基于PLC的自动灌装系统设计

基于 PLC 的自动灌装系统设计 摘要 随着我国经济的快速发展 传统灌装机采用 的继电器控制方式 自动化和集成化水平较低 已经不能 满足生产自动化的快速发展 自动化生产线执行机构多 功能复杂 继电器控制方式不能够满足需要 PLC 控制方 式具有编程简单 抗干扰性强 工作可靠性高等优点 逐 渐替代了继电器控制方式 本设计采用 PLC 控制方式 对 自动灌装机的变频器和伺服电机进行编程控制 对硬件系 统和软件系统进行系统设计 实现灌装系统的功能设计 关键词 自动灌装 PLC 设计 中图分类号 TB486 文献标识码 A 文章编号 1007 9416 2014 03 0016 02 1 自动灌装系统简介 自动灌装系统的应用范围比较广 主要应用在食品 日化 化工等领域 目前自动灌装自动化程度越来越高 大量使用电脑和机电一体化的控制方式 尤其是可编程控 制器控制方式在自动灌装系统的应用较为广泛 国外的灌 装系统发展比较成熟 以 PLC 控制系统为主流的自动化控 制系统运行平稳 事故率较低 国内的灌装机发展比较晚 多数的灌装机性能比较落后 运行速度 稳定性 精度都 比较低 2 PLC 控制在自动灌装系统的应用 PLC 对步进电机和伺服电机进行运动控制 主要应用 于各种机床 自动化生产线和机器人等 PLC 既可以进行 单机控制 又可以进行多机联网控制 正在逐渐取代继电 器电路控制 能够实现逻辑控制和顺序控制 在机床 自 动生产线 电梯控制等领域应用广泛 灌装系统最大的特点就是系统动作复杂 连贯性要求 高 具有较多的执行元件 不适合使用大量的中间继电器 来进行系统的控制 PLC 具有上百点的内部辅助继电器和 大量的内部专用继电器 能够满足系统的控制要求 PLC 控制的使用寿命和可靠性也比继电器控制方式要好很多 PLC 应用在灌装系统上比使用其他的控制方式具有一些明 显的优势 比如 PLC 逻辑控制不需要进行硬件的修改 3 自动灌装系统的整体设计 首先根据系统的工艺流程和执行机构进行整体分析 灌装系统的机械机构主要由网带进瓶机构 导瓶机构 传 送机构 灌装跟踪机构及灌装机构等构成 执行机构需要 互相配合 相互协调 软件和硬件相结合才能够保证灌装 系统的顺利进行 通过对执行机构的工作流程进行分析 设计和编译软件的实现过程 通过对各个过程进行连续动 作过程的衔接控制和速度控制 其电气部分的控制系统主 要包括输入控件 PLC 可编程控制器和输出控件三部分 灌装系统的工艺流程如图 1 所示 传送带的速度控制需要考虑的因素很多 灌装瓶的水 平和垂直跟踪 灌装停留的速度 灌装的一个周期主要包 括 5 个工步 限位 垂直下降 同步灌装 垂直上升 回 程 这 5 个工序配合传送带的速度控制和启动与制动的操 作 就能够完成灌装机的自动控制 灌装传送带系统总体 设计方案见图 2 4 主要的 I O 分配和系统控制单元 自动灌装系统的 I O 分配图 如图 3 所示 其中 X0 X1 X2 三个输入实现桶口位置检测 X3 X5 实现整个系统的手动控制 X14 X15 X16 实现 灌装下降 灌装 关闭的顺序控制 Y0 Y1 Y2 控制传送 的启停机速度 Y3 Y11 控制灌装过程 5 灌装系统的调速系统设计 根据灌装系统的自动化控制程序设计要求 进行灌装 系统的传送带调速系统分析 实际系统调速的闭环控制程 序 完成系统对于传送带速度的设计要求 设计的思路为在皮带高速稳步运行段 通过测每秒编 码器发出的脉冲数来测得皮带的实际速度 把这个速度与 设定的目标速度进行比较 设置相应的加减速 即可使得 皮带稳速运行 5 1 通过改变输出频率来控制速度 通过改变变频器的输出频率来完成频率的输出要求 从而来控制速度 当 X4 处于闭合状态时 Y0 输出一个 300HZ 的脉冲 当 X4 处于断开状态时 停止 5 2 通过改变占空比来控制速度 如图 4 通过改变频率的占空比可以对发出的脉冲进行调整 从而进行传送带的速度调整 为了方便的利用程序来控制 变频器的输出频率 选用 PLC 的 PWM 输出功能来控制变 频器的输出 这样一来 只需改变 PLC 输出的 PWM 波形 的占空比 即可改变变频器的输出频率 最终到达对电机 调速的目的 当 X6 闭合时 在指定的通道 CH0 中 Y0 输出周期 502 5ms 占空比为 50 的波形 其中 K1 为周期控制字 K500 代表占空比 最后的 K0 是代表 CH0 通道 如图 5 6 结语 本文通过对自动灌装系统的调研 PLC 应用于自动灌 装系统具有明显的优势 通过对系统进行总体设计和不同 功能单元的控制 重点对自动灌装系统的传送带调速系统 进行了设计分析 完成了自动灌装系统的功能设计 参考文献 1 雷新利 赵忠 基于 PLC 和触摸屏的灌装系统设计 J 机 械与电子 2007 09 2 唐国兰 基于 PLC 的高速全自动包装机控制系