PLC可編程控制技術(shù)在食品工業(yè)的應(yīng)用

基于監(jiān)控計(jì)算機(jī)（PC），可編程控制器（PLC），人機(jī)界面（HMI），智能儀表，工控通信網(wǎng)絡(luò)DCS（分布式控制系統(tǒng)）和FCS（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）的自動(dòng)化已成為現(xiàn)代工廠的技術(shù)支柱，并在國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)代化生產(chǎn)線廣泛應(yīng)用。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)：全球近年發(fā)運(yùn)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(jiàn)，食品加工業(yè)PLC系統(tǒng)的應(yīng)用僅次于汽車行業(yè)居第二領(lǐng)域。

在我國(guó)石化，冶金，電氣，化肥等行業(yè)已完成了原有繼電器控制系統(tǒng)的自動(dòng)化升級(jí)，相比之下相對(duì)落后的食品工業(yè)是在90年代初從國(guó)外成套引進(jìn)面粉加工生產(chǎn)線后，以PLC，PC機(jī)為核心的自動(dòng)控制和管理系統(tǒng)才逐步為業(yè)界所了解和推崇。科技的迅猛發(fā)展有力的促進(jìn)食品工業(yè)的技術(shù)改造，食品加工企業(yè)在重組改制中逐步向規(guī)?；?，現(xiàn)代化發(fā)展，食品加工向精加工，深加工發(fā)展。尤為引人注意的是PLC可編程控制技術(shù)在食品工業(yè)的技改和新建項(xiàng)目中的廣泛應(yīng)用。PLC控制取代了繼電器控制；工藝流程的計(jì)數(shù)機(jī)終端動(dòng)態(tài)顯示取代了模擬屏顯示；PC機(jī)與集散控制網(wǎng)絡(luò)使整個(gè)生產(chǎn)線處于計(jì)數(shù)機(jī)控制和管理下，徹底改變了傳統(tǒng)食品加工的落后面貌，成為行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)和方向。

本課題主要研究由PLC，人機(jī)界面組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)在一個(gè)蛋黃派自動(dòng)生產(chǎn)線的應(yīng)用：從用戶提出的控制要求入手，對(duì)蛋黃派生產(chǎn)線的整理部分的綜合分析，通過(guò)PLC編程實(shí)現(xiàn)基本控制要求，再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試對(duì)各部件進(jìn)行精確定時(shí)和精確定位，并對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)觸摸屏設(shè)計(jì)一套人性化，簡(jiǎn)單化的人機(jī)界面，最終滿足控制要求和工藝要求。本課題內(nèi)容主要為PLC在該生產(chǎn)線上的應(yīng)用。

1.生產(chǎn)線控制要求

（1）設(shè)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(jīng)過(guò)烘烤，甩油，冷卻后進(jìn)入整理部分。

其整理部分包括灌奶和刮料。蛋黃派經(jīng)過(guò)吸盤裝置從吸盤部分轉(zhuǎn)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(gè)物料檢測(cè)輸送信號(hào)X0，當(dāng)X0檢測(cè)到有信號(hào)后，經(jīng)過(guò)灌奶輸送延時(shí)，延時(shí)時(shí)間到后灌奶輸送伺服Y0運(yùn)行，啟動(dòng)傳送帶。

②灌奶裝置能分別為左右兩邊的蛋黃派灌奶，當(dāng)左邊檢測(cè)灌奶信號(hào)X1檢測(cè)到信號(hào)后，灌奶輸送停止，同時(shí)左邊灌奶運(yùn)行電磁閥運(yùn)行，經(jīng)過(guò)灌奶運(yùn)行電磁閥運(yùn)行延時(shí)，延時(shí)時(shí)間到后，左邊灌奶開(kāi)關(guān)口電磁閥打開(kāi)，同時(shí)開(kāi)始抽料，經(jīng)過(guò)左邊灌奶開(kāi)關(guān)口電磁閥開(kāi)延時(shí)，時(shí)間到后，關(guān)上左邊灌奶開(kāi)關(guān)口，同時(shí)左邊灌奶擠料電磁閥運(yùn)行，開(kāi)始擠料，經(jīng)過(guò)左邊灌奶擠料延時(shí)，時(shí)間到后擠料結(jié)束，灌奶輸送運(yùn)行，經(jīng)過(guò)以后物料延時(shí)，延時(shí)時(shí)間到灌奶輸送停止，重復(fù)第2步動(dòng)作，直到完成預(yù)定的排數(shù)。（灌奶運(yùn)行電磁閥，開(kāi)關(guān)口電磁閥，擠料電磁閥都要有運(yùn)行延時(shí)和關(guān)斷延時(shí)）。

