基于PLC的自动灌装生产线控制系统设计与实现

基于PLC的自动灌装生产线控制系统设计与实现

【摘要】本文主要介绍基于欧姆龙CP1H PLC及组态王设计的矿泉水自动灌装控制系统。包括自动控制和手动控制，实现了清洗、灌装、封盖、包装、检测等功能。形成快速一体的自动灌装系统。另外，为了保证系统在出现意外故障时，能够得到很好的解决，系统还配置了急停开关等。对于检查出的不合格产品采用机械手将其移走。并运用组态王软件实现了对整个自动灌装系统的实时监控，可以更好的了解和修改生产工艺及控制程序。

【关键词】自动灌装；可编程控制器；CP1H；组态王

1 矿泉水灌装生产线基本结构及控制要求

1.1 生产线结构及工作过程

矿泉水自动灌装生产线的基本结构由清洗环节、灌装环节、封盖环节、包装环节、检测环节五部分组成。清洗环节是通过对回收回来的饮料瓶进行清洗，首先先向空瓶子里注入专门的清洗液，对瓶子进行清洗、消毒，然后通过倒瓶机将清洗液倒出，再将清洗好的空瓶子通过传送带送至灌装环节。灌装环节是PLC 控制电磁阀将气压导通从而控制气压阀对瓶子进行灌装，当液位高度达到标准后气压阀停止灌装，灌装口将灌装后的瓶子放下，再由传送带将瓶子送往下一个加工环节。封盖环节固定架将瓶盖放到瓶子口使得瓶盖的螺纹与瓶口的螺纹重合，通过传送带测壁的摩擦链将瓶子旋转，将瓶盖旋紧，实现封盖。包装环节是由两个固定包装纸的轴组成的，当瓶子被送至包装位置的时候，包装带将一端粘合在瓶子的侧壁，然后旋转瓶身，让包装纸缠绕在瓶身上，缠绕一周后包装纸切断，包装纸的另一端固定粘合到粘合处，包装环节结束。最后加工后的产品经过检测环节的感光传感检测不良，其中包括瓶身外部损伤、瓶盖封装不良、包装不良、灌装液位不良等等，最后机械手会将不合格的产品移至指定区域，合格的产品进行装箱，至此整个加工过程结束。

1.2 控制要求

自动灌装生产线需要设计手动和自动两种工作模式。手动模式用于设备的维护保养，调试和计数统计的复位，自动模式下允许启动生产线的正常运行。并实现下面功能：

（1）急停功能

当设备发生故障或人员伤亡时，按下急停按钮，停止设备的运行所以要求在每一个生产环节都要设有急停按钮，且直接作用于电源。

（2）手动模式

在手动模式下，可以通过点动按钮使传送带电动机启动停止，用于调试设备。通过复位按钮对合格产品计数值进行清零。通过各个环节的启动停止开关独立的调试各个环节。

（3）自动模式

在自动模式下，按下启动按钮，系统启动，电动机启动，传送带运行。空瓶子达到灌装位置时，电动机停转，灌装阀门打开。灌装时间到，灌装阀门关闭，电动机启动，传送带继续运行。在自动模式下，按下停止按钮，系统停止，电动机不转，传送带停止运行，各个环节的设备断电，不可独立启动。

（4）产品计数统计

控制系统可以实现产品数量的统计，包括合格产品数，不合格产品数。合格产品数和不合格产品数都显示在控制面板上，当合格产品数为12时构成一箱，合格产品数清零，不合格产品数为5时生产线停止，工作人员进行检修，问题处理后手动开启启动按钮，系统继续工作。

（5）模拟量检测

灌装瓶内的液位由模拟量液位传感器进行监视，液位低于设定好的下限时，要使进料阀门处于开启状态，液位高于设定好的上限时，要使进料阀门处于关闭状态。

（6）加工环节的协调

通过每个环节的协调工作，实现自动灌装与一系列加工的自动生产设备，一旦启动生产线，传送带电机启动带动传送带运转，经过处理后的空瓶子经过清洗部分对瓶子内外进行清洗、杀菌、消毒等处理。包装后的瓶子由传送带传送到检测部分，由检测传感检测后将次品通过机械手移动到指定区域。

2 系统的硬件电路设计

系统的硬件分为主电路、控制电路、辅助电路三大部分，控制电路控制主电路，辅助电电路起辅助信号显示的作用。

2.1 系统的主电路设计

传送带用电动机M1来驱动，机械手上下移动使用M2来驱动，机械手左右移动使用M3驱动，并用接触器KM1来控制电动机的运行与停止，用接触器KM2和KM3控制机械手上下移，用接触器KM4和KM5控制机械手的左右移。由热继电器FR1、FR2、FR3实现过载保护。断路器QF1、QF2、QF3将三相电源引入，同时QF1、QF2、QF3为电路提供短路保护。自动灌装生产线的主控制电路如图1所示。

图1 主控制电路图

2.2 系统的控制电路设计

系统采用OMRON公司的CP1H-XA40DR-A型PLC作为自动灌装生产线控制系统的控制器。

图2 控制电路图

3 系统流程图及I/O分配表

3.1 流程图

根据对灌装生产线工艺及控制要求的理解，绘制系统流程图如图3所示。

图3 程序流程图

3.2 I/O分配表

本系统需要11个输入，12个输出，I/O地址分配表如表1所示。

表1 I/O分配表

4 组态监控设计

本系统在设计灌装操作站的画面流程时使用的是组态王6.53版开发软件，组态王软件己经成功地应用于化工、钢铁、电力、污水处理等各行各业，也成功的应用于国防、航空航天等重大领域。本系统的组态监控画面设计如图4所示。

图4 组态界面图

图中所表现的是自动灌装的整个过程，首先从清洗环节开始，然后依次是灌装环节、封盖环节、包装环节、检验环节，控制面板在图的右上角，通过控制面板可以对系统进行手动控制，控制面板上也提供了合格产品的数量和不合格产品的数量。

设计图形界面首先按照加工的顺序创建所需要的加工环节，其中有清洗环节、灌装环节、封盖环节、包装环节、检测环节五部分，然后设计手动控制界面，由于首个瓶子进入清洗环节的时候，灌装环节、封盖环节、包装环节和检测环节都需要停止工作，所以控制界面要有每一个环节的控制开关，以保证不浪费原材料和产品的顺利传送。

清洗环节利用闪烁的水滴来表现清洗的过程，然而，真正的清洗过程要比表