論生產線上可編程控制器的應用

基于監控計算機(PC)，可編程控制器(PLC)，人機界面(HMI)，智能儀表，工控通信網絡DCS(分布式控制系統)

和FCS(現場總線控制系統)的自動化已成為現代工廠的技術支柱，并在國內外的現代化生產線廣泛應用。據有關部門統計：全球近年發運的PLC中按最終用戶分：汽車占23%;食品加工占16.4%;化工占14.6%;金屬礦山占11.5%;造紙占23.1%，可見，食品加工業PLC系統的應用僅次于汽車行業居第二領域。

在我國石化，冶金，電氣，化肥等行業已完成了原有繼電器控制系統的自動化升級，相比之下相對落后的食品工業是在90年代初從國外成套引進面粉加工生產線后，以PLC，PC機為核心的自動控制和管理系統才逐步為業界所了解和推崇。科技的迅猛發展有力的促進食品工業的技術改造，食品加工企業在重組改制中逐步向規模化，現代化發展，食品加工向精加工，深加工發展。尤為引人注意的是PLC可編程控制技術在食品工業的技改和新建項目中的廣泛應用。PLC控制取代了繼電器控制;工藝流程的計數機終端動態顯示取代了模擬屏顯示;PC機與集散控制網絡使整個生產線處于計數機控制和管理下，徹底改變了傳統食品加工的落后面貌，成為行業發展趨勢和方向。

本課題主要研究由PLC，人機界面組成的自動控制系統在一個蛋黃派自動生產線的應用：從用戶提出的控制要求入手，對蛋黃派生產線的整理部分的綜合分析，通過PLC編程實現基本控制要求，再通過現場調試對各部件進行精確定時和精確定位，并對工藝參數進行調整，通過觸摸屏設計一套人性化，簡單化的人機界面，最終滿足控制要求和工藝要求。本課題內容主要為PLC在該生產線上的應用。

1生產線控制要求

(1)設備工藝流程攪拌-成形-烘烤-冷卻-殺菌-包裝(2)整理部分的控制要求如下：

①在蛋黃派經過烘烤，甩油，冷卻后進入整理部分。

其整理部分包括灌奶和刮料。蛋黃派經過吸盤裝置從吸盤部分轉移到了整理部分。也就是蛋黃派被吸盤帶到了灌奶輸送傳送帶上，在傳送帶前端有一個物料檢測輸送信號X0，當X0檢測到有信號后，經過灌奶輸送延時，延時時間到后灌奶輸送伺服Y0運行，啟動傳送帶。

②灌奶裝置能分別為左右兩邊的蛋黃派灌奶，當左邊檢測灌奶信號X1檢測到信號后，灌奶輸送停止，同時左邊灌奶運行電磁閥運行，經過灌奶運行電磁閥運行延時，延時時間到后，左邊灌奶開關口電磁閥打開，同時開始抽料，經過左邊灌奶開關口電磁閥開延時，時間到后，關上左邊灌奶開關口，同時左邊灌奶擠料電磁閥運行，開始擠料，經過左邊灌奶擠料延時，時間到后擠料結束，灌奶輸送運行，經過以后物料延時，延時時間到灌奶輸送停止，重復第2步動作，直到完成預定的排數。(灌奶運行電磁閥，開關口電磁閥，擠料電磁閥都要有運行延時和關斷延時)。

③當右邊檢測灌奶信號X2檢測到信號后，灌奶輸送停止，同時右邊灌奶運行電磁閥運行，經過灌奶運行電磁閥運行延時，延時時間到后，右邊灌奶開關口電磁閥打開，同時開始抽料，經過右邊灌奶開關口，電磁閥開延時，時間到后，關上右邊灌奶開關口，同時右邊灌奶擠料電磁閥運行，開始擠料，經過右邊灌奶擠料延時，時間到后擠料結束，灌奶輸送運行，經過以后物料延時，延時時間到灌奶輸送停止，重復第3步動作，直到完成預定的排數。

(灌奶運行電磁閥，開關口電磁閥，擠料電磁閥都要有運行延時和關斷延時)。

④刮料伺服在灌奶輸送停止時(一輪循環結束時的停止)進行刮料。

⑤整理有3組，整理信號一，整理信號二，整理信號三分別對應X3，X4，X5，檢測到信號后對應的整理電磁閥動作，經過一定延時后復位。兩個下料信號和檢測下料信號對應兩個下料伺服。

⑥設有整理下料一伺服急停復位，整理下料二伺服急停復位，蛋糕輸送急停復位，刮料急停復位，灌奶急停復位。同時要有信號報警系統。

⑦要有手/動切換，按下啟動按鈕后知道執行自動控制。

⑧各總參數要求能在觸摸屏上能顯示并設置。并設有出廠值設定和恢復出廠值，要有參數記錄和恢復上次記錄。

⑨要有一個整套流水線的監控畫面，反應各個控制狀態。

⑩設一個服務時間。能更改服務時間控制機器的有效運行時間，時間到后禁止所有輸出。

2控制系統分析控制系統分析先要根據控制要求分配I/O點數，根據I/O點數和控制要求選擇PLC型號，再選擇變頻器，觸摸屏，伺服型號，然后根據控制要求畫出程序流程功能框圖。

3型號選擇

PLC型號選擇：根據輸入輸出點分配情況選擇60點的PLC，再加1個擴展模塊，因為需要脈沖輸出選擇晶體管型的，所以選擇PLC型號為 XC3-60T-E，外加1個擴展模塊XC- E8X8YR. TP型號選擇：10.4寸大屏幕的256色的TFT真彩，應支持RS-232/RS485/RS422通訊，所以選擇TPA61-T變頻器選擇：EDS1000-4T0022G/B.伺服選擇：VEC-VB-R40H21B-M-B. 4控制系統設計

(1)PLC與變頻器的通訊

本系統用到了4臺變頻器，即四臺變頻器與一個PLC的通訊。由于其PLC為信捷的XC系列而變頻器用的是易能的EDS1000系列的，它們之間不能通過MODBUS通訊進行，而要求用自由格式通訊。

自由格式通訊是指其通訊格式可根據用戶需求自行定義。

起始符(1字節)數據塊(最大128字節)終止符(1字節)

通訊以數據塊形式傳送，每塊最大可傳送128字節，同時也可根據實際運用情況給每塊設置一個起始/終止符，也可不設。設置后，PLC在發送數據時，自動加上起始/終止符，而當在接收數據時，則會去掉起始/終止符。

因此，當PLC采用自由格式通訊協議，實現PLC與智能儀器儀表的數據交換，具有很大的靈活性，避免了PLC內部專用協議的限制。

PLC與3臺變頻器通訊，要把3臺變頻器的地址分別設為01，02，03，對應的ASCII為31，32，33，要求對變頻器進行頻率給定，則可以從變頻器手冊中查到其主機命令，輔助索引，命令索引分別為12，00，01，然后再轉化成ASCII格式。主要的工作就是把輸入的十進制頻率轉化成 ASCII碼值，分別寫入4個寄存器中，然后對前面的數進行累加計算，即把從機地址到運行數據全部字節的ASCII碼值進行累加后放入4個寄存器中，幀尾為0D.通過把不變的數的ASCII碼值相加，然后對頻率進行ASCII換算，通過的00FFH，FF00H進行與運算再通過邏輯位移，然后把各個數放入寄存器中。在寫變頻器站號的時候，通過一個定時器對D400進行累加，再對D400的數進行譯碼送入M50，通過M50對3個變頻器的站號和頻率給定。