基于監(jiān)控計算機（PC），可編程控制器（PLC），人機界面（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)場總線控制系統(tǒng)）的自動化已成為現(xiàn)代工廠的技術(shù)支柱，并在國內(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：全球近年發(fā)運的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，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)的自動化升級，相比之下相對落后的食品工業(yè)是在90年代初從國外成套引進面粉加工生產(chǎn)線后，以PLC，PC機為核心的自動控制和管理系統(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；工藝流程的計數(shù)機終端動態(tài)顯示取代了模擬屏顯示；PC機與集散控制網(wǎng)絡(luò)使整個生產(chǎn)線處于計數(shù)機控制和管理下，徹底改變了傳統(tǒng)食品加工的落后面貌，成為行業(yè)發(fā)展趨勢和方向。

本課題主要研究由PLC，人機界面組成的自動控制系統(tǒng)在一個蛋黃派自動生產(chǎn)線的應(yīng)用：從用戶提出的控制要求入手，對蛋黃派生產(chǎn)線的整理部分的綜合分析，通過PLC編程實現(xiàn)基本控制要求，再通過現(xiàn)場調(diào)試對各部件進行精確定時和精確定位，并對工藝參數(shù)進行調(diào)整，通過觸摸屏設(shè)計一套人性化，簡單化的人機界面，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)過烘烤，甩油，冷卻后進入整理部分。

其整理部分包括灌奶和刮料。蛋黃派經(jīng)過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物料檢測輸送信號X0，當X0檢測到有信號后，經(jīng)過灌奶輸送延時，延時時間到后灌奶輸送伺服Y0運行，啟動傳送帶。

②灌奶裝置能分別為左右兩邊的蛋黃派灌奶，當左邊檢測灌奶信號X1檢測到信號后，灌奶輸送停止，同時左邊灌奶運行電磁閥運行，經(jīng)過灌奶運行電磁閥運行延時，延時時間到后，左邊灌奶開關(guān)口電磁閥打開，同時開始抽料，經(jīng)過左邊灌奶開關(guān)口電磁閥開延時，時間到后，關(guān)上左邊灌奶開關(guān)口，同時左邊灌奶擠料電磁閥運行，開始擠料，經(jīng)過左邊灌奶擠料延時，時間到后擠料結(jié)束，灌奶輸送運行，經(jīng)過以后物料延時，延時時間到灌奶輸送停止，重復第2步動作，直到完成預(yù)定的排數(shù)。（灌奶運行電磁閥，開關(guān)口電磁閥，擠料電磁閥都要有運行延時和關(guān)斷延時）。

③當右邊檢測灌奶信號X2檢測到信號后，灌奶輸送停止，同時右邊灌奶運行電磁閥運行，經(jīng)過灌奶運行電磁閥運行延時，延時時間到后，右邊灌奶開關(guān)口電磁閥打開，同時開始抽料，經(jīng)過右邊灌奶開關(guān)口，電磁閥開延時，時間到后，關(guān)上右邊灌奶開關(guān)口，同時右邊灌奶擠料電磁閥運行，開始擠料，經(jīng)過右邊灌奶擠料延時，時間到后擠料結(jié)束，灌奶輸送運行，經(jīng)過以后物料延時，延時時間到灌奶輸送停止，重復第3步動作，直到完成預(yù)定的排數(shù)。

（灌奶運行電磁閥，開關(guān)口電磁閥，擠料電磁閥都要有運行延時和關(guān)斷延時）。

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

⑤整理有3組，整理信號一，整理信號二，整理信號三分別對應(yīng)X3，X4，X5，檢測到信號后對應(yīng)的整理電磁閥動作，經(jīng)過一定延時后復位。兩個下料信號和檢測下料信號對應(yīng)兩個下料伺服。

⑥設(shè)有整理下料一伺服急停復位，整理下料二伺服急停復位，蛋糕輸送急停復位，刮料急停復位，灌奶急停復位。同時要有信號報警系統(tǒng)。

⑦要有手/動切換，按下啟動按鈕后知道執(zhí)行自動控制。

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)定和恢復出廠值，要有參數(shù)記錄和恢復上次記錄。

