本文主要闡述了永宏P(guān)LC在全自動灌裝機生產(chǎn)線上的應用。全自動灌裝機生產(chǎn)線是包裝機中的一小類產(chǎn)品，從對物料的包裝角度可分為液體灌裝機、膏體灌裝機、粉劑灌裝機、顆粒灌裝機;從生產(chǎn)的自動化程度來講，又分為半自動灌裝機和全自動灌裝生產(chǎn)線。近年來隨著食品QS認證要求，食用油的廠家已經(jīng)開始注重產(chǎn)品質(zhì)量和包裝，所以油類全自動灌裝機生產(chǎn)線在灌裝設備中地位凸現(xiàn)。本項目采用臺灣永宏FBs系列可編程程序控制器設計了全自動灌裝機生產(chǎn)線的PLC控制系統(tǒng)，對該設備進行自動化控制，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

　　全自動灌裝機生產(chǎn)線在食品行業(yè)、飲料行業(yè)、日化行業(yè)等廣泛使用。液體包裝機械競爭日趨激烈，未來的液體灌裝機械將配合產(chǎn)業(yè)自動化，促進包裝設備總 體水平提高，發(fā)展多功能、高效率、低消耗的食品包裝設備。全新臥式設計，輕巧方便，自動抽料，對于黏稠較大的膏體可加料斗加料，還有噪音小、無振動、性能優(yōu)越等特點(圖1)。

　　圖1 全自動灌裝生產(chǎn)線圖

　　2 設備簡介

　　2.1 概述

　　一直以來，全自動灌裝機生產(chǎn)線就是飲料市場的堅實后盾，特別是現(xiàn)代市場上人們對商品質(zhì)量要求日漸提高、市場需求不斷擴大、企業(yè)對高效自動化生產(chǎn)的要求，在這樣的情況下，全自動灌裝機生產(chǎn)線更是成為了炙手可熱的灌裝設備。加上近幾年科學技術(shù)水平的提高，國內(nèi)灌裝機行業(yè)也得到了較快的發(fā)展，技術(shù)水平、設備性能、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 機械結(jié)構(gòu)

　　全自動灌裝機生產(chǎn)線的機械結(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、灌裝機頭、機頭升降機構(gòu)、原料倉、控制系統(tǒng)等機構(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)機械結(jié)構(gòu)和工藝要求，全自動灌裝機生產(chǎn)線主要用于完成液體的自動灌裝、自動蓋蓋。同時還需 要實現(xiàn)以下操作要求，可以隨時通過調(diào)整灌裝重量來達到灌裝要求及手動控制蓋蓋?？偠灾?，全自動灌裝機生產(chǎn)線既需要很好的實現(xiàn)多種控制要求，同時也需要很好的實現(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)

　　全自動灌裝機生產(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、機頭下降、開始灌裝、灌裝完成、機頭上升;蓋蓋分為：滿料桶定位，取料桶蓋、蓋蓋模塊運動、蓋蓋完成;從開始到結(jié)束全部實現(xiàn)了自動化使工藝操作安全衛(wèi)生，使用方便，高產(chǎn)高效、省時省力。

　　圖6 全自動灌裝機生產(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FBs-40MAT2-AC作為控制系統(tǒng)，蓋蓋部分選用永宏P(guān)LC主機FBs-24MAT2-AC作為控制系統(tǒng)，稱重模塊來選用獨立的稱重系統(tǒng)來完成，同時選用永宏C2系列兩臺HMI用于人機交互;灌裝定位電機選用兩臺防爆型 伺服電機控制，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;蓋蓋定位電機選用一臺防爆型伺服電機控制，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

　　全自動灌裝機生產(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)電源和散熱風扇等 部件供電，并通過電源指示燈來進行電源顯示;控制電路采用DC24V供電，信號或電源(+)線采用0.75平方的多芯紅色PVC線、信號或電源(-)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供電;控制電路還采用繼電器等電氣部件進行控制電路中間轉(zhuǎn)換控制。

　　全自動灌裝機生產(chǎn)線的電控柜配置主要包括對控制單元(PLC)、執(zhí)行單元(伺服驅(qū)動、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)的電氣配線。

