第一部分：项目介绍与要求

1.1 项目背景

项目名称： 自动化灌装生产线控制系统

应用场景： 食品、药品、化妆品等液体产品的自动化灌装

项目目标：

• 实现全自动灌装流程

• 提高生产效率和产品质量

• 减少人工操作和人为误差

• 具备完善的安全保护和故障处理

1.2 系统功能要求

基本功能：

1. 空瓶检测与上料

2. 自动灌装控制

3. 瓶盖自动旋紧

4. 成品检测与分拣

5. 自动打包计数

控制要求：

1. 自动/手动模式切换

2. 产量统计与显示

3. 故障报警与记录

4. 参数设置与调整

5. 数据记录与报表

第二部分：系统分析与设计

2.1 系统结构设计

硬件组成：

1. FX5U-64MT/ES PLC
2. 触摸屏（威纶通10寸）
3. 输入设备：
   - 光电传感器（4个）
   - 接近开关（6个）
   - 按钮（8个）
4. 输出设备：
   - 电机（5台）
   - 电磁阀（8个）
   - 指示灯（6个）
5. 扩展模块：
   - 模拟量输入模块（4通道）
   - 温度传感器模块

2.2 I/O点分配表

输入点分配：

X0：启动按钮
X1：停止按钮
X2：急停按钮（常闭）
X3：手动/自动切换
X4：复位按钮
X5：空瓶检测传感器
X6：灌装位置传感器
X7：瓶盖位置传感器
X10：成品检测传感器
X11：打包位置传感器
X12：液位上限传感器
X13：液位下限传感器
X14：安全光幕
X15：门开关

输出点分配：

Y0：输送带电机（正转）
Y1：输送带电机（反转）
Y2：上料电磁阀
Y3：灌装电磁阀
Y4：旋盖电机
Y5：分拣气缸
Y6：打包机
Y7：报警灯
Y10：运行指示灯（绿）
Y11：故障指示灯（红）
Y12：蜂鸣器

第三部分：程序结构设计

3.1 程序模块划分

采用结构化编程：

工程结构：
[+] 全局标签（定义所有设备标签）
[+] 程序部件
    |- FB_MotorControl（电机控制功能块）
    |- FB_ValveControl（阀门控制功能块）
    |- FB_Sensor（传感器处理功能块）
    |- FC_Alarm（报警处理函数）
    |- FC_DataProcess（数据处理函数）
[+] 程序
    |- MAIN（主程序）
    |- INIT（初始化程序）
    |- AUTO（自动模式程序）
    |- MANUAL（手动模式程序）
    |- ALARM（报警处理程序）
[+] 参数
    |- PLC参数
    |- 通信参数
    |- 设备参数

3.2 全局标签定义

创建全局标签表：

// 输入标签
StartButton    X0    Bit    启动按钮
StopButton     X1    Bit    停止按钮
EmergencyStop  X2    Bit    急停按钮
AutoMode       X3    Bit    自动模式
ManualMode     X4    Bit    手动模式

// 输出标签
ConveyorFwd    Y0    Bit    输送带正转
ConveyorRev    Y1    Bit    输送带反转
FillValve      Y3    Bit    灌装阀
CappingMotor   Y4    Bit    旋盖电机
AlarmLight     Y7    Bit    报警灯

// 系统变量
SysStatus      D0    Word   系统状态
ProductionCnt  D10   DWord  产量计数
FillTimeSet    D20   Word   灌装时间设定
SpeedSet       D21   Word   输送速度设定

第四部分：功能块设计

4.1 电机控制功能块（FB_MotorControl）

接口定义：

输入参数：
  Start         Bool    启动信号
  Stop          Bool    停止信号
  Fault         Bool    故障信号
  Direction     Bool    方向（0=正转，1=反转）
  Speed         Word    速度设定

输出参数：
  Run           Bool    运行状态
  CurrentSpeed  Word    当前速度
  Alarm         Bool    报警状态

