全自動(dòng)灌裝機(jī)生產(chǎn)線的PLC整體程序設(shè)計(jì)和規(guī)劃時(shí)定位采用的是永宏P(guān)LC的140定位指令;主要用于主站與伺服驅(qū)動(dòng)之間的脈沖傳輸來控制伺服電機(jī)的快速與慢速。主站PLC程序采用的是永宏P(guān)LC【 FUN 140(定位)】指令來進(jìn)行編輯(圖9)。通過一條定位指令可以完成伺服系統(tǒng)的速度控制，為程序編輯和調(diào)試者提供了極大的方便。

　　圖9 定位程序

　　4.4.3 HMI畫面設(shè)計(jì)

　　4.4.3.1 灌裝部分運(yùn)行畫面(圖10)

　　全自動(dòng)灌裝機(jī)生產(chǎn)線的灌裝部分有自動(dòng)運(yùn)行畫面與手動(dòng)畫面主要用于當(dāng)前當(dāng)前狀態(tài)顯示、當(dāng)前生產(chǎn)產(chǎn)量、灌裝重量顯示、伺服速度設(shè)定及秤的各項(xiàng)差值，參數(shù)設(shè)置畫面主要用于秤的各項(xiàng)參數(shù)、定時(shí)時(shí)間。

　　圖10 灌裝部分監(jiān)控畫面

　　4.4.3.2 蓋蓋部分運(yùn)行畫面(圖11)

　　全自動(dòng)灌裝機(jī)生產(chǎn)線的蓋蓋部分有自動(dòng)運(yùn)行畫面與手動(dòng)畫面，主要用于當(dāng)前當(dāng)前狀態(tài)顯示、當(dāng)前生產(chǎn)產(chǎn)量、灌裝重量顯示、伺服速度設(shè)定及秤的各項(xiàng)差值，參數(shù)設(shè)置畫面主要用于秤的各項(xiàng)參數(shù)、定時(shí)時(shí)間。

　　圖11 蓋蓋部分監(jiān)控畫面

　　5 項(xiàng)目難點(diǎn)

　　Q1：永宏P(guān)LC主站與從站之間通訊。

　　A1：該設(shè)備在加工過程中，需要注意對(duì)稱重模塊的反饋的準(zhǔn)確性及主站與從站之間的高速通訊;稱重模塊有時(shí)在通過ModBus反饋實(shí)際重量時(shí)會(huì)出現(xiàn)通訊中斷 ，就會(huì)造成實(shí)際重量與反饋顯示的重量不符。

　　Q2：定位指令(FUN140)的使用。

　　A2：永宏P(guān)LC140定位指令的使用。程序中多次使用定位指令，使用時(shí)要注意需配合141伺服參數(shù)指令一塊使用并需在I/O配置里開啟輸出設(shè)定;還要注意信號(hào)之間的干擾問題。

　　6實(shí)施結(jié)果

　　全自動(dòng)灌裝機(jī)生產(chǎn)線是在灌裝機(jī)系列的基礎(chǔ)上，引進(jìn)國外先進(jìn)灌裝機(jī)技術(shù)，進(jìn)行了進(jìn)一步的改造和創(chuàng)新，其結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單合理，精確度高，操作更加簡(jiǎn)便， 是貴公司填充高務(wù)的理想選擇。這個(gè)項(xiàng)目是對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行改造的項(xiàng)目，程序量比較少，但是現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備比較大的對(duì)極限位的控制一定要好。

　　通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，全自動(dòng)灌裝機(jī)生產(chǎn)線具有重量精準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、省時(shí)省力、便于維護(hù)、高產(chǎn)高效等優(yōu)點(diǎn)。以此方式不但可以減少人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率、節(jié)約人工成本，還達(dá)到了高速度、高精度、高穩(wěn)定性和很強(qiáng)的適用性，同時(shí)也得到了越來越多客戶的認(rèn)可。

　　圖12 灌裝部分電控柜實(shí)際配線圖

　　圖13 蓋蓋部分電控柜實(shí)際配線圖

　　7 方案優(yōu)勢(shì)

　?、龠x用永宏P(guān)LC作為控制核心，永宏P(guān)LC提供完善的擴(kuò)展接口和強(qiáng)大的稱重傳輸功能，能更方便地為用戶提供系統(tǒng)解決方案，得到更好地控制和提供系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)能大幅度地降低硬件成本和提供系統(tǒng)的可操作性。

　?、谟篮闙C系列PLC的通訊口單機(jī)可多達(dá)5個(gè)，除永宏標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議外，還可選用ModBus ASCⅡ/RTU/TCP 通訊協(xié)議或自由通訊協(xié)議，最高通訊速度可以達(dá)到 115.2Kbps;可用于PLC與上位下單系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)信息和動(dòng)作信息的交換。

　?、圻x用永宏P(guān)LC作為控制核心，具有結(jié)構(gòu)緊湊、組裝靈活、編程簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)。

　?、苡篮關(guān)LC使用壽命長(zhǎng)，性價(jià)比高，維護(hù)成本低。

　?、萦篮關(guān)LC編程軟件具有仿真功能，減少了程序編寫和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間，方便技術(shù)人員的調(diào)試工作，提高了工作效益。

　?、抻篮暧|摸屏支持多語言顯示，適應(yīng)各種出口國家的需求，同時(shí)擁有完備的報(bào)警功能可滿足不同需求，在減少產(chǎn)品廢品率的同時(shí)還降低誤報(bào)警的可能性。

　　⑦人機(jī)界面搭配FATEK IoT的iAccess功能，輕松維護(hù)遠(yuǎn)端HMI系統(tǒng)與PLC專案。