　　4.4 軟件設計

　　4.4.1 系統(tǒng)軟件設計 (圖8)

　　全自動灌裝機生產(chǎn)線的系統(tǒng)軟件設計主要包括三部分：流程控制、輸入/輸出點配置和程序設計;其中流程控制主要對工藝流程和控制流程進行了說明，輸入/ 輸出點配置主要對PLC輸入輸出點配置和步進接線引腳配置進行了說明，程序設計主要對PLC程序和HMI 程序進行了說明。

　　圖8 全自動灌裝機生產(chǎn)線系統(tǒng)軟件設計架構(gòu)圖

　　4.4.2 PLC程序設計

　　4.4.2.1 通訊程序

　　在進行全自動灌裝機生產(chǎn)線的PLC整體程序設計和規(guī)劃時定位采用的是永宏P(guān)LC的140定位指令;主要用于主站與伺服驅(qū)動之間的脈沖傳輸來控制伺服電機的快速與慢速。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畫面設計

　　4.4.3.1 灌裝部分運行畫面(圖10)

　　全自動灌裝機生產(chǎn)線的灌裝部分有自動運行畫面與手動畫面主要用于當前當前狀態(tài)顯示、當前生產(chǎn)產(chǎn)量、灌裝重量顯示、伺服速度設定及秤的各項差值，參數(shù)設置畫面主要用于秤的各項參數(shù)、定時時間。

　　圖10 灌裝部分監(jiān)控畫面

　　4.4.3.2 蓋蓋部分運行畫面(圖11)

　　全自動灌裝機生產(chǎn)線的蓋蓋部分有自動運行畫面與手動畫面，主要用于當前當前狀態(tài)顯示、當前生產(chǎn)產(chǎn)量、灌裝重量顯示、伺服速度設定及秤的各項差值，參數(shù)設置畫面主要用于秤的各項參數(shù)、定時時間。

　　圖11 蓋蓋部分監(jiān)控畫面

　　5 項目難點

　　Q1：永宏P(guān)LC主站與從站之間通訊。

　　A1：該設備在加工過程中，需要注意對稱重模塊的反饋的準確性及主站與從站之間的高速通訊;稱重模塊有時在通過ModBus反饋實際重量時會出現(xiàn)通訊中斷 ，就會造成實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配置里開啟輸出設定;還要注意信號之間的干擾問題。

　　6實施結(jié)果

　　全自動灌裝機生產(chǎn)線是在灌裝機系列的基礎(chǔ)上，引進國外先進灌裝機技術(shù)，進行了進一步的改造和創(chuàng)新，其結(jié)構(gòu)更加簡單合理，精確度高，操作更加簡便， 是貴公司填充高務的理想選擇。這個項目是對液壓系統(tǒng)進行改造的項目，程序量比較少，但是現(xiàn)場的設備比較大的對極限位的控制一定要好。

　　通過現(xiàn)場調(diào)試，全自動灌裝機生產(chǎn)線具有重量精準、結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、省時省力、便于維護、高產(chǎn)高效等優(yōu)點。以此方式不但可以減少人員的勞動強度，提高了工作效率、節(jié)約人工成本，還達到了高速度、高精度、高穩(wěn)定性和很強的適用性，同時也得到了越來越多客戶的認可。

　　圖12 灌裝部分電控柜實際配線圖

　　圖13 蓋蓋部分電控柜實際配線圖

　　7 方案優(yōu)勢

　?、龠x用永宏P(guān)LC作為控制核心，永宏P(guān)LC提供完善的擴展接口和強大的稱重傳輸功能，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的通訊口單機可多達5個，除永宏標準通訊協(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、編程簡單，抗干擾能力強、可靠性高等特點。

　?、苡篮關(guān)LC使用壽命長，性價比高，維護成本低。

　?、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)場調(diào)試時間，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，適應各種出口國家的需求，同時擁有完備的報警功能可滿足不同需求，在減少產(chǎn)品廢品率的同時還降低誤報警的可能性。

　?、呷藱C界面搭配FATEK IoT的iAccess功能，輕松維護遠端HMI系統(tǒng)與PLC專案。