内部变量：
  RunTimer      Timer   启动延时
  RunFlag       Bool    运行标志

程序逻辑：

网络1：启停控制
   Start AND NOT Stop AND NOT Fault    RunFlag
|---||---|/|---|/|---( )---
       |                        |
       RunFlag                 |
       |---||------------------

网络2：方向控制
   RunFlag AND NOT Direction    FwdOutput
|---||---|/|---( )---
   RunFlag AND Direction        RevOutput
|---||---||---( )---

网络3：启动延时
   RunFlag         RunTimer T#2S
|---||------------[TON]--------

网络4：运行输出
   RunTimer.DN     Run
|---||------------( )---

网络5：速度处理
   RunFlag         [MOV Speed CurrentSpeed]---

4.2 阀门控制功能块（FB_ValveControl）

接口定义：

输入参数：
  OpenCmd        Bool    开启命令
  CloseCmd       Bool    关闭命令
  AutoControl    Bool    自动控制
  OpenTime       Word    开启时间（ms）

输出参数：
  ValveOpen      Bool    阀门开状态
  ValveClose     Bool    阀门关状态

内部变量：
  OpenTimer      Timer   开启计时
  CycleCount     DWord   动作次数计数

第五部分：主程序设计

5.1 初始化程序（INIT）

网络1：系统初始化
   M8002（初始脉冲）
|---||------[FMOV K0 D0 K100]---（清零系统变量）
               [FMOV K0 M0 K100]---（清零标志位）
               [MOV K100 D20]---（默认灌装时间100ms）
               [MOV K50 D21]---（默认速度50%）
               [RST SysRun]---（复位运行标志）

网络2：参数加载
   M8002        [FROM K1 K10 D100 K10]---（从EEPROM加载参数）

5.2 自动模式程序（AUTO）

网络1：自动模式启动
   AutoMode AND StartButton AND NOT EmergencyStop
|---||---||---|/|---[SET SysRun]---

网络2：自动流程控制
   SysRun        [SFC程序或步进控制]
                  // 步骤1：空瓶上料
                  // 步骤2：输送到灌装位
                  // 步骤3：开始灌装
                  // 步骤4：输送到旋盖位
                  // 步骤5：旋盖
                  // 步骤6：成品检测
                  // 步骤7：分拣打包
                  // 步骤8：循环计数

网络3：调用电机控制FB
   [FB_MotorControl]实例1
    Start := Step2Active  // 灌装位到达
    Stop := Step3Complete // 灌装完成
    Direction := FALSE    // 正转
    Speed := SpeedSet
    Run => ConveyorFwd
    Alarm => Motor1Alarm

网络4：调用阀门控制FB
   [FB_ValveControl]实例1
    OpenCmd := Step3Active      // 灌装开始
    CloseCmd := FillTimeElapsed // 灌装时间到
    AutoControl := TRUE
    OpenTime := FillTimeSet
    ValveOpen => FillValve

第六部分：触摸屏界面设计

6.1 主监控画面

画面布局：

┌─────────────────────────────┐
│   灌装生产线监控系统        │
├─────────────────────────────┤
│  [运行状态] [故障状态]      │
│  [当前产量] [班产量]        │
│  [运行时间] [设备效率]      │
├─────────────────────────────┤
│   ┌────┐  ┌────┐  ┌────┐   │
│   │启动│  │停止│  │急停│   │
│   └────┘  └────┘  └────┘   │
├─────────────────────────────┤
│  [自动] [手动] [参数设置]   │
└─────────────────────────────┘

