PLC在自立袋罐装机控制系统中应用研究.doc

PLC在自立袋罐装机控制系统中应用研究10食品机械 齐宝剑 指导老师 苏利摘要：采用 PLC和旋转编码器作为自立袋罐装机的控制系统，通过PLC的高速计数器将旋转编码器的转角读取，根据转角位置发出控制信号，简化了自立袋罐装机安装调试工作，同时增加了自立袋罐装机的柔性，提高了可靠性和工作效率。关键词：自立袋罐装机 PLC 旋转编码器1.PLC软硬件及技术特点介绍PLC的市场的潜力是巨大的，不仅在我国，即使在工业发达的日本也有调查表明，PLC配套的机电一体化产品的比例占42%，采用继电器、接触器控制尚有24%。所以说，需要应用PLC的场合还很多，在我国就更是如此了。 从技术创新的角度看，我国大中型企业还要大力发展CIMS，在机械制造厂要形成FMS柔性制造系统，PLC是基础，所以PLC市场是广阔的。 PLC具有稳定可靠、价格便宜、功能齐全、应用灵活方便、操作维护方便的优点，这是它能持久的占有市场的根本原因，我们下面重点介绍PLC的硬件和软件，并研究其发展前景。图1 PLC在各个领域应用所占的比例1.1.PLC的硬件和软件介绍PLC在90年代已经形成微、小、中、大、巨型多种PLC。按I/O点数分，可分为： 微型PLC： 32 I/O 小型PLC： 256 I/O 中型PLC：1024 I/O 大型PLC：4096 I/O 巨型PLC：8195 I/O （注：近年来有单机支持300回路和65000点I/O的大型系统） 对应中型PLC以上，均采用16位32位CPU，微、小型PLC原采用8位CPU，现在根据通讯等方面要求，有的也改用16位32位CPU。由于I/O 64点以下PLC销售额占整个PLC的47%，64点256点的占31%，合计位整个PLC销售额的78%，所以对微、小型PLC应多加研究。 PLC控制器本身的硬件采用积木式结构，各厂家产品结构大同小异。以日本欧姆龙C200HE为例，为总线模板框式结构，基本框架（CPU母板）上装有CPU模板，其它槽位装有I/O模板；如果I/O模板多时，可由CPU母板经I/O扩展电缆连接I/O扩展母板，在其上装I/O模板；另一种方法是配备远程I/O从站等。这些都说明了PLC厂家将硬件各部件均向用户开发，便于用户选用，配置成规模不等的PLC，而且这种硬件配置的开放性，为制造商、分销商（代理商）、系统集成商、最终用户带来很多方便，为营销供应链带来很大便利，这是一大成功经验。1.2.PLC的技术特点介绍OMRON小型CPM2AH系列PLC具有优异的性能价格比，所组成的控制系统具有如下技术特点：（1）稳定的性能CPM2AH系列PLC外型小巧结构紧凑，OMRON公司长期积累的生产控制经验和严格的技术标准保证了其可靠稳定的性能，即使在恶劣的产业环境下仍然能正常运行。更经过高低温的考验，使得该PLC可以适用在特殊的场合。（2）模拟量功能CPM2AH使用专用的TS101TS102温度控制模块，直接连接PT100温度传感器，提升温度丈量的精度和可靠性。（3）通讯功能增强CPM2AH提供内置的RS232C端口和RS422端口。OMRON完全开放的通讯协议可以方便的实现上位机远程监控功能，用户可以为所欲为自己定制开发通讯监控系统。（4）高速的程序执行速度更快的程序指令执行速度，使得控制过程精确无误。（5）很强的扩充能力 模拟量可以增加到12路；系统支持Device Net协议，具有强大的扩充能力，通过远程端子，可以扩充到256点，方便组成集散控制系统。1.3.控制系统功能控制系统的功能包括：设备运转控制，运行参数监视，能量自动调节，故障报警记录和系统参数设定等功能： （1）设备运转控制 可以以三种形式启动机组，本地启动、远程信号启动、定时启动，具体为：1）在远程信号和定时信号都屏蔽的情况下以本地方式启停2）在定时屏蔽、远程信号答应的情况下以远程方式自停3）定时答应的情况下以定时方式启停。