基于PLC的食用油灌装生产线的电气控制设计.doc

目 录摘要11 前言21.1 研究目的和意义21.2 国内外发展现状：31.3 我国与世界强国的差距42 设计方案的确定52.1 食用油生产线的分类52.2方案设计53 可编程控制器PLC73.1 PLC 慨况73.2 PLC的结构及基本配置83.3 PLC选型104 硬件设计104.1 生产线电气控制要求104.2 各元器件的选择104.2.1 人机界面的概况及选型104.2.2 伺服系统的概况及选型114.2.3 变频器的概况及选型114.2.4 其他相关元件的选型124.3 PLC的相关硬件设计124.4 人机界面的相关硬件设计144.5 伺服系统的硬件设计154.6 总体设计164.6.1 电控柜总的接线164.6.2 接线柜布局及面板165 软件设计175.1 PLC的软件设计175.2 人机界面的软件设计476 结束语53参考文献54致谢55附录156附录260附录363附录464附录565附录673附录779基于PLC的食用油灌装生产线的电气控制设计摘 要：当前，国内食用油灌装机械制造行业上规模的企业不多，行业产品虽比较丰富，但具体制造厂商受发展水平所限，产品线不够完善。多数企业主要是以部件或小型灌装设备的形式供给产品，能够承接整条生产线工程的企业为数不多。本设计根据现实生产需要使用PLC控制，利用现有的成熟技术，对整个生产线进行智能化控制，实现完全自动化。大大改善了生产效率，节省了人力成本，对食用油灌装行业有着很高的促进作用。关键词：可编程控制器；伺服电机；人机界面；传感器；变频器；The Design of Electrical Control About the Oil Filling Production Line In the PLC-basedAbstract：At present，the manufacturing industry of edible oil filling machine that in more extensive is seldom,but the definiting manufacturers are limited by the development level.Product lines are not perfect.The majority of companies supply products mainly in the form of parts or small filling equipment,only a few enterprises can accept the whole production line engineering.This design according to the practical production need to use PLC control, useing existing mature technology to control the whole production line intelligently so that it can achiev a fully automated. It significantly improved the producting efficiency, save labor costs and has a very high stimulative effect to the edible oil filling industry.Keywords: PLC; servo motor; man-machine interface; sensor; inverter;1 前言对于食用油生产企业来讲；食用油灌装机是基本的生产灌装设备。而现代工业社会机械类设备技术发展速度很快，所以更新换代灌装机设备来给企业带来更多的经济效益，成了衡量粮油企业发展成功与否的重要因素。食用油灌装机的使用情况，不仅可以反应粮油企业的运营情况，而且预示着企业以后的发展状况。在食用油品牌竞争激烈的时代，拥有先进的高精度灌装机设备是获得市场竞争的一种重要手段。 如今，食用油灌装机发展到的最高端形式就是自动液体灌装机的使用，不仅让食用油灌装实现了高度自动化，而且高精度的灌装机让成本降到最低，提高了效率又降低了消耗。现在传统形式的食用油灌装机仍然在很多企业中得到使用，他们也可以完成相应的灌装任务，而且价格要有优势。那么发展高精度自动食用油灌装机的能给食用油企业代来什么好处呢，其实是他们忽略了一个重要的企业发展问题成本。高精度食用油灌装机误差在0.2，而市场上一般灌装机精度是1，食用油小包装国家计量标准是不准小于标注量。也就是说灌装机灌装量只能大于等于标注量。科技发展很快，虽然液体灌装机行业不像电子科技行业那么快的发展更新换代速度，但是处在这样一个大的经济形势下，食用油灌装机的使用很大程度上也成了食用油脂类公司发展水平的衡量标准。自动食用油灌装机拥有高的灌装速度、精准的灌装精度、低能耗、既保证了充足的生产量.又可以给企业节省成本，而且还可以满足各种需求的灌装.这就大大提升企业发展的速度。自动化是今后生产行业发展趋势，趋势所在，只有更好的去适应和改变，才可以占领有利的市场商机，为企业未来发展赢得机遇。