6.2 参数设置画面

设置项目：

1. 灌装参数设置：
   - 灌装时间：___ ms
   - 灌装量校准系数：___ 
   - 提前关闭时间：___ ms

2. 速度参数设置：
   - 输送速度：___ %
   - 旋盖速度：___ %
   - 分拣速度：___ %

3. 生产参数设置：
   - 班产量目标：___ 瓶
   - 每包数量：___ 瓶
   - 报警阈值：___ 瓶

4. 时间参数设置：
   - 启动延时：___ s
   - 停止延时：___ s
   - 报警延时：___ s

6.3 报警记录画面

显示内容：

┌─────────────────────────────┐
│       报警记录              │
├─────────────────────────────┤
│ 序号 时间        报警内容   │
├─────────────────────────────┤
│ 001  08:30:25   空瓶检测异常│
│ 002  09:15:10   灌装超时    │
│ 003  10:20:35   旋盖力矩过大│
│ 004  11:05:40   液位低报警  │
└─────────────────────────────┘
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第七部分：通信配置

7.1 与触摸屏通信

PLC侧设置：

1. 以太网参数：
   IP地址：192.168.1.10
   子网掩码：255.255.255.0
   默认网关：192.168.1.1

2. 通信协议：SLMP
3. 端口号：5007

触摸屏侧设置：

1. 品牌：Mitsubishi
2. 型号：FX5U Ethernet
3. PLC IP：192.168.1.10
4. 端口：5007
5. 通信超时：3000ms

7.2 与上位机通信

MODBUS/TCP配置：

1. 启用MODBUS/TCP服务器
2. 端口号：502
3. 从站地址：1
4. 数据映射：
   - 保持寄存器40001-40050：生产数据
   - 线圈00001-00032：控制命令

第八部分：安全保护设计

8.1 硬件安全保护

急停电路设计：

急停按钮 → 安全继电器 → PLC急停输入
                    ↓
             所有输出强制断电

安全保护措施：

1. 安全光幕防护

2. 门开关保护

3. 过载保护

4. 漏电保护

5. 接地保护

8.2 软件安全保护

互锁保护：

网络1：电机正反转互锁
   ConveyorFwd    ConveyorRev
|---|/|---( )---
   ConveyorRev    ConveyorFwd
|---|/|---( )---

网络2：阀门互锁
   FillValve AND CappingValve    [互锁逻辑]---

时序保护：

网络1：灌装时序检查
   FillValve开启时间 > MaxFillTime
|---||----------------------------[SET OverFillAlarm]---

参数保护：

网络1：参数范围限制
   FillTimeSet < MinFillTime
|---||----------------------------[MOV MinFillTime FillTimeSet]---
   FillTimeSet > MaxFillTime
|---||----------------------------[MOV MaxFillTime FillTimeSet]---

第九部分：调试与优化

9.1 分阶段调试

第一阶段：硬件调试

1. 检查所有接线
2. 测试每个输入点
3. 测试每个输出点
4. 检查传感器信号

第二阶段：软件调试

1. 分模块调试功能块
2. 测试自动流程
3. 测试手动操作
4. 测试报警功能

第三阶段：系统联调

1. 整线空运行
2. 带料测试
3. 长时间运行测试
4. 异常情况测试

9.2 性能优化

优化措施：

1. 程序结构优化

2. 扫描周期优化

3. 通信效率优化

4. 内存使用优化

监控指标：

D1000：当前扫描周期（ms）
D1001：最大扫描周期（ms）
D1002：最小扫描周期（ms）
D1003：程序步数
D1004：内存使用率（%）

第十部分：文档整理

10.1 项目文档清单

必须包含的文档：

1. 项目需求说明书
2. 系统设计方案
3. 电气原理图
4. I/O分配表
5. 程序说明书
6. 操作手册
7. 维护手册
8. 测试报告
9. 备件清单
10. 培训材料

10.2 程序注释规范

注释要求：

// 程序头部注释
// 项目名称：自动化灌装生产线
// 程序名称：MAIN主程序
// 编写日期：2024年
// 编写人员：XXX
// 版本号：V1.0
// 功能说明：系统主控制程序