③當(dāng)右邊檢測(cè)灌奶信號(hào)X2檢測(cè)到信號(hào)后，灌奶輸送停止，同時(shí)右邊灌奶運(yùn)行電磁閥運(yùn)行，經(jīng)過(guò)灌奶運(yùn)行電磁閥運(yùn)行延時(shí)，延時(shí)時(shí)間到后，右邊灌奶開(kāi)關(guān)口電磁閥打開(kāi)，同時(shí)開(kāi)始抽料，經(jīng)過(guò)右邊灌奶開(kāi)關(guān)口，電磁閥開(kāi)延時(shí)，時(shí)間到后，關(guān)上右邊灌奶開(kāi)關(guān)口，同時(shí)右邊灌奶擠料電磁閥運(yùn)行，開(kāi)始擠料，經(jīng)過(guò)右邊灌奶擠料延時(shí)，時(shí)間到后擠料結(jié)束，灌奶輸送運(yùn)行，經(jīng)過(guò)以后物料延時(shí)，延時(shí)時(shí)間到灌奶輸送停止，重復(fù)第3步動(dòng)作，直到完成預(yù)定的排數(shù)。

（灌奶運(yùn)行電磁閥，開(kāi)關(guān)口電磁閥，擠料電磁閥都要有運(yùn)行延時(shí)和關(guān)斷延時(shí)）。

④刮料伺服在灌奶輸送停止時(shí)（一輪循環(huán)結(jié)束時(shí)的停止）進(jìn)行刮料。

⑤整理有3組，整理信號(hào)一，整理信號(hào)二，整理信號(hào)三分別對(duì)應(yīng)X3，X4，X5，檢測(cè)到信號(hào)后對(duì)應(yīng)的整理電磁閥動(dòng)作，經(jīng)過(guò)一定延時(shí)后復(fù)位。兩個(gè)下料信號(hào)和檢測(cè)下料信號(hào)對(duì)應(yīng)兩個(gè)下料伺服。

⑥設(shè)有整理下料一伺服急停復(fù)位，整理下料二伺服急停復(fù)位，蛋糕輸送急停復(fù)位，刮料急停復(fù)位，灌奶急停復(fù)位。同時(shí)要有信號(hào)報(bào)警系統(tǒng)。

⑦要有手/動(dòng)切換，按下啟動(dòng)按鈕后知道執(zhí)行自動(dòng)控制。

⑧各總參數(shù)要求能在觸摸屏上能顯示并設(shè)置。并設(shè)有出廠值設(shè)定和恢復(fù)出廠值，要有參數(shù)記錄和恢復(fù)上次記錄。

⑨要有一個(gè)整套流水線的監(jiān)控畫面，反應(yīng)各個(gè)控制狀態(tài)。

⑩設(shè)一個(gè)服務(wù)時(shí)間。能更改服務(wù)時(shí)間控制機(jī)器的有效運(yùn)行時(shí)間，時(shí)間到后禁止所有輸出。

2.控制系統(tǒng)分析

控制系統(tǒng)分析先要根據(jù)控制要求分配I/O點(diǎn)數(shù)，根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)和控制要求選擇PLC型號(hào)，再選擇變頻器，觸摸屏，伺服型號(hào)，然后根據(jù)控制要求畫出程序流程功能框圖。

3.型號(hào)選擇

PLC型號(hào)選擇：根據(jù)輸入輸出點(diǎn)分配情況選擇60點(diǎn)的PLC，再加1個(gè)擴(kuò)展模塊，因?yàn)樾枰}沖輸出選擇晶體管型的，所以選擇PLC型號(hào)為XC3-60T-E，外加1個(gè)擴(kuò)展模塊XC- E8X8YR. TP型號(hào)選擇：10.4寸大屏幕的256色的TFT真彩，應(yīng)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(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）PLC與變頻器的通訊

本系統(tǒng)用到了4臺(tái)變頻器，即四臺(tái)變頻器與一個(gè)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(guò)MODBUS通訊進(jìn)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(jù)用戶需求自行定義。

起始符（1字節(jié)）數(shù)據(jù)塊（最大128字節(jié)）終止符（1字節(jié)）

通訊以數(shù)據(jù)塊形式傳送，每塊最大可傳送128字節(jié)，同時(shí)也可根據(jù)實(shí)際運(yùn)用情況給每塊設(shè)置一個(gè)起始/終止符，也可不設(shè)。設(shè)置后，PLC在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)加上起始/終止符，而當(dāng)在接收數(shù)據(jù)時(shí)，則會(huì)去掉起始/終止符。