所以高精度自动灌装机如今已经成了食用油灌装行业的趋势，也将会成为很多食用油生产企业的必需设备。我国灌装机械制造行业应紧紧把握市场的需求，积极研发适应市场雪球的技术和产品，打造自己的核心竞争力。1.1 研究目的和意义目前，我国的食品包装企业大部分规模偏小，“小而全”是其主要特征之一，同时存在着不顾行业发展要求，重复生产那些成本低、工艺水平比较落后、易于制造的机械产品，行业内目前大约有1/4的企业存在低水平重复生产现象。这是对资源的极大浪费，造成包装机械市场的混乱，阻碍行业的发展。多数企业年产值在几百万元到1000万元之间，低于100万元的企业为数还不少。每年有近15%的企业转产或倒闭，但又有15%的企业加入这个行业，极其不稳定，现象阻碍了行业发展的稳定性。随着科学技术的不断发展，各种食品、水产加工品的出现，对食品包装技术和设备都提出了新的要求。目前，食品包装机械竞争日趋激烈，未来的食品灌装机械将配合产业自动化，促进包装设备总体水平提高，发展多功能、高效率、低消耗的食品包装设备。实现食用油灌装机械机电一体化是趋势。传统的灌装机械多采用机械式控制，如凸轮分配轴式，后来又出现了光电控制、气动控制等控制形式。但是，随着食品加工工艺的日益提高，对包装参数的要求不断增多，原有的控制系统已难以满足发展的需要，应采用新的技术改变食品包装机械的面貌。当今的食品灌装机械是集机、电、气、光、磁于一体的机械电子设备，在设计时，应着力于提高包装机械的自动化程度，将包装机械的研发与计算机结合，实现机电一体化控制。机电一体化的实质就是从系统观点出发，运用过程控制原理，将机械、电子与信息、检测等有关技术进行有机组合，实现整体最佳化。总体讲，它是将微机技术引入到包装机械，应用机电一体化技术，开发智能化包装技术，按产品自动包装工艺要求组合成全自动包装系统进行生产，生产过程的检测与控制、故障的诊断与排除将实现全面自动化，实现高速、优质、低耗和安全生产。1.2 国内外发展现状：当前，国内食用油灌装机械制造行业上规模的企业不多，行业产品虽比较丰富，但具体制造厂商受发展水平所限，产品线不够完善。多数企业主要是以部件或小型灌装设备的形式供给产品，能够承接整条生产线工程的企业为数不多。由于技术水平的原因，成套设备的整体性能欠佳。灌装机械制造厂商在整线的研发上，综合实力有限，部分单机发展不错，但配套设备发展地不完善，导致整线性能大打折扣。在高端市场，多数企业仅个别设备达到用户需求；在承接工程时，多是以配套设备供应商的角色出现，市场竞争力较差。虽然，国内灌装机行业已经有了很大的发展，但是在自动化程度上与国外先进设备还存在着很大的差距，还不能改变灌装机目前落后的状况。国内灌装机械制造行业主要是通过技术引进和测绘，仿制国外设备发展起来的。几十年来，一直重复着这样一个过程：落后引进仿制落后。目前，具备自主研发能力的企业寥寥无几，而真正掌握具备国际先进水平的自主知识产权核心技术的更是凤毛麟角。而国外在食用油灌装行业已经发展到了相当的高度，以下是最近几年国外的灌装机械产品，从中不难看出我国与外国的差距。新一代无菌灌装机。法国斯拉克公司最近向市场推出了新一代可处理多种产品、多种容器、多种尺寸的无菌灌装机系列，该系统可取代传统的杀菌隧道，其磁性控制的灌装嘴可确保同时灌装的液体及半液体产品(浆状物、果粒)达到无菌效果。电子容量式灌装机。意大利迈格瑞公司研制生产出VoL-JET系列电子容量式灌装机，该机装有电子流量计的灌装阀，可适用于各种瓶型，机内装有内存99组不同产品参数的控制面板，通过随机一起转动的中央PLC控制可确保数据传输的连续可靠。灌装过程通过与灌装阀相关的专用流量计进行控制，灌装中无垂直机械运动，因而无磨损、免维护、易清洗。无菌控制阀与容器在灌装过程中不接触，非常适合在无菌环境中灌装。电子旋转PET灌装机。德英合资CBIAL-FILL公司开发生产出电子旋转PET灌装机，是单机结合旋转洗瓶、灌装、封盖的新系统。它采用“瓶颈”传递系统，不同瓶体和包装间的转换可在一分钟内完成。适用于非充气饮料、碳酸饮料、含果肉饮料，灌装温度可在5-70之间，每小时灌装量可达4.4万瓶左右。新容器反压电子灌装机。意大利一家公司开发出新容器反压电子灌装机，它是根据电磁流量计的原理研制而成的一种新设备。它有三种不同的灌装形式：瓶与喷嘴接触的无菌充气饮料、瓶与喷嘴不接触的无菌不充气饮料、瓶与喷嘴接触的不充气饮料和充气饮料。该机可称得上是一条万能的灌装系统，它能够处理各种不同规格的瓶子和产品，具有极高的包装质量和操作安全性。1.3 我国与世界强国的差距（1）产品品种及成套数量少国内大多以生产单机为主，而国外大多为配套生产，很少单机销售。一方面国产设备的品种无法满足国内食品和包装企业的需要，另一方面机械厂单机生产销售上利润微薄，无法获得成套设备销售的高效益。 （2）技术水平低 主要表现在产品可靠性差，技术更新速度慢，新技术、新工艺、新材料应用少。我国的食品和包装机械单机多、成套少，通用机型多、满足特殊要求、特殊物料的设备少。技术含量低的产品多，高技术附加值、高生产率的产品少；智能化设备还处于研制阶段。