基于三菱FX2n PLC的水果包裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)
方雄，黃 強，練 杰
（邵陽學院電氣工程系，湖南邵陽422000）
摘要：水果包裝生產(chǎn)線是全自動化的包裝設備。介紹了基于三菱FX2n PLC為核心的控制系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)硬件設計框圖和軟件編程方法，并成功設計了控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)過實踐證明，設計可靠，能持續(xù)穩(wěn)定運行，設計思路可以推廣到其他包裝生產(chǎn)線工業(yè)中，具有一定的參考價值。
關鍵詞：水果包裝；PLC；控制系統(tǒng)
中圖分類號：TP273 文章編號：1006 - 2394( 2016) 03 - 0032 - 02
0引言
在現(xiàn)代化的水果包裝產(chǎn)業(yè)中常常需要對水果進行計數(shù)、包裝，傳統(tǒng)的人工包裝方式不但麻煩，而且效率低，勞動強度大，不適合現(xiàn)代化的生產(chǎn)需要。為了適應現(xiàn)代化的大規(guī)模包裝水果產(chǎn)業(yè)，就必須設計一套完整的自動化生產(chǎn)線，以便用自動化的生產(chǎn)線來代替人工完成這些繁雜的工作。目前水果包裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中，不少是用單片機控制的；而PLC的可靠性高，編程簡單，易于維護，可以廣泛應用于各種控制系統(tǒng)中。根據(jù)水果包裝控制系統(tǒng)的特點，決定使用PLC來實現(xiàn)對水果包裝的實用控制，本文采用三菱PLC對水果包裝進行有效且經(jīng)濟的控制。
1系統(tǒng)功能
在水果包裝生產(chǎn)線中，水果由傳送帶1隨時運來，運送時間不固定，因此間隔不確定，有的水果距離較遠，有的則靠在了一起。包裝線示意圖如圖1所示。傳送帶1的電動機轉動1圈，旋轉編碼器E6A發(fā)出1個脈沖。當光電檢測器SP1檢測到水果，且旋轉編碼器發(fā)出4個脈沖時，表示有4個水果通過傳送帶1到傳送帶2。當傳送帶2上有4個水果后，擋板電動機Ml正轉，驅動擋板上升，阻止后面的水果運送；當擋板上升到位，上限位開關SQ3動作，擋板停止上升，推動器電動機M2正轉，將水果向前推出落入盒子，當推動器到達前限位開關SQ2動作，推動器停止向前，推動器電動機M2反轉驅動推動器后退。當推動器后退到位時，后限位開關SQ1動作，推動器停止后退，M2停轉。此時擋板電動機Ml反轉，驅動擋板下降；當擋板下降到位，下限位開關SQ4動作，擋板回到初始位置，完成一次水果的包裝。
2系統(tǒng)硬件組成
該系統(tǒng)的硬件主要包括以下幾個主要模塊：PLC主控模塊、光電檢測模塊、旋轉編碼器模塊。其中PLC主控模塊主要完成對外圍硬件的控制以及一些運算功能，光電檢測模塊完成水果的檢測，旋轉編碼器模塊完成水果個數(shù)的計數(shù)。系統(tǒng)硬件組成框圖如圖2所示。
2.1主控模塊
該系統(tǒng)采用了三菱FX2n PLC來實現(xiàn)，F(xiàn)X2n系列PLC是三菱公司推出的高性能小型可編程控制器，它的基本指令執(zhí)行時間為0.08斗s每條指令，內置的用戶存儲器為8K步，可以擴展到16K步，最大可以擴展到256個I/O點，有多種特殊功能模塊或功能擴展板，可以實現(xiàn)多軸定位控制。機內有實時鐘，PID指令用于模擬量閉環(huán)控制。FX2n系列PLC采用整體式和模塊式相結合的疊裝式結構，系統(tǒng)配置固定、靈活，編程簡單，可高速運算，現(xiàn)場安裝簡易方便。
2.2光電檢測模塊
光電檢測模塊是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求，它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。如圖3所示，光電檢測模塊一般由傳感元件、光電轉換元件和信號處理電路組成。
2.3旋轉編碼器模塊
旋轉編碼器是用來測量轉速的裝置，光電式旋轉編碼器通過光電轉換，可將輸出軸的角位移、角速度等機械量轉換成相應的電脈沖以數(shù)字量輸出。當旋轉編碼器軸帶動光柵盤旋轉時，經(jīng)發(fā)光元件發(fā)出的光被光柵盤狹縫切割成斷續(xù)光線，并被接收元件接收產(chǎn)生初始信號，該信號經(jīng)后繼電路處理后，輸出脈沖或代碼信號。旋轉編碼器的特點是體積小、質量輕、頻響高、分辨能力高、力矩小、耗能低、性能穩(wěn)定、使用壽命長。其主要種類有增量式編碼器、絕對值編碼器、正弦波編碼器。本系統(tǒng)采用的光電式旋轉編碼模塊原理如圖4所示。
3主程序設計
程序采用結構化設計，并且利用PLC的起保停電路編程語言，具有良好的可讀性和可維護性。由于各工位相對獨立、并行處理，設計時將主要工位功能用子功能塊實現(xiàn)，然后在主程序中調用。系統(tǒng)的主要功能有電機旋轉、擋板升降等。
在系統(tǒng)中主程序完成系統(tǒng)的初始化，分配調用各子程序以實現(xiàn)系統(tǒng)功能，主程序流程圖如圖5所示。光電檢測子程序是將光電傳感器采集到的模擬信號經(jīng)過量化、處理轉換成PLC可以識別的數(shù)值傳給主程序；旋轉編碼器子程序采集電機旋轉的數(shù)值，經(jīng)量化處理后傳遞到下一級程序；電動機子程序是將每次量化完成的數(shù)據(jù)傳遞給電動機控制電路，從而實現(xiàn)電動機的正反轉。
4結束語
本文介紹了基于三菱FX2n PLC的水果包裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設計方法，并說明了控制過程和策略，對關鍵元件的連接關系和運用細節(jié)的處理也作了交代，具有相當?shù)膶嵱眯�。本系統(tǒng)不僅設計可靠，能持續(xù)穩(wěn)定運行，并且為推廣到其他包裝生產(chǎn)線工業(yè)中提供了極大地方便。
