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0引言
本文所述的全自動液體灌裝機(jī)主要服務(wù)于食用油包裝、石油化工等液體灌裝行業(yè)，可以對食用油、油漆涂料、潤滑油、防凍液、蠟油等進(jìn)行高速、高精度的灌裝，并將灌裝好的成品自動碼垛，實(shí)現(xiàn)了灌裝、碼垛的全自動化。
灌裝線采用氣壓—機(jī)械傳動方式，具有自動和手動兩種工作模式，在自動狀態(tài)下，灌裝主機(jī)可以自動進(jìn)行大、小流量的灌裝切換以及達(dá)到設(shè)定重量后自動關(guān)閉閥門，然后通過輸送帶將灌裝完成的桶輸送到壓蓋工位自動進(jìn)行壓蓋操作。碼垛機(jī)可以自動將成品油碼成用戶設(shè)定好的行數(shù)X排數(shù)X層數(shù)的形式，并將碼好的垛盤輸送到存放區(qū)。整個控制系統(tǒng)采用PLC、觸摸屏以及智能稱重儀表聯(lián)網(wǎng)組成，充分發(fā)揮了PLC和觸摸屏可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)以及編程方便的優(yōu)點(diǎn)，而稱重儀表的使用使得達(dá)到重量時的控制反應(yīng)更為迅速，PLC與稱重儀表的通訊連接使得布線更為方便、控制輸入點(diǎn)數(shù)也得以減少[1,2]。
1灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
全自動液體灌裝線主要由灌裝主機(jī)和碼垛機(jī)兩大分系統(tǒng)構(gòu)成。在整個系統(tǒng)的控制上采用獨(dú)立控制的體系結(jié)構(gòu)，即用戶可以根據(jù)實(shí)際情況單獨(dú)使用其中一部分，若同時使用時系統(tǒng)提供了可靠的連鎖保護(hù)及協(xié)同工作能力。
1.1灌裝主機(jī)控制系統(tǒng)
灌裝過程采用兩級控制，即在開始階段將閥門全部打開，而在將要達(dá)到設(shè)定的灌裝值時，將大流量的閥門關(guān)閉，采用小流量進(jìn)行最后的灌裝。灌裝主機(jī)控制系統(tǒng)主要由觸摸屏、PLC、稱重儀表以及各種開關(guān)構(gòu)成。觸摸屏實(shí)現(xiàn)了友好的人機(jī)操作界面，提供了狀態(tài)監(jiān)控、重量顯示、參數(shù)設(shè)定、故障顯示等功能。PLC完成了輸送線的啟/停、閥門的開/關(guān)控制。稱重儀表將壓力傳感器的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將經(jīng)過濾波等處理后的結(jié)果通過串口傳送到PLC，且其本身具有兩個數(shù)字輸出點(diǎn)，可以直接對閥門進(jìn)行控制。

在灌裝主機(jī)的程序設(shè)計(jì)中，PLC與稱重儀表的數(shù)據(jù)交換是編程的難點(diǎn)。通過稱重儀表的控制面板可以設(shè)置通訊的波特率、數(shù)據(jù)長度、停止位、校驗(yàn)位、ID號。稱重儀表的通訊協(xié)議已經(jīng)固化到儀表本身，通訊的數(shù)據(jù)需要轉(zhuǎn)換為ASCLL碼，在通訊的過程中可能會受到干擾而發(fā)生錯誤，因而在稱重儀表的協(xié)議中規(guī)定數(shù)據(jù)傳輸采用BCC碼進(jìn)行檢驗(yàn)，BCC校驗(yàn)碼的方法就是將要傳送的字符串的ASCLL碼以字節(jié)為單位作異或運(yùn)算，并將所得結(jié)果作為指令的一部分速度大為提高，從而提高了整個系統(tǒng)的灌裝精度[3]。整個灌裝主機(jī)的控制系統(tǒng)流程圖如圖1所示。
1.2碼垛機(jī)控制系統(tǒng)
碼垛機(jī)控制系統(tǒng)主要由觸摸屏、PLC、旋轉(zhuǎn)編碼器及各種開關(guān)構(gòu)成。PLC通過高速計(jì)數(shù)器讀取編碼器的數(shù)值，控制運(yùn)送小車達(dá)到指定的層和列。通過觸摸屏可以根據(jù)用戶的需要設(shè)定碼垛的層數(shù)、行數(shù)以及列數(shù)。在整個灌裝系統(tǒng)工作時，碼垛機(jī)可以提供給主機(jī)多種信息，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制[4]。碼垛機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
2灌裝機(jī)控制軟件的實(shí)現(xiàn)
2.1灌裝主機(jī)的控制程序