（3）产品质量差我国食品和包装机械产品的质量差距主要表现在稳定性和可靠性差、造型落后，外观粗糙、基础件和配套件寿命短、无故障运行时间短、大修周期短，且绝大多数产品还没有制定可靠性标准。2 设计方案的确定2.1 食用油生产线的分类目前市场见到的大部分食用油灌装机械的分类：表1 食用油灌装机械分类Table 1 The classification of the edible oil filling machine 按自动化程度分 按定量装置分 按灌装原理分 按供料结构分 手工灌装 容杯式 真空灌装 单室供料 半自动灌装 液面式 常压灌装 双室供料 全自动 转子式 反压灌装 多室供料 压盖联合灌装 柱塞式 负压灌装 从电气角度考虑，在自动化程度方面主要可分为半自动灌装机和全自动灌装机。半自动灌装：半自动灌装机一般都带有脚踏开关，定量放桶脚踏启动油嘴下落灌装油嘴回升真空回吸下放一组空桶。半自动灌装机分单头和双头，单头灌装能力120桶/小时（按5升计算）。双头小包装灌装能力：360桶/小时（按5升计算）。全自动灌装机：全自动灌装机流程，人工定量人工放瓶自动感应瓶口位置油嘴下落自动灌装自动传送人工放盖自动压盖自动喷码传送到库房装箱（此过程只需人工放瓶和人工放盖两个人工操作）2.2 方案设计根据生产需要，尽可能的满足全自动化，高精确性，低成本，可靠性高，维修简单等特点。因此，在现有基础上会对现有的结构进行改进。本设计采用完全自动化无人参与的设计思路，用现在比较成熟的技术进行控制。整个过程即注塑机注出空瓶计数器进行计数灌装机灌装压盖机压盖贴标机贴标喷码机喷码机器手装箱整个生产线的工艺流程如图1所示注塑机注出空瓶计数器进行计数灌装机灌装压盖机压盖贴标机贴标机器手装箱喷码机喷码图1 食用油生产线工艺流程图 Fig 1 Process flow diagram of edible oil production line生产线工作现状如图2所示图2 食用油生产线工作图Fig 2 Pictrue of edible oil production line in woke各个工序的具体电气控制方法：（1）注塑 由注塑机注出来的空瓶经过人工筛选（一般很少有不良品）和一段时间冷却进去下一个工序。（2）计数 由计数器感应并计数，计数器和PLC联机，而PLC和人机界面（触摸屏）联机并把计数器计的数在人机界面上显示出来。（3）灌装 灌装机的油口由一个总油口和四个分油口组成，每个油口由一个电磁阀控制。为了控制每瓶油的装油量准确无误，在每个分油口上装有一个流量计。电磁阀和流量计都和PLC联机，流量计会根据流量跟PLC发脉冲来计算流量，当实际脉冲值快到达设定脉冲时关闭总油阀，当达到设定脉冲值时关闭分油阀，灌装完毕。在生产线上还有一个前挡瓶阀和一个后挡瓶阀，并在前挡瓶阀上方有一个传感器，当前挡瓶阀感应到有四个空油瓶经过，延时一下，前挡瓶阀自动挡瓶，而此时后挡瓶阀时挡瓶状态，升降阀下降灌油，当灌装完毕后后升降阀上升，挡瓶阀开启。（4）压盖 压盖机后下方有个感应器，当感应到有油瓶来到时压盖机在PLC的控制下自动压，盖待完成后挡瓶阀自动开启通过。（5）贴标 贴标机能自动感应所来油瓶，当油瓶通过，自动进行贴标（6）喷码 喷码机也能自动感应所来油瓶并完成喷码（7）装箱 装箱时在设计在底下仓库，由气动机械手自动装夹和搬运。当机器手下的传感器计数有4个瓶通过时由PLC控制挡瓶阀挡瓶，再由机械手装夹和搬运，这过程中得运动精度由伺服电机控制，完全保证其运动精度。当机械手提起后，挡瓶阀开启。另外，整个灌装过程会用人机界面进行监控，保证生产的正常有序进行，在出现异常是会自动报警。3 可编程控制器PLC3.1 PLC 慨况可编程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，简称PC）。与个人计算机的PC相区别，用PLC表示。PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料：在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。PLC程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。 输入设备（开关、传感器）输出设备（接触器、电磁阀）PLC内部控制电路控制对象（电动机等）图3 PLC构成的存储程序控制系统Fig 3 The stored program control system of PLC3.2 PLC的结构及基本配置一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。CPU的构成：PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。CPU的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU虽然划分为以上几个部分，但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对CPU内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在PLC中的功能与性能，能正确地使用它就够了。