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　　本文主要闡述了永宏PLC在全自動灌裝機生產線上的應用。全自動灌裝機生產線是包裝機中的一小類產品，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線。近年來隨著食品QS認證要求，食用油的廠家已經開始注重產品質量和包裝，所以油類全自動灌裝機生產線在灌裝設備中地位凸現。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線的PLC控制系統，對該設備進行自動化控制，很好地提高了生產效率、節約了人工成本，改善了生產環境。

　　文/廈門永陞科技有限公司

　　1 行業介紹

　　全自動灌裝機生產線在食品行業、飲料行業、日化行業等廣泛使用。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業自動化，促進包裝設備總 體水平提高，發展多功能、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、性能優越等特點(圖1)。

　　圖1 全自動灌裝生產線圖

　　2 設備簡介

　　2.1 概述

　　一直以來，全自動灌裝機生產線就是飲料市場的堅實后盾，特別是現代市場上人們對商品質量要求日漸提高、市場需求不斷擴大、企業對高效自動化生產的要求，在這樣的情況下，全自動灌裝機生產線更是成為了炙手可熱的灌裝設備。加上近幾年科學技術水平的提高，國內灌裝機行業也得到了較快的發展，技術水平、設備性能、質量等方面都有了很大程度的提高，在支持企業高效、安全生產上發揮了重要的作用。

　　2.2 機械結構

　　全自動灌裝機生產線的機械結構主要由灌裝部分(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、原料倉、控制系統等機構組成;蓋蓋部分又分為壓蓋部分、蓋料倉、定位控制裝置、控制系統等機構組成。

　　圖2 灌裝部分結構解析圖

　　圖3 蓋蓋部分結構解析圖

　　2.3 結構示意圖(圖4)

　　圖4 系統結構說明

　　3 工藝要求

　　3.1 控制需求

　　根據機械結構和工藝要求，全自動灌裝機生產線主要用于完成液體的自動灌裝、自動蓋蓋。同時還需 要實現以下操作要求，可以隨時通過調整灌裝重量來達到灌裝要求及手動控制蓋蓋。總而言之，全自動灌裝機生產線既需要很好的實現多種控制要求，同時也需要很好的實現多種工藝要求(圖5)。

　　圖5 系統控制需求說明

　　3.2 工藝流程(圖6)

　　全自動灌裝機生產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;從開始到結束全部實現了自動化使工藝操作安全衛生，使用方便，高產高效、省時省力。

　　圖6 全自動灌裝機生產線工藝流程圖

　　4 方案配置

　　4.1 方案說明

　　根據控制要求本方案灌裝部分選用永宏PLC主機FBs-40MAT2-AC作為控制系統，蓋蓋部分選用永宏PLC主機FBs-24MAT2-AC作為控制系統，稱重模塊來選用獨立的稱重系統來完成，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約很多系統成本，完全能夠實現自動控制的精度和速度要求。

　　4.2 搭配示意圖(圖7)

　　圖7 系統搭配圖

　　4.3 電氣控制

　　全自動灌裝機生產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換控制。

　　全自動灌裝機生產線的電控柜配置主要包括對控制單元(PLC)、執行單元(伺服驅動、繼電器、電磁閥、氣缸等)、供電單元(開關電源、空氣開關等)和連接單元(端子臺)的電氣配線。

　　4.4 軟件設計

　　4.4.1 系統軟件設計 (圖8)

　　全自動灌裝機生產線的系統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 全自動灌裝機生產線系統軟件設計架構圖

　　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線的PLC整體程序設計和規劃時定位采用的是永宏PLC的140定位指令;主要用于主站與伺服驅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PLC【 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的速度控制，為程序編輯和調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顯示、當前生產產量、灌裝重量顯示、伺服速度設定及秤的各項差值，參數設置畫面主要用于秤的各項參數、定時時間。

　　圖10 灌裝部分監控畫面

　　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顯示、當前生產產量、灌裝重量顯示、伺服速度設定及秤的各項差值，參數設置畫面主要用于秤的各項參數、定時時間。

　　圖11 蓋蓋部分監控畫面

　　5 項目難點

　　Q1：永宏PLC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PLC140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實施結果

　　全自動灌裝機生產線是在灌裝機系列的基礎上，引進國外先進灌裝機技術，進行了進一步的改造和創新，其結構更加簡單合理，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進行改造的項目，程序量比較少，但是現場的設備比較大的對極限位的控制一定要好。

　　通過現場調試，全自動灌裝機生產線具有重量精準、結構簡單、操作簡便、省時省力、便于維護、高產高效等優點。以此方式不但可以減少人員的勞動強度，提高了工作效率、節約人工成本，還達到了高速度、高精度、高穩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 方案優勢

　　①選用永宏PLC作為控制核心，永宏PLC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解決方案，得到更好地控制和提供系統的可靠性，同時能大幅度地降低硬件成本和提供系統的可操作性。

　　②永宏MC系列PLC的通訊口單機可多達5個，除永宏標準通訊協議外，還可選用ModBus ASCⅡ/RTU/TCP 通訊協議或自由通訊協議，最高通訊速度可以達到 115.2Kbps;可用于PLC與上位下單系統之間的數據信息和動作信息的交換。

　　③選用永宏PLC作為控制核心，具有結構緊湊、組裝靈活、編程簡單，抗干擾能力強、可靠性高等特點。

　　④永宏PLC使用壽命長，性價比高，維護成本低。

　　⑤永宏PLC編程軟件具有仿真功能，減少了程序編寫和現場調試時間，方便技術人員的調試工作，提高了工作效益。

　　⑥永宏觸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，在減少產品廢品率的同時還降低誤報警的可能性。

　　⑦人機界面搭配FATEK IoT的iAccess功能，輕松維護遠端HMI系統與PLC專案。