傳送出去，接收方接到數(shù)據(jù)后再對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行同樣的運(yùn)算，并跟接收到的BCC碼進(jìn)行比較，如果一致說明本次數(shù)據(jù)傳送成功，如果不同則將本次得到的數(shù)據(jù)拋棄，并告知發(fā)送方重新發(fā)送[5,6]。當(dāng)PLC收到稱重儀表的數(shù)據(jù)后進(jìn)行轉(zhuǎn)化得到壓力傳感器的實(shí)際重量值，并在觸摸屏上進(jìn)行顯示。當(dāng)用戶進(jìn)行灌裝參數(shù)的修改時，PLC的程序中也須將所要傳送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ASCALL碼，并計(jì)算得到BCC校驗(yàn)碼形成數(shù)據(jù)串一起傳送到稱重儀表[7]。
在PLC的程序編制中，由于灌裝重量需要進(jìn)行實(shí)時更新，采用了定時中斷每隔100ms向稱重儀表發(fā)送一次命令，請求儀表將其采樣值傳送到PLC，同時打開了端口接收中斷將稱重儀表返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。PLC程序除要完成數(shù)據(jù)的互相交換任務(wù)外，還需對大量電機(jī)、電磁閥進(jìn)行控制。圖3是主機(jī)控制程序的邏輯結(jié)構(gòu)圖。
2.2碼垛機(jī)的控制程序
在碼跺機(jī)控制系統(tǒng)中采用旋轉(zhuǎn)編碼器來判斷輸送小車的目的行與層，這與傳統(tǒng)碼跺機(jī)采用行程開關(guān)來判斷行與層相比，既節(jié)約了成本又提高了控制的準(zhǔn)確性。旋轉(zhuǎn)編碼器采用普通的計(jì)數(shù)器其準(zhǔn)確的數(shù)值無法獲取，西門子PLC提供了高速計(jì)數(shù)器指令，高速計(jì)數(shù)器累計(jì)CPU掃描速率不能控制的高速事件，可以配置最多12種不同的操作模式。西門子PLC提供的6路高速計(jì)數(shù)器對其所支持的時鐘、方向控制、復(fù)位和啟動都有專用的輸入點(diǎn)。根據(jù)碼跺機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際需要，在控制程序的編制中使用了高速計(jì)數(shù)器2、4，采用的是模式10，模式10為A/B相帶復(fù)位的正交計(jì)數(shù)器模式，PLC接收來自編碼器的兩相脈沖信號，當(dāng)A相超前于B相，順時針轉(zhuǎn)動，反之A相落后于B相，逆時針轉(zhuǎn)動，如果復(fù)位信號接通，計(jì)數(shù)器即清零[5,8]。
HSC2用來獲取輸送小車的層坐標(biāo)，HSC4用來獲取輸送小車的行坐標(biāo)。以小車行坐標(biāo)的控制為例說明程序的實(shí)現(xiàn)方式，首先打開中斷29（HSC4當(dāng)前值等于預(yù)置值時響應(yīng)），當(dāng)小車運(yùn)動的位置與設(shè)定的第一行坐標(biāo)相等時則響應(yīng)中斷29，在中斷程序中將下一行的坐標(biāo)裝載到HSC4的預(yù)置值中，以此循環(huán)就可以準(zhǔn)確控制小車到達(dá)指定的行，實(shí)現(xiàn)小車的自動控制。在碼跺機(jī)的控制程序中，除需準(zhǔn)確控制小車到達(dá)目的行、目的層，還需對跺盤倉跺盤的輸送，何時抓桶、放桶等動作進(jìn)行控制[5,9]。圖4是碼跺機(jī)控制程序的邏輯結(jié)構(gòu)圖。
3結(jié)論
本文介紹了全自動液體灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案，對液體灌裝機(jī)兩大分系統(tǒng)灌裝主機(jī)與碼跺機(jī)的控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較為詳細(xì)的闡述，對PLC與稱重儀表通過串口進(jìn)行通訊的實(shí)現(xiàn)以及PLC高速計(jì)數(shù)器的應(yīng)用做了比較全面的介紹。對于液體灌裝機(jī)來說，對其性能的考核主要包括灌裝速度、精度以及長期運(yùn)行的可靠性，我們所研制的全自動液體灌裝機(jī)在這幾個方面都得到了市場的認(rèn)可，取得了較為滿意的性能指標(biāo)。
 

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