CPU模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲，CPU模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式PLC的主箱体也有这些显示。它的总线接口，用于接I/O模板或底板，有内存接口，用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。CPU模块上还有许多设定开关，用以对PLC作设定，如设定起始工作方式、内存区等。I/O模块：PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。电源模块：有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。底板或机架：大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。PLC 的外部设备：外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类（1）编程设备：有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。（2）监控设备：有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。（3）存储设备：有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如EPROM、EEPROM写入器等。（4）输入输出设备：用于接收信号或输出信号，一般有条码读人器，输入模拟量的电位器，打印机等。PLC的通信联网：PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有RS-232接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。当然，PLC之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。了解了PLC的基本结构，我们在购买程控器时就有了一个基本配置的概念，做到既经济又合理，尽可能发挥PLC所提供的最佳功能。3.3 PLC选型考虑到生产线工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性，采用PLC作为核心控制器，各控制对象都必须在PLC的统一控制下协同工作， PLC采用国产汇川公司的H2U-1616MR型(16点输入、16点输出)和H1U-0808MT型PLC(08点输入、08点输出)。两PLC分别用于联合灌装和装箱。汇川H2U系列可编程控制器是小型化，高速度，高性能的产品，完全兼容日本三菱FX2N系列的PLC，包括程序、软件、扩展模块、通讯协议以及上位机联接。甚至拥有一些其他PLC没有的功能，比如加密功能。因此，拥有很高的性价比，是国产PLC中的高端产品。加上本人对此产品叫为熟悉。4 硬件设计4.1 生产线电气控制要求（1）人机界面直接设定和监控灌装量（2）PLC程序控制，可全自动和手动直线灌装（3）高精度容积式流量计，定量精确可靠（4）灌装、压盖、装箱能准确定位4.2 各元器件的选择4.2.1 人机界面的概况及选型人机界面（HumanMachine Interaction，简称HMI），是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是计算机系统的重要组成部分。是指人和机器在信息交换和功能上接触或互相影响的领域或称界面所说人机结合面，信息交换，功能接触或互相影响，指人和机器的硬接触和软触，此结合面不仅包括点线面的直接接触，还包括远距离的信息传递与控制的作用空间。人机结合面是人机系统中的中心一环节，主要由安全工程学的分支学科安全人机工程学去研究和提出解决的依据，并过安全工程设备工程学，安全管理工程学以及安全系统工程学去研究具体的解决方法手段措施安全人机学。它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。现在大量运用在工业与商业上，简单的区分为“输入”（Input）与“输出”（Output）两种，输入指的是由人来进行机械或设备的操作，如把手、开关、门、指令（命令）的下达或保养维护等，而输出指的是由机械或设备发出来的通知，如故障、警告、操作说明提示等，好的人机接口会帮助使用者更简单、更正确、更迅速的操作机械，也能使机械发挥最大的效能并延长使用寿命，而目前市面上所指的人机接口则多界狭义的指在软件人性化的操作接口上。目前市场上用的较多的触摸屏主要有西门子，台大，威能通，汇川。其中西门子的屏以质量好著称，而市场占有率最高的是威能通的屏，其较高的性价比是人们的首选。而考虑到兼容性，此设计所用的是性价比也很高，而且新出的汇川的触摸屏IT-6070。