在系统无全局故障情况下，以任何一种方式启动后，辅机设备先开启，然后开启主机。当机组中有多台压缩机时，控制系统将根据压缩机运转的时间来确定开启的压缩机编号，以使得机组中各台压缩机保持相对均匀的运行时间。停机也有三种开工，与机组的启动方式相对应。停机时，先将压缩机卸载，然后停止运行。但无论在何种启动的模式下，本地停机均拥有最高的操纵优先权。（2）运行参数监视 控制系统可以监视机组运行过程中的运行参数和设备运行状态，显示各重要参数的变化趋势曲线。如冷水出口温度、压缩机的负载情况等：（3）能量自动调节在机组辅机运转正常，主机启动完成后即进进能量调节过程。可以通过选择冷水进口温度控制或冷水出口温度控制来决定机组是根据进口温度还是出口温度来实现控制。在进口温度控制或出口温度控制下，比较实际温度和没定温度值，决定机组的上下载。实际温变值大于设定温度值时，机组上载；小于设定温变值时，机组下载。可以根据两者间的温差值来决定上下载的周期是非，温差大则上载或下载周期短，温差小则上载或下载周期相应增长，温差在0.5之间可以停止上下载。2.PLC的应用实例2.1 .PLC在自立袋罐装机控制系统中生产流程图本系统是集灌装、旋盖、清洗于一体的生产线，适用于有嘴软包装袋的自动定量灌装、旋盖，可以灌装液体、酱料等流体产品。本机采用特殊灌装头，可分二次灌装，当灌装位置没有包装袋时，灌装头不会流出灌装液体，保证了包装袋产品外观的干净整洁。具体流程图如图2所示。 图2 生产流程图2.2.控制系统原系统采用凸轮系触发控制信号，利用五个调整好的凸轮，来实行工作循环及节拍，控制各执行机构的动作。在执行灌装过程的五个步骤，即：电器联锁，泵工作，阀工作，旋盖和清洗，要求凸轮在达到一定角度时五个凸轮配合工作。此方法虽然也能满足控制的要求，但是凸轮位置要求较高，调整麻烦，设备的装配、调整带来困难，而且，当生产过程中的工艺参数发生变化时，调整起来相当困难。原系统凸轮系结构如图3所示。图3 凸轮系结构图新设计采用PLC和旋转编码器实现对各执行机构的精确控制，使控制系统模块化，设备的零部件数量、结构大为简化。同时通过与文本显示器相结合，还能根据包装产品的不同，方便快捷地修改工艺参数，省去了原始控制面板的设计与生产，具体结构如图3所示。增量式旋转编码器的特点是每产生一个输出脉冲信号就对应一个增量位移角，利用C200HE的高速计数器指令（HSC）来实现精确读取旋转编码器的转角，从而实现对空间凸轮所转过的角度进行检测。当脉冲数表明空间凸轮转过所要求的角度时，PLC就发出指令，要求各执行机构执行相应的动作，即实现灌装、旋盖和清洗。高速计数器的最高计数频率取决于CPU的型号，CPU224有6个高速计数器，6个单相计数器，均为20kHz的时钟速率。1.电机2.旋转编码器3.减速器4.凸轮分度器5.出袋口6.清洗装置7.旋盖装置8. 文本显示器9.灌料装置10.压注装置11.料箱 12.加热水箱 图4灌装机主要结构图 2.3.控制系统时序图及程序流程图控制系统的时序是非常重要的，既要紧凑，又要满足各个工序要求，只有安排得好，各执行机构才能合理执行各自的动作。原系统采用凸轮系对设备各执行机构进行控制，改造后采用PLC、位置传感器及旋转编码器等来完成控制。图5 时序图2.4. PLC控制部分输入输出信号根据整个循环工作中PLC要做的工作， PLC输入输出信号如表1所示。表1 PLC输入输出信号6 结论 通过利用PLC，旋转编码器以及文本显示器，实现了对自立袋罐装机的准确控制，简化了调整难度，提高了效率和应