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    可编程控制器在四连杆装箱包装机中的应用
    上传作者:08:36:23 system

    云达不莱梅pk沙尔克04 www.wf-gl.com 可编程控制器在四连杆装箱包装机中的应用 
    作者:蔡振宇   
    摘要:论文介绍了应用 PLC 技术对改造四连杆包装机控制系统进行改造的设计方法和实现
    过程。通过实际改造示例表明,采用PLC控制,提高了四连杆包装机控制的可靠性,提高了
    企业的经济效益。 
    关键词:  PLC、 电磁阀、继电器装置、变频器。 
    Beer diatom the soil filter the machine liquid to press the device 
    Programmable Controller the control the system design 
    Author:  Cai Zhengyu   
    (Tongbo measurement & control Co.Ltd.,Dandong,Liaoning) 
    Summary: The thesis introduced the applied plc technique to design reform fourth 
    connect  pole  packer  system  proceed  reform  the  methodeds  with  realizes  process.Pass 
    to  physically  reform  the  example  enunciation,  adoption  PLC  the  control,  and  increase 
    four  connect  the  pole  packer  the  dependable  that  control,  and  increase  the  business 
    enterprise's economic performance. 
    Key phrase: Programmable Controller, electromagnetism the valve, After the electric 
    appliances, VarietyFrequency Controller. 
    1  前 言 
    四连杆装箱包装机是一种一次可以装四箱(可以是纸箱)既 4*24 瓶或者三
    箱 3*24瓶的连续装箱的包装机械设备。在啤酒等瓶装饮料行业中,四连杆装箱
    包装机主要完成瓶装产品的装箱、卸箱等工作。由于具有性能优良等特点,在包
    装行业中使用非常普及。 
    对于四连杆装箱包装机中电气部分的控制,是包装机使用安全、可靠性的重
    要保证。目前,老型号的四连杆包装机的电气装置大多采用继电器的控制方式。
    这种控制方式连线复杂、继电器使用数量多,造成电气控制部分可靠性差、故障
    率高,日常维护量大。同时,设备缺少操作的安全保障措施,容易发生事故。 
    随着可编程控制器(PLC)技术的发展,把 PLC 控制技术应用于四连杆包装
    机的控制中,取代原有的控制线路。是四连杆装箱包装机控制系统发展的必然趋
    势。 
    2  系统结构 
    四连杆装箱包装机控制系统由电气部分和气动执行部分组成。 工作过程见流
    程图(图1) 。电气系统输出控制 
    在电气控制部分的改造中,分析了包装机的工作过程和控制特点;对包装机
    的控制基本上都是光电开关、接近开关、电磁阀、电机等这类的开关量输入、输
    出设备??刂乒桃粤穆呒靠刂莆鞯牟僮鞣绞?。PLC的开关逻辑和顺序
    控制是PLC应用最广泛、最基本的功能,基于 PLC的这一使用功能和特点,决定
    将原有继电器控制系统全部拆除,采用PLC控制。因为该用户厂家其他自动化设
    备使用的基本都是日本 Omron 公司的 PLC,再根据采集和控制点数,我们选用
    Omron公司的SYSMAC CPM2A-60CDR-A的 PLC 作为系统控制器。  
     
    图(1) :工艺流程图 
    3、系统设计 
    3、1  四连杆装箱包装机的电机可以进行点动、正转和反转,以带动夹瓶装置
    做往复运动装箱。瓶电机和两个箱电机分别用作传输瓶和传输箱。七个电磁阀和
    与之对应的气缸,分别控制“夹头” , “定位器” , “出箱臂”及“进箱臂”“箱导
    向” 。设“手动”和“自动”操作两个切换开关。 
    3、2  在包装机的操作前台和设备后台、侧面加装3只光电检测开关,在操作
    人员误入设备危险区域时,系统紧急停车,保证安全。 
    3、3  在传送带上安装 Omron 的 E6A2 旋转编码器,测量传送带的速度。当传
    送带电机异常停车时,停止包装机工作。 
    3、4  系统输入回路中有光电开光和接近等开关,PLC上的DC24V电源容量就
    不足了,各输入、输出元件均使用DC24V直流稳压电源。PLC控制系统原理图见
    图(2)。 
    3、5 为了使 PLC 系统安全可靠运行,采取了多种防护措施,如和系统中的强
    电设备分开接地,接地线的截面积大于2平方毫米。PLC输入和输出的感性负载
    都并联续流二极管等,以消除输入触点在断开时,感性负载因储能作用而产生电
    弧高于电源电压数倍甚至于数十倍的反电势对系统产生的干扰。见图(3)。 
    3、6 系统的输入部分36点,输出19点,一共占用PLC 54点,系统冗余 6点,
    符合自动化系统设计要求。 
      