4.2.2 伺服系统的概况及选型伺服系统（servomechaninsm）是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护不方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。伺服系统方面中国与国外有着很大的差距，因此目前国内使用的基本上都是使用的外国品牌，比如德国的西门子，日本的松下、三菱，美国的A-B。但目前使用最多的还是日本的伺服系统。本设计采用的是三菱的MR-J2S-40A的伺服控制器和三菱的HF-KP-43A伺服电机。4.2.3 变频器的概况及选型变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。国产变频器已经做的很好，加上考虑到兼容和性价比，本设计采用汇川公司的MD280NT1.5GB变频器。4.2.4 其他相关元件的选型挡瓶阀，升降阀，抽真空阀选用派克公司DE D41VW001C1NJWTI6N电磁阀，计数器选用正泰NJJ5-J电子计数器和所有开关按钮选用正泰的产品，流量计选用江苏顺通的ST-LDE系列流量计，断路器选用正泰的DZ27-60 3P D15A断路器，一个1.5kw的输送带电机和一个3kw的油泵电机。4.3 PLC的相关硬件设计PLC人机界面流量计传感器挡瓶阀 图4 灌装系统的工作示意图Fig 4 Working diagram of the filling system传感器PLC伺服控制器挡瓶阀伺服电机图5 装箱系统的工作示意图Fig 5 Packing system schematic灌装PLC的接线 图8 灌装PLC的接线图Fig 8 The wiring diagram filling of PLC装箱PLC的接线 图9 装箱PLC的接线图Fig 9 Wiring diagram of packing PLC 4.4 人机界面的相关硬件设计 开关电源HMIPLC 图10 人机界面工作示意图Fig 10 The diagram of man-machine interface schematic人机界面的外部接线： 图11 人机界面的外部接线图Fig 11 External wiring diagram of the human-machine interface4.5 伺服系统的硬件设计PLC伺服控制器伺服电机传感器油瓶位置图12 伺服系统工作示意图Fig 12 Schematic diagram of the servo system伺服系统的接线图图13伺服系统的接线图Fig 13 Wiring diagram of the servo system4.6 总体设计4.6.1 电控柜总的接线图14 电控柜总的接线示意图Fig 14 Control cabinet diagram of the overall wiring schematic4.6.2 接线柜布局及面板图15 接线柜面板示意图Fig 15 Wiagram of wring cabinet panel5 软件设计5.1 PLC的软件设计灌装PLC的I/O口分配表2 灌装PLC I/O口输入分配Table 2 Input assignment of PLC I / O port use to filling 输入地址 对应的输入设备X0 瓶计数 X1 流量计1X2 流量计2X3 流量计3X4 流量计4X5 灌装入口瓶感应X6 启动X7 停止X10 急停X11 压盖传感器表3 灌装PLC I/O口输出分配Table 3 Output assignment of PLC I / O port use to filling and distribution 输出地址 对应的输入设备Y0 分阀1 Y1 分阀2Y2 分阀3Y3 分阀4Y6 油泵电机Y7 轨道电机Y10 总阀Y11 升降阀（灌油）Y12 升降阀（压盖）Y13 灌装入口挡瓶Y14 灌装出口挡瓶Y15 抽真空阀Y16 压盖Y17 压盖传感器表4 灌装PLC 中间继电器输入分配Table 4 Input assignment of filling PLC intermediate relay 输入地址 对应的输入设备 M1 手动自动切换M2 自动输送带M3 手动灌装 M4 启动M7 输送电机M8 油泵电机M21 挡瓶阀M22 灌装升降阀 M40 灌装阀开关输入继电器X代表PLC外部输入信号状态元件，通过X端口来检测外部信号状态，0代表开路路，1代表信号闭合。输出继电器是关联到外部用户控制装置的硬件端口软件，在逻辑上与PLC的物理输出端口一一对应。PLC每次扫描完用户程序后，会将Y继电器的元件状态传送到PLC的硬件端口上，0表示输出端口开路；1表示输出端口闭合。辅助继电器M用作用户程序执行过程的中间变量，用于状态信号的传递，M变量与外部端口没有直接的联系，一个M可变量可无限次使用。寄存器D用于数据的运算和存储，如对定时器、计时器、模拟量参数的运算和存储等，每个寄存器的宽度为16bit。