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

⑩設(shè)一個服務(wù)時間。能更改服務(wù)時間控制機器的有效運行時間，時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點數(shù)，根據(jù)I/O點數(shù)和控制要求選擇PLC型號，再選擇變頻器，觸摸屏，伺服型號，然后根據(jù)控制要求畫出程序流程功能框圖。

3.型號選擇

PLC型號選擇：根據(jù)輸入輸出點分配情況選擇60點的PLC，再加1個擴展模塊，因為需要脈沖輸出選擇晶體管型的，所以選擇PLC型號為XC3-60T-E，外加1個擴展模塊XC- E8X8YR. TP型號選擇：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

（1）PLC與變頻器的通訊

本系統(tǒng)用到了4臺變頻器，即四臺變頻器與一個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MODBUS通訊進行，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)，同時也可根據(jù)實際運用情況給每塊設(shè)置一個起始/終止符，也可不設(shè)。設(shè)置后，PLC在發(fā)送數(shù)據(jù)時，自動加上起始/終止符，而當在接收數(shù)據(jù)時，則會去掉起始/終止符。

因此，當PLC采用自由格式通訊協(xié)議，實現(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臺變頻器通訊，要把3臺變頻器的地址分別設(shè)為01，02，03，對應(yīng)的ASCII為31，32，33，要求對變頻器進行頻率給定，則可以從變頻器手冊中查到其主機命令，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制頻率轉(zhuǎn)化成ASCII碼值，分別寫入4個寄存器中，然后對前面的數(shù)進行累加計算，即把“從機地址”到“運行數(shù)據(jù)”全部字節(jié)的ASCII碼值進行累加后放入4個寄存器中，幀尾為0D.通過把不變的數(shù)的ASCII碼值相加，然后對頻率進行ASCII換算，通過的00FFH，F(xiàn)F00H進行與運算再通過邏輯位移，然后把各個數(shù)放入寄存器中。在寫變頻器站號的時候，通過一個定時器對D400進行累加，再對D400的數(shù)進行譯碼送入M50，通過M50對3個變頻器的站號和頻率給定。

（2）信號檢測

在信號檢測系統(tǒng)中主要的一個物料檢測輸送和下料信號，分別對應(yīng)了灌奶輸送流程和整理下料一伺服運行流程和整理下料二伺服運行流程。

（3）灌奶輸送

灌奶輸送對應(yīng)的流程為S0，通過前面的灌奶輸送檢測信號對S0啟動，經(jīng)過灌奶輸送延時，對輸送伺服發(fā)脈沖進行灌奶輸送。D8170是PULSE_1累計的脈沖個數(shù)。當M8170（灌奶輸送伺服運行標志位）得到下降沿時進入刮料和擠奶檢測流程。之所以在這里才把擠奶檢測流程打開而不是在上面的信號檢測流程中就打開，是防止有誤信號的檢測使擠料流程誤打開。

（4）刮料

刮料流程的伺服與灌奶輸送的伺服運行類似，這里不一一闡述。

（5）擠奶檢測流程

當左擠奶檢測光電開關(guān)檢測到有信號的時候，打開左邊的擠奶流程。（右邊的類似）。

（6）擠奶流程

當擠奶流程打開，左邊的灌奶運行電磁閥隨即打開對Y12置位，經(jīng)過左邊灌奶運行電磁閥運行延時T200，把左邊灌奶開關(guān)口電磁閥打開對Y200置位，經(jīng)過T201延時后，打開左邊擠料電磁閥對Y201置位，再經(jīng)過T202延時，關(guān)閉開關(guān)口電磁閥，經(jīng)過開關(guān)口關(guān)延時T203后，關(guān)閉左邊擠料電磁閥，經(jīng)過T204延時，關(guān)閉運行電磁閥，經(jīng)過延時，退出左擠奶流程。（右邊的類似）。

（7）整理

整理只是簡單的通過整理信號對整理電磁閥進行置位，通過運行延時，對其復位。

8）整理下料伺服運行

整理下料伺服有兩段，要經(jīng)過下降延時。所以要有段程標志位。

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)運行安全可靠性，降低操作管理人員的勞動強度，減少生產(chǎn)人員提高勞動價值，實現(xiàn)生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化發(fā)揮了積極作用。