                             图(2) :控制系统原理图 
     
    图(3) :输出电路处理 
    4、程序设计 
    PLC 程序采用梯形图编写,其自动控制操作流程图见图(4)。其中,PLC 主
    程序参照原有继电器控制系统的电气控制原理图进行设计, 这种程序设计方法简
    单,有现成的电气控制线路为依据,设计周期短,在旧设备电气系统改造中经常
    采用。  
      图(4) :自动控制系统流程图 
    按照原有电气控制系统输入信号及输出信号做为PLC的I/O点, 原来由继电
    器硬件完成的逻辑控制功能由 PLC 软件——梯形图替代完成。图(5)为四连杆
    装箱包装机进箱臂部分电气控制原理图。图(6)为转换后的四连杆装箱包装机
    进箱臂部分PLC程序梯形图。进箱臂部分主要 I/O 对照表如下 
     
    元件代号 
     
    通道号 
     
    接线号 
     
    功能 
    4XK  0004  0020  主机转动 
    4SQ  0000  0021  出箱检测 
    5SQ  0001  0022  进箱检测 
    4AC  0002  0023  瓶带检测 
    4BC  0003  0024  出箱计数 
    6SQ  0005  0025  进箱臂抬 
    7XK  0006  0026  进箱臂落 
    8SQ  0007  0027  出箱臂停 
    9SQ  0008  0028  夹头检测 
    10SQ  0009  0030  输瓶电机 
     图(5) :四连杆装箱包装机进箱臂部分电气控制原理图 
     
     
     
    图(6) :四连杆装箱包装机进箱臂部分 PLC梯形图 
    5、系统调试 
    5、1 调整光电开关 SQ1 和反射板的安装距离,使光电开关处于工作状态时,调
    整到 “挡光” , PLC输入通道HR0003的指示灯亮。以同样方法调整好光电开关SQ2、SQ3、SQ4……..SQ10。 
    5、2 调整接近开关JQ0,使“夹头”在运动轨迹的最低点时接近“档块” ,并使
    PLC输入通道HR0012指示灯亮,以同样方法调整好接近开关JQ2、 JQ3、 JQ4、 JQ5。  
    5、3 调试旋转编码器时,A、B、Z 相按说明书接线,在 PLC 编程软件中对编
    码器的高速计数进行设置,使用Z相加软件复位方法。见图(7)。按下按钮5SA,
    使传送带电机停车时,四连杆装箱包装机应停止工作。 
     
     
    图(7): 设置编码器计数方式 
     
    5、4 按动相应的按钮,分别控制进箱电机、出箱电机、瓶电机的开、停。关机
    以后将开关位置置于“关” 。1SA和2SA分别控制“出箱臂”和“瓶定位” ,10SA,
    15SA控制“导向”和“变距” 。 
    5、4在上述“动作”都已正确时,将“手动”转为“自动” ,按下“整机启动”
    按钮,调试PLC逻辑程序。进行自动装箱包装操作。 
    6、结束语 
    经PLC改造后的四连杆装箱包装机电气控制系统,外观上;物理接线量大大
    减少,控制柜体积缩小,柜内的原器件排列有序。运行效果上;经设备运行证明,
    自动化程度大大优于原系统控制效果??刂瓶煽啃源蟠筇岣?,减轻了现场操作人
    员的劳动强度。 由于系统在整个包装流水线和包装机设备的危险位置安装了光电
    位置检测开关,提高了操作的安全性。总体上提高了企业的经济效益。   
     
    蔡振宇                                      
       
      
                                                             