装箱PLC的I/O分配表表5 装箱PLC I/O口输入分配Table 5 Input assignment of Packing PLC I / O port 输入地址 对应的输入设备X1 启动X2 压盖感应M6 正转M7 反转M8029 定位完成D4 速度D6 速度D8 反转速度D10 角度D100 角度D8140 输出脉冲数D8126 通讯协议表6 装箱PLC I/O口输出分配Table 6 Output assignment of Packing PLC I / O port 输出地址 对应的输入设备Y0 轴1输出脉冲 Y1 轴2输出脉冲Y2 轴1方向Y3 轴2方向Y5 电磁阀装箱PLC的时序图挡瓶阀关升降阀下降抓紧升降机上升机械手移动升降机下降升降机上升升降机移回运算光电感应图6 装箱PLC的时序图Fig 6 Timing diagram of the packing PLC灌装PLC的时序图前挡瓶升降阀下降灌装关吸油阀开启升降阀上升后挡瓶阀开启压盖感应升降机下降流量计算延时关闭延时关闭升降阀上升压盖运算挡瓶阀开启计数灌油图7 灌装PLC的时序图Figure 7 The timing diagram of Filling PLC本次设计使用的是汇川公司的H2U-1616MR和H2U-1616MT的PLC,编程软件是汇川公司自己设计的AutoShop V1.0.7编程软件。灌装机械的灌装和压盖的整个过程的梯形图 图16清零，开始计数梯形图Fig 16 The ladder diagram of cleared, start counting 其程序如下所示：EILD M8002ORP M1MOV K0 C235MOV K0 C236MOV K0 C237MOV K0 C238LD M8000OUT C235 K10000OUT C236 K10000OUT C237 K10000OUT C238 K10000图17 设定流量运算梯形图Fig 17 The ladder diagram of set the flow computation 图18 设定流量运算梯形图Fig 18 The ladder diagram of set the flow computation其程序如下所示：LD M8000DEMUL D300 D500 D600DINT D600 D600DEMUL D302 D502 D602DINT D602 D602DEMUL D304 D504 D604DINT D604 D604DEMUL D306 D506 D606DINT D606 D606DDIV D600 K2 D350DDIV D602 K2 D352DDIV D604 K2 D354DDIV D606 K2 D356相关说明：IE：语句被执行后，中断功能允许；PLC程序开始运行时，默认为中断禁止状态。DEMUL：为32位的浮点数乘法指令，将两操作数相乘的结果放到目的地址中。DINT：为将目的操作数中的浮点数转换为整数。DDIV：为32位的整数除法指令，将两操作数相乘的结果放到目的地址中。商放入高字节单元，余数放入低字节单元。网络1，网络2中得程序就是设定允许中断和给一些寄存器进行设定，然后将设定的脉冲和接受的脉冲进行计算，用来判别下面指令的运行。其中D300，D302，D304，D306，为触摸屏上工人设定的体积，D500，D502，D504,D506为单位体积油量容积所对应的脉冲数。图19 流量比较梯形图Fig 19 The ladder diagram of flow comparison 图20 关总闸梯形图Fig 20 The ladder diagram of off the total gate 其程序如下所示：LD M8000DHSCS D350 C235 M510DHSCS D352 C236 M511DHSCS D354 C237 M512DHSCS D356 C238 M513LD M510OR M511OR M512OR M513OUT M500LD M520OR M30LD M521OR M31ANBLD M522OR M32ANBLD M522OR M33ANBOUT M501MOV K0 C235MOV K0 C236MOV K0 C237MOV K0 C238图21比较梯形图梯形图Fig 21 The ladder diagram of Comparison 其程序如下所示：LD M500RST M40DHSCS D600 C235 I010DHSCS D602 C236 I020DHSCS D604 C237 I030DHSCS D606 C238 I040图22 流量运算梯形图Fig 22 The ladder diagram of flow computation 图23 流量运算梯形图Fig 23 The ladder diagram of flow computation 其程序如下所示：LD M8000MOV C235 D310FLT D310 D310DEDIV D310 D500 D100DMOV C236 D318FLT D318 D318DEDIV D312 D502 D102MOV C237 D326FLT D326 D326DEDIV D326 D504 D104MOV C238 D334FLT D334 D334DEDIV D334 D506 D106相关说明：DHSCS: 当计数器的当前值等于设定值