王濤，鄺銳彬

(1.廣東石油化工學院，廣東 茂名　525000； 2.佛山市水業(yè)集團有限公司，廣東 佛山　528000)

0　引　言

現(xiàn)代自動化生產線控制要求可視化、信息化和柔性化，現(xiàn)場總線是一種開放型工業(yè)數(shù)據(jù)總線，將PLC以簡潔的方式組成控制網絡，可使系統(tǒng)的功能、結構變得更加靈活、可靠，且其可視化操作模式受到用戶的廣泛歡迎，被廣泛應用于處理工業(yè)現(xiàn)場的控制裝置及執(zhí)行機構間的數(shù)據(jù)通信[1]。本文基于三菱PLC的CC-Link現(xiàn)場總線技術，設計了一套基于現(xiàn)場總線的自動灌裝生產線控制系統(tǒng)。

1　系統(tǒng)組成

圖1　自動灌裝生產線系統(tǒng)總體原理框圖

系統(tǒng)由一條閉環(huán)運行的傳送帶上分布的空瓶傳送、液體灌裝、瓶蓋封裝、次品分揀四個環(huán)節(jié)組成?；诖耍淇刂葡到y(tǒng)設置了控制器、傳送帶裝置、理瓶裝置、灌液裝置、封蓋裝置以及分揀裝置。各裝置為由傳感器、電磁閥和氣缸等組件組成的電控單元，通過現(xiàn)場總線將分散的底層現(xiàn)場設備單元組成設備層網絡，再由控制器對灌裝生產線各單元進行綜合控制，自動灌裝生產線系統(tǒng)總體原理框圖如圖1所示。

2　系統(tǒng)的硬件設計

2．1　傳送帶裝置主電路設計

圖2　系統(tǒng)驅動主傳送帶變頻器的接線圖

傳送帶裝置由三相交流電機、空氣壓縮機、變頻器和氣路等組成，主要功能是實現(xiàn)瓶子在各單元之間的輸送，并為各單元提供穩(wěn)定的氣源。根據(jù)電機額定電流與額定功率，參考市場上的變頻器產品[2]，本設計選用了FR-A700系列變頻器產品中的FR-A740-0.75K-CHT型變頻器[3]，該型號變頻器只需加裝FR-A7NC模塊即可連接到CC-Link現(xiàn)場總線網絡中。主接線如圖2所示。

2．2　控制單元設計

本系統(tǒng)選用CC-Link現(xiàn)場總線技術構建控制網絡。CC-Link是三菱電機為首的多家公司推出的一種開放式現(xiàn)場總線[4]，具有高速通信、配線簡單、成本低廉、可靠性與穩(wěn)定性高，且兼容性和抗噪性能好，目前在自動化領域中應用廣泛[5]。

本設計中，為理瓶單元、灌液單元、封蓋單元以及分揀單元各分配一個遠程I/O模塊作為遠程I/O站，使用變頻器作為遠程設備站。各單元的工作狀態(tài)經由遠程I/O模塊和變頻器通過CC-Link總線傳送給PLC主站，PLC再通過CC-Link總線發(fā)出控制指令給遠程I/O模塊和變頻器，從而控制整個系統(tǒng)工作[6]。

1)主站設計

主站作為CC-Link網路中的控制系統(tǒng)核心，負責管理和控制整個CC-Link網絡，要求所選PLC能與總線相兼容，并且運算性能突出[7]，這里選用了Q系列PLC作為主站[8]，采用通用型電源模塊Q61P，Q系列CPU Q02U、主站模塊QJ61BT11N以及16點輸入模塊QX10和16點輸出模塊QY10P各一個，并配置有觸摸屏GT2310。

2)從站設計

根據(jù)功能要求，并考慮留有一定裕量，結合市面現(xiàn)有產品，從站選型如下[9]：

(1)1號從站：理瓶控制單元，由空瓶倉和傳送帶、電磁閥、氣缸和光電傳感器等組成，可以完成空瓶的輸送功能。理瓶單元有4個輸入和2個輸出點，選擇了1個16點遠程I/O模塊AJ65BTB1-16DT。