    啤酒灌装、压盖机 PLC控制系统 
                 
    摘要:论文结合实际的设备改造经验,作者详细介绍了三菱FX2N—PLC在啤
    酒灌装、压盖机控制系统中的应用,并介绍了监控光电检测开关位置的方法。 
    关键词: PLC、人机界面、光电检测开关、电磁阀。 
    The beer liquid packing PLC controls the 
    system 
    Summary: The thesis joins together the actual equipments reforms 
    experience, the author is detailed to introduce the Mitsubishi FX2N 
    — PLC to pack, press to cover the machine control application in the 
    system in the beer water packs , combining to introduce to supervise 
    and control the method of the light electricity examination switch 
    position. 
    Key phrase: Programmable logic controller,Man-machine interface,
    Light electricity examination,Electromagnetism valve。 
     
    引言 
    啤酒生产过程分为麦芽制造、麦芽汁制造、前发酵、后发酵、过滤灭菌、
    包装等几道工序。啤酒灌装、压盖机部分属于包装工序。啤酒经膜过滤后由管
    路送入回转酒缸,再经酒阀进入瓶子中,压盖后获得瓶装啤酒。啤酒灌装、压
    盖机的工作效率和自动化程度的高低直接影响啤酒的日产量。 
        为了满足我国啤酒行业日益扩大生产规模的需求和啤酒现代化灌装机械
    高速灌装的要求,国内各啤酒生产厂家都在积极寻求或改造本单位的啤酒灌装
    生产设备,使其成为具有良好的使用性能,先进的技术水平及高生产效率、运
    行稳妥可靠、维护成本低的啤酒现代化灌装机。 
    一、啤酒灌装、压盖机工作原理和控制部分构成 
    液体灌装机按灌装原理可分为常压灌装机、压力灌装机和真空灌装机。啤
    酒灌装、压盖机采用压力灌装方法,是在高于大气压力下进行灌装,贮液缸内
    的压力高于瓶中的压力,啤酒液体靠压差流入瓶内。 
    目前国内外实现灌装工艺路线基本上是:利用回转酒缸产生的旋转运动,
    使安放在酒缸槽位上的空瓶通过机械机构将固定在酒缸上部的欲抽真空阀打
    开,对已封好的瓶子进行抽真空处理,拨转外操作阀杆,打开气阀,对瓶内充
    填CO2气体,抽真空凸轮继续打开真空阀,将瓶内空气与CO2混合气体抽出,气
    阀再次打开,对瓶内充填CO2气体,灌装阀内的液阀在瓶内压力接近背压气体压
    力时打开,酒液顺瓶壁注入瓶内,通过气动或电动控制灌装阀实现啤酒的灌
    装。 
    当今国际先进的啤酒灌装、压盖机的控制系统主要由光电开关位置检测部
    分、走瓶带、酒缸转速的变频调速部分、主控—可编程控制器的PLC部分、触
    摸屏等组成。灌装、压盖机的机械结构装置与PLC可编程控制、变频无级调
    速、人机界面等现代自动控制技术手段完整的结合,形成机电的一体化。 
    二、控制部分改造方案 
      国内很多啤酒厂家现使用的灌装、压盖机的控制系统的自动化程度参差不
    齐;所有手动按钮和工艺开关都设置在一个操作箱的面板上,PLC控制器大都 
                                                             
    为日本OMRON公司或三菱公司的早期产品,设备连锁控制、?;ど柚蒙?,加之
    啤酒灌装的现场环境恶劣,潮湿度大,使开关等接触触点锈蚀严重,系统的信
    号检测部分故障率较高,造成设备控制系统运行的可靠性低,设备正常运行周
    期短等现象。 
    以实际改造的丹东鸭绿江啤酒有限公司的灌装、压盖机的控制系统为例,
    介绍改造方法,阐明改造这类设备的控制思想和思路;根据现场的实际工艺条
    件,重新编写了PLC的运行程序。针对啤酒灌装、压盖机控制系统的实际状
    况,并根据现场的实际工艺条件,重新设计了设备的PLC控制系统。这种改造
    方法和思路同样可以应用与其他液体介质灌装设备的改造。    
    1、系统硬件配置: 
    使用日本三菱公司的FX2N128MRPLC替换原系统使用的2台OMRON公司的
    C60P PLC,原系统的PLC由于是老型号产品,和计算机联机需要配置特殊的通
    讯转换器,系统需要增加外部I/O输入点时,扩展??楸讣夏蜒?。
    FX2N128MRPLC是集成128 点I/O的箱体式控制器,具有运算速度快,指令丰
    富、性能价格比高、联机编程简单、扩展方便等优点,是三菱FX系列中功能最
    强的小型控制器。 
    1)采用三菱公司的900系列的970GOT人机触摸屏替换原系统使用的面板按钮
    并监控显示设备的运行工作参数。970GOT HMI为高亮度的16色显,通过汇流
    连接和FX2N128MRPLC的CPU直接连接,实现快速回应。具有许多维护功能,如
    列表式编辑功能、梯形图监控(故障查找)功能、系统监控功能等用来查找故
    障和维护PLC系统。 
    2)灌装、压盖机的变频器在改造中没有更换,现场检测信号的手段仍然采用开
    关式检测,因检测开关长期工作在湿度很大的场合,因此选择电容式的接近开
    关,根据PLC I/O端子的接线方式,选择PNP 型的接近开关,控制系统结构见
    下图 
     
