【项目详解】基于S7-1200 PLC的高速滴眼液灌装线调试

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项目介绍

行业简要背景：

滴眼液灌装流水线对容器进行用真空负压、自吸灌液设备，适用小口径容器，口径内液体表面涨力应大于液体静压，如眼药水、滴眼液、口服液塑料瓶、风油精瓶、香水瓶等。该流水线采用锥体活塞，密封性能好，分注液量准确，液量调整方便，在灌装速度上可调，操作简单。可广泛的在医药、保健、化工等行业使用。

机型简要工艺介绍：

该高速滴眼液无菌灌装生产线由理瓶、输送、无菌净化气气洗瓶、灌装、上内塞、旋外盖六个主体部分组成，主要用来完成滴眼液瓶的理瓶、输瓶、气洗、计量分装、塞内塞、加盖、旋盖等工序，整个生产过程在百级层流保护及无菌隔离操作下完成，并对各区域进行隔离保护，确保了滴眼液产品的无菌化生产，符合国家新版GMP要求，生产线也适用于其它小容量塑料瓶产品的生产。系统组成部分：贮存瓶子，自动理瓶系统输送瓶子，剔除倒瓶系统，静电消除，气洗塞盖系统，精密陶瓷，灌装分瓶系统，真空吸塞，上塞系统，机械手抓盖上盖系统，恒磁力矩，定位旋盖系统，百级层流保护无菌化系统。

控制系统

系统结构网络图：

可选方案的比较：

可选用S7-1500（T），V90PN和G120C的方案进行优化，基于1500（T） PLC的运动控制资源，使用工艺对象，将12个灌装伺服配置成同步轴，使得12个独立灌装伺服的动作同步性更好。1500 PLC的逻辑运算能力较1200 PLC快，对灌装精度以及效率方面也会有一定的提高。但由于1500 PLC的成本原因，客户选择了1200 PLC方案更为经济。

控制功能

控制系统完成的功能

根据控制对象的要求，较详细地介绍控制系统实现的功能。

PLC通过PN的通讯方式控制主轴变频器，理瓶变频器和输送变频器的运行和转速设定，其中，主轴电机通过机械凸轮连接清洗吹气装置、灌装平台、塞瓶装置和旋盖装置。PLC通过PN通讯方式控制13台V90 PN伺服，通过V90 PN配置EPOS基本定位功能，对灌装注液伺服和转阀控制进行位置定位。PLC通过4路模拟量输出信号，控制振动盘控制器，调节振动频率。

引入了OMAC标准化编程，该高速滴眼液无菌灌装生产线由理瓶、输送、无菌净化气气洗瓶、灌装、上内塞、旋外盖六个主体部分组成。通过OMAC来实现对设备整线的操作管理和监控。

设定灌装剂量和管壁内径，启动系统，输送电机保持运行；当入口无瓶时，进行空瓶补料，理瓶电机启动进行理瓶，理好的空瓶通过输送带进入气洗，消毒后，等待灌装；灌装时，转阀先切换到备料位，灌装伺服抽取等剂量的滴眼液，然后转阀切换到灌装位，灌装伺服开始注液，直至灌装完成；灌装完成后，瓶子随机构先后进入塞瓶和旋盖机构，进行上内塞和旋外盖处理；最后进入检测环节，对不良产品进行剔除工作。

性能指标

适用规格：5～30ml塑料瓶、瓶内塞及外盖；160～200瓶/分钟；计量精度：≤±1%；瓶子清洗合格率：100%；上塞合格率：≥99.8%；旋盖合格率：≥99.8%。

控制关键点和难点

由于整个设备系统要求接入到上位机系统进行控制管理和监控，所以需要对设备中各个执行机构标准化处理，来确保接口的统一和一致性。首先是对OMAC标准化功能块的应用，包含了OMAC初始化，管理，状态切换，模式状态时间和获取当前模式字符串。其次是对机构中出现的阀门，电机，气缸，振动盘的标准化编程，同时优化了原有FB284库中对于限位原点间回零功能。

关键及难点部分的调试过程描述：

对OMAC功能块进行调用组态配置，在OB100中调用这些块，并组态对应的模式和状态，需要组态的模式和状态应选择FALSE。以“手动模式”举例。

在FB块中调用状态管理块，状态时间块，获得当前模式字符串块，给相应管脚分配变量，最后添加对应的控制逻辑，这样设备就会按照不同模式下的逻辑顺序，执行不同状态的切换。

给V90配置111报文并设置EPOS模式，对V90标准化编程FB块，将原点，正负极限信号做成接口，可方便客户把信号直接接入PLC，无需接在驱动器中。如下图：

进行原点负限位反向回原点逻辑程序编辑，如下图

最后在程序中调用该FB块，可通过FOR循环语句来实现对12台伺服电机的指令操作。如下图：

控制效果

灌装节拍能稳定在3秒一次，满负荷运行条件下，约200瓶/分钟。每次的灌装精度在±1%，标准化的编程，OMAC的应用能够直观的体现用户设备的运行状态，同时也方便了工程师对程序的维护以及新机型的研发。

应用体会

OMAC这种开放式模块化结构有着非常明显的优势，他能够给最终用户和机器制造商以灵活选择自动化的方式，来提高设备的灵活性，实现结构更加紧凑，性能更高的机器，同时还可以降低成本，使集成风险最小化。将所有的程序结构标准化后，能够反复使用解决方案，并使得很多来自生产机器的问题得以简化，而且能够很方便的实现与上层产品的连接。

改进空间

使用西门子方案，首先性能方面完全得到满足且精度更高，TIA优势明显。总线方案能够方便客户调试布线，一网到底，抗干扰能力强。使用了OMAC标准化程序结构，方便本地和上位机管理监控设备状态。后续建议客户将理瓶设备，灌装设备，以及旋盖设备用3台1200 PLC单独控制，这样更能体现出OMAC标准化结构下设备间的交互控制。

参考文献

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[5] SLC DI RE JSS Sales 席玮 13812118960

博大精深 同心致远