(2)2號從站：灌液控制單元，由液體儲存罐、空瓶定位裝置、抽水直流電機、光電傳感器、電磁閥和氣缸等組成，可完成攔截從理瓶單元輸送來的空瓶，再自動進行灌液等操作。灌液單元有5個輸入點和3個輸出點，選擇了1個16點遠程I/O模塊AJ65BTB1-16DT。

(3)3號從站：封蓋控制單元，由固定氣缸、擰蓋電機、橫梁直流電機、升降氣缸、出倉推瓶蓋氣缸、阻擋瓶蓋氣缸和光電傳感器等組成，可為輸送來的瓶子進行封裝瓶蓋操作。封蓋單元有16個輸入點和7個輸出點，選擇了1個32點遠程輸入模塊AJ65BTB1-32DT。

(4)4號從站：分揀控制單元：由液位傳感器、揀出氣缸、光電傳感器等組成，主要功能是檢測瓶子液位是否達標，并將不達標的瓶子揀出主傳送帶。分揀單元有6個輸入點和1個輸出點，選擇了1個16點遠程I/O模塊AJ65BTB1-16DT。

(5)5號從站：主傳送帶控制單元，由三相交流電機、空氣壓縮機、變頻器和氣路等組成，主要功能是實現(xiàn)瓶子在各單元之間的輸送，并為各單元提供穩(wěn)定的氣源。變頻器選用FR-A740-0.75K-CHT[10]。

控制系統(tǒng)硬件構成圖如圖3所示。

圖3　控制系統(tǒng)硬件構成圖

3　系統(tǒng)軟件設計

CC-Link總線通信初始化的設置方法較為簡單，只需在三菱的編程軟件GX Works2配置相關的CC-Link網絡參數(shù)即可。

3．1　主程序設計

各單元程序均在主站單元實現(xiàn)，以理瓶單元為例，其程序的控制邏輯為：系統(tǒng)自動模式啟動，理瓶傳送帶運行，將空瓶傳送至出站口，當一站到位傳感器檢測到空瓶時，電磁閥通電觸發(fā)氣缸動作推出擋桿，將空瓶推送至傳送帶，電磁閥失電觸發(fā)氣缸擋桿收回，其控制程序流程圖如圖4所示。另外的灌液、封蓋、分揀單元程序流程與此類同。

3．2　人機界面設計

Q系列PLC與三菱人機界面產品之間的數(shù)據(jù)通信是自動完成的，無需另外編寫程序，僅對人機界面進行設計即可。GOT的開發(fā)流程如圖5所示,人機手動模式界面如圖6所示。

圖4　理瓶單元程序流程圖　　圖5　GOT開發(fā)流程圖

圖6　界面圖

4　系統(tǒng)調試與仿真

硬件連接與參數(shù)設置完成后，要確保主從站之間能夠正常通信，才可以進行編程[11]。首先根據(jù)主傳送帶電機的額定參數(shù)設定變頻器的運行參數(shù)，然后對主站模塊進行調試。通過觀察主站模塊LED燈狀態(tài)和使用GX Works2調試CC-Link網絡[12]。在CC-Link網絡通信正常后，需要測試主站PLC與觸摸屏之間是否能正常通信。在GX Works2的傳輸設置選項中選擇通信測試。若通信測試出現(xiàn)異常，應先檢查是否正確選擇了觸摸屏的相關設置。調試完成后，自動灌裝生產線裝置可以正常運行，完成預定的各項功能，如圖7所示。

圖7　自動灌裝生產線現(xiàn)場仿真

5　結束語

本文通過設計一套基于三菱PLC的CC-Link現(xiàn)場總線技術的自動灌裝生產線控制系統(tǒng)，以探討CC-Link現(xiàn)場總線技術在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產控制系統(tǒng)中的應用特性。通過仿真裝置的現(xiàn)場測試，實現(xiàn)了預定的各項功能，效果較好。

參考文獻：

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[11] ZHENG H. Drive control system of five-layer corrugated cardboard production line based on CC-LINK[J]. Packaging Engineering, 2008,30(9):56-58.

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