     
                                            图 1:控制系统结构框图  
                                                             
    2、系统程序设计 
    1)  PLC控制器的程序设计重点和核心是围绕着酒缸的旋转速度控制
    和酒缸上60个瓶位相关位置的检测移位、破瓶、空瓶瓶位相关位
    置的检测移位和相关灌装阀等的控制。其中的瓶位移位检测程序
    中,采用了三菱 PLC 位左移指令, 
     
    驱动执行条件输入每一次由OFF—ON变化时,执行  N2位移动,N2为
    移动的位数。瓶位移位子程序如下: 
     
    413         LD          X055 
    ;机器计数脉冲测量检测输入点 
    414         PLS        M49 
    ;主电机转速测量检测输入点取上升沿微分后的位M49 
    416         PLF        M301 
    ;主电机转速测量检测输入点取下降沿微分后的位M301 
    418         LDI        M590 
    ;进瓶个数检测 
    419        ANI         X005 
    ;连锁?;さ?nbsp; 
    420        ANI         X006 
    ;紧急停车?;?nbsp;
    421        OUT        M50 
    ;进瓶瓶位是否有瓶检测 
    422        LD           M49 
    ;主电机转速测量检测输入点 
    423        SFTL      M50     M500     K60       K1  
    ;瓶位移位检测,采用PLC位左移指令,这条指令是整个子控制程序的核
    心之一,主电机和瓶位检测开关同步检测移动的酒瓶,主电机每转一周,正好
    对应酒缸转过一个瓶位,PLC内部单元内对应这60个瓶位的单元为
    M500~M559,单元个数用第一个字母K设置为K60,每次变化一位用第二个字母
    K设置为K1,M50反应了瓶位的空、缺位置,并将检测到的这个位置以电机转
    速的频率移位下去,在内部相应的 单元内置“1”或“0”,控制相应的阀门和
    搅拌瓶盖的电机的开与停。系统在连续检测90个空瓶位后,停止搅拌瓶盖的电
    机的运行,检测瓶位的个数可以根据用户的要求任意设定。 
    432        LD          X052 
    ;出瓶位检测 
    回转酒缸通过压力往瓶内背压装酒的过程中,空瓶在背压后,可能由于瓶子本
    身裂纹等原因导致突然爆瓶,这就需要检测出爆瓶瓶子的位置,在这个瓶位的位
    置进行打开吹扫电磁阀,喷出压缩空气,将瓶位上的碎瓶片吹离位置,在连续吹扫 
                                                             
    几个瓶位后,在打开喷射电磁阀,喷射出高压水注,在对破瓶位置周围瓶位连续喷
    射几个瓶位,实现爆瓶检测、控制的步进控制的子程序如下: 
    482        LD          X055 
    ;机器计数脉冲测量检测输入点 
    483         PLS        M49 
    ;主电机转速测量检测输入点取上升沿微分后的位M49 
    485         PLF        M309 
    ;主电机转速测量检测输入点取下降沿微分后的位M309 
    486        LDI       M70 
    ;破瓶位置检测 
    487        ANI         M071 
    ;连续破瓶位置检测 
    488        ANI         X052 
    ;进瓶位置 
    489        SFTL      M52     M600        K20       K1  
    破瓶检测和瓶位检测开关同步检测移动的破瓶,主电机每转一周,正好对
    应酒缸转过一个瓶位,PLC内部单元内对应这 20个破瓶位的单元为
    M600~M619,单元个数用第一个字母K设置为K20,每次变化一位用第二个字母
    K设置为K1,M52反应了破瓶的位置,并将检测到的这个位置以电机转速的频
    率移位下去,在内部相应的 单元内置“1”或“0”,控制相应的喷射和吹扫电
    磁阀开与停。连续喷射和吹扫电磁阀的开听、停时间可以根据工艺要求任意设
    定。这部分程序流程图如下: 
     