// 网络注释
网络1：系统初始化
// 初始化系统变量和标志位

// 重要指令注释
[MOV K100 D20]---  // 设置默认灌装时间100ms

// 功能块调用注释
[FB_MotorControl]--- // 输送带电机控制

实践任务

任务1：完成灌装站控制

要求：

1. 设计灌装站控制程序

2. 实现以下功能：

   • 空瓶检测

   • 精确定量灌装

   • 灌装时间可调

   • 液位检测与保护

   • 灌装完成信号

3. 创建触摸屏操作界面

4. 编写调试步骤

任务2：设计旋盖站控制

要求：

1. 设计旋盖站控制程序

2. 实现以下功能：

   • 瓶盖检测

   • 旋盖力矩控制

   • 旋盖到位检测

   • 旋盖失败处理

   • 瓶盖缺料报警

3. 使用功能块编程

4. 添加安全保护

任务3：整线联调测试

要求：

1. 整合所有工作站

2. 设计完整的生产流程

3. 实现模式切换功能

4. 添加产量统计功能

5. 完成系统测试报告

项目验收标准

功能验收：

1. 自动模式正常运行
2. 手动模式操作正常
3. 报警功能完善
4. 通信功能正常
5. 数据记录完整

性能验收：

1. 生产效率达到要求
2. 灌装精度±1%
3. 系统稳定性>99.5%
4. 响应时间<100ms
5. 故障恢复时间<5min

文档验收：

1. 文档齐全规范
2. 程序注释完整
3. 图纸准确清晰
4. 操作说明易懂
5. 维护指南实用

学习总结

本课程完整回顾：

1. 第1课：PLC基础与硬件认知

2. 第2课：电气接线与安全规范

3. 第3课：软件安装与第一个程序

4. 第4课：梯形图编程基础

5. 第5课：定时器与计数器应用

6. 第6课：数据处理指令

7. 第7课：移位与循环指令

8. 第8课：结构化编程入门

9. 第9课：通信功能配置

10. 第10课：中断与高速处理

11. 第11课：故障诊断与维护

12. 第12课：综合项目实战

能力达成目标：

✅ 能够独立完成FX5U PLC系统设计
✅ 能够编写复杂的控制程序
✅ 能够配置各种通信接口
✅ 能够进行系统调试和维护
✅ 能够完成完整的工程项目

继续学习建议：

进阶方向：

1. 运动控制：学习伺服、步进电机高级控制

2. 过程控制：PID控制、温度控制等

3. 网络通信：工业以太网、PROFINET等

4. SCADA系统：上位机监控系统开发

5. 机器视觉：与视觉系统集成

推荐学习资源：

1. 三菱官方手册和教程

2. 工业自动化论坛

3. 实际项目经验积累

4. 专业培训课程

5. 技术交流会议

毕业设计

最终考核项目：
设计一个完整的自动化仓储系统

要求：

1. 包含货架、堆垛机、输送线

2. 实现自动入库、出库功能

3. 包含库存管理系统

4. 使用触摸屏操作界面

5. 具备完善的报警和保护

6. 提交完整的项目文档

提交材料：

1. 电气原理图

2. PLC程序文件

3. 触摸屏程序

4. 设计说明书

5. 操作手册

6. 测试报告

结业证书

恭喜您完成三菱FX5U PLC系统教程的全部学习！

您已经掌握：

• FX5U PLC硬件系统设计

• GX Works3编程软件应用

• 梯形图、功能块、结构化编程

• 通信配置与网络搭建

• 系统调试与故障诊断

• 完整工程项目实施

祝福语：
希望本教程能成为您工业自动化道路上的坚实基石。
技术的海洋无边无际，愿您保持学习热情，勇于实践。
在实际工作中不断积累经验，解决更多实际问题。
祝您在自动化领域取得更大成就！

学习建议：
理论联系实际，多做项目练习。
遇到问题先思考，再查阅资料。
与同行交流，分享经验。
持续学习，与时俱进。

有任何问题，欢迎随时回顾本教程内容。
祝您工作顺利，前程似锦！

教程编写完成
总字数：约45,000字
建议学习时间：2-3个月
实践项目：12个
掌握技能：35项

感谢您的认真学习！