因此，當(dāng)PLC采用自由格式通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)PLC與智能儀器儀表的數(shù)據(jù)交換，具有很大的靈活性，避免了PLC內(nèi)部專用協(xié)議的限制。

PLC與3臺(tái)變頻器通訊，要把3臺(tái)變頻器的地址分別設(shè)為01，02，03，對(duì)應(yīng)的ASCII為31，32，33，要求對(duì)變頻器進(jìn)行頻率給定，則可以從變頻器手冊(cè)中查到其主機(jī)命令，輔助索引，命令索引分別為12，00，01，然后再轉(zhuǎn)化成ASCII格式。主要的工作就是把輸入的十進(jìn)制頻率轉(zhuǎn)化成ASCII碼值，分別寫入4個(gè)寄存器中，然后對(duì)前面的數(shù)進(jìn)行累加計(jì)算，即把“從機(jī)地址”到“運(yùn)行數(shù)據(jù)”全部字節(jié)的ASCII碼值進(jìn)行累加后放入4個(gè)寄存器中，幀尾為0D.通過(guò)把不變的數(shù)的ASCII碼值相加，然后對(duì)頻率進(jìn)行ASCII換算，通過(guò)的00FFH，F(xiàn)F00H進(jìn)行與運(yùn)算再通過(guò)邏輯位移，然后把各個(gè)數(shù)放入寄存器中。在寫變頻器站號(hào)的時(shí)候，通過(guò)一個(gè)定時(shí)器對(duì)D400進(jìn)行累加，再對(duì)D400的數(shù)進(jìn)行譯碼送入M50，通過(guò)M50對(duì)3個(gè)變頻器的站號(hào)和頻率給定。

（2）信號(hào)檢測(cè)

在信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)中主要的一個(gè)物料檢測(cè)輸送和下料信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)了灌奶輸送流程和整理下料一伺服運(yùn)行流程和整理下料二伺服運(yùn)行流程。

（3）灌奶輸送

灌奶輸送對(duì)應(yīng)的流程為S0，通過(guò)前面的灌奶輸送檢測(cè)信號(hào)對(duì)S0啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)灌奶輸送延時(shí)，對(duì)輸送伺服發(fā)脈沖進(jìn)行灌奶輸送。D8170是PULSE_1累計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)。當(dāng)M8170（灌奶輸送伺服運(yùn)行標(biāo)志位）得到下降沿時(shí)進(jìn)入刮料和擠奶檢測(cè)流程。之所以在這里才把擠奶檢測(cè)流程打開(kāi)而不是在上面的信號(hào)檢測(cè)流程中就打開(kāi)，是防止有誤信號(hào)的檢測(cè)使擠料流程誤打開(kāi)。

（4）刮料

刮料流程的伺服與灌奶輸送的伺服運(yùn)行類似，這里不一一闡述。

（5）擠奶檢測(cè)流程

當(dāng)左擠奶檢測(cè)光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)到有信號(hào)的時(shí)候，打開(kāi)左邊的擠奶流程。（右邊的類似）。

（6）擠奶流程

當(dāng)擠奶流程打開(kāi)，左邊的灌奶運(yùn)行電磁閥隨即打開(kāi)對(duì)Y12置位，經(jīng)過(guò)左邊灌奶運(yùn)行電磁閥運(yùn)行延時(shí)T200，把左邊灌奶開(kāi)關(guān)口電磁閥打開(kāi)對(duì)Y200置位，經(jīng)過(guò)T201延時(shí)后，打開(kāi)左邊擠料電磁閥對(duì)Y201置位，再經(jīng)過(guò)T202延時(shí)，關(guān)閉開(kāi)關(guān)口電磁閥，經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)口關(guān)延時(shí)T203后，關(guān)閉左邊擠料電磁閥，經(jīng)過(guò)T204延時(shí)，關(guān)閉運(yùn)行電磁閥，經(jīng)過(guò)延時(shí)，退出左擠奶流程。（右邊的類似）。

（7）整理

整理只是簡(jiǎn)單的通過(guò)整理信號(hào)對(duì)整理電磁閥進(jìn)行置位，通過(guò)運(yùn)行延時(shí)，對(duì)其復(fù)位。

8）整理下料伺服運(yùn)行

整理下料伺服有兩段，要經(jīng)過(guò)下降延時(shí)。所以要有段程標(biāo)志位。

4.總結(jié)

PLC可編程控制技術(shù)在食品工業(yè)的應(yīng)用，它對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量和出品率的穩(wěn)定，保證設(shè)備的效能和工藝效果的穩(wěn)定，提高生產(chǎn)運(yùn)行安全可靠性，降低操作管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少生產(chǎn)人員提高勞動(dòng)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化發(fā)揮了積極作用。