                                                              图 2:子程序流程图 
      
                                                             
    系统自动化运行可靠的保障就是控制进出瓶盖的同步跟踪,既准确检测电机
    转速检测开关、破瓶检测开关和进瓶检测开关三个条件。 
    2)970GOT人机触摸屏操作终端机的软件采用三菱公司的GT WORKS软件
    包,其中GT Designer是一个用与整个GOT9000系列的绘图套装软件。该软件
    包操作简单,事先可在个人计算机上组态并仿真调试,完毕后下载至人机操作
    终端机。同时,因为人机界面又具有触摸屏的作用,将常用的开关设在显示屏
    上,方便操作?;箍刹⒁栽黾右恍┕δ?,如设置报警信息等。 
     
    三 、改造后控制系统功能 
    系统正常运行时,机器为自动控制,根据进出瓶带上瓶的满缺,按设定速
    度或慢速运行,进瓶档瓶,无瓶不下盖,爆瓶自动冲洗,灌装位置自动背压,
    下盖输盖系统的自动开停和安全?;さ榷鞯男髁?。原来所有按钮的操作
    改造后都在触摸屏上进行。 
     
    四 、控制系统检测状态的监控功能 
    进瓶检测开关和破瓶检测开关通过检测每个压瓶部分上面的小铁片的位
    置,产生光电脉冲输出,再有PLC采集,由于每个压瓶部分上面的小铁片的位
    置是活动的,在机器运行一段时间后,压瓶部分上面的小铁片和检测开关的位
    置发生位移,造成检测开关误判断,如没瓶判断为有瓶,爆瓶漏检、误检等造
    成输出失误,使PLC产生误动作,造成如背压、爆瓶吹、洗、瓶盖搅拌系统控
    制失灵等故障现象。 
    在改造前的日常生产过程中,碰到这种现象时,操作工只能将各个功能开
    关或按扭打到手动控制档位,使机器设备工作在无监控状态下,机器失去自动
    控制功能。造成了很大的生产原料如气、水、酒的浪费。只能在生产的间歇,
    才能由维修钳工和电工根据检测开关上的小发光二极管的亮和灭通过调整位移
    距离只有5~8mm的检测开关的安装位置,来修正检测开关和小铁片的间隙。这
    种检测手段非常落后,调整后的效果反应致后,不能及时反应调整结果。 
    针对这种检测状况,结合改造后的灌装、压盖机控制系统的配置,新增了
    这部分检测功能,并集成在人机触摸屏中,完成瓶位检测。 
    在人机触摸屏的界面分页显示屏上,可以分别时时动态显示60个瓶位的
    状态和爆瓶时的瓶位状态,有瓶、无瓶、爆瓶、背压开关等检测开关、搅拌电
    机等电磁阀的开关状态都以不同颜色来显示,非常直观。 
    在需要修正检测开关和小铁片的位置时,可以在正常生产的条件下,不停
    机,由维修人员只要根据显示屏上的瓶位状态,就可以在线调整,并马上看到
    调整后的效果。在日常维修中,也可以用它作为状态监控设备,观察输出设备
    的运转状况。 
    增加这套系统功能的是为保证灌状压盖机的自动化控制系统正常运行而专
    门设计的。软件界面见下图: 
      
        图 3:软件界面之一 
     
    五、结束语:  
                                                             

    改造后的控制系统大大地简化了复杂的机械结构,经现场运行情况和控制
    效果检验,系统的自动化程度达到了设计要求,大大减少了操作人员的劳动强
    度,使啤酒灌状的日产量比过去提高30%以上,故障率大大减低。体现了现代
    设备的自动控制技术。是在消化、吸收当今工业控制的先进技术的基础上加以
    创新、研制而成的目前国内技术最先进的灌装控制系统。 

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