PLC在飲料灌裝機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

0 引言

    飲料灌裝機(jī)用于灌裝各種各樣的瓶裝飲料, 適合大中型飲料生產(chǎn)廠家。早期的灌裝機(jī)械大多數(shù)采用容積泵式、蠕動(dòng)泵式作為計(jì)量方式。這些方式存在一些缺點(diǎn), 例如: 罐裝精度和穩(wěn)定性難以保證、更換灌裝規(guī)格困難等。本系統(tǒng)采用的飲料分裝計(jì)量是通過(guò)時(shí)間和單位時(shí)間流量來(lái)確定的, 計(jì)量精度由可編程序控制器( PLC) 控制確定, 通過(guò)人機(jī)界面———觸摸屏監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài), 可在線修改運(yùn)行參數(shù)。PLC控制具有編程簡(jiǎn)單、工作可靠、使用方便等特點(diǎn), 在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。觸摸屏是顯示器和觸摸開(kāi)關(guān)一體型的可編程終端( PT) , 是新一代先進(jìn)的人機(jī)界面產(chǎn)品。專為PLC應(yīng)用而設(shè)計(jì)的觸摸屏集主機(jī)、輸入和輸出設(shè)備于一體, 適合在惡劣的工業(yè)環(huán)境中使用。

1 工作原理

    飲料灌裝機(jī)主要包括三大部分: 恒壓儲(chǔ)液罐、夾瓶及灌裝頭部分、變頻調(diào)速傳送帶部分。主機(jī)的上部是恒壓儲(chǔ)液罐, 里面有上限位和下限位液位傳感器,它們被淹沒(méi)時(shí)是1狀態(tài)。液面低于下限位時(shí)恒壓儲(chǔ)液罐為空。飲料通過(guò)進(jìn)液電磁閥流入恒壓儲(chǔ)液罐, 液面到達(dá)上限位時(shí)進(jìn)液電磁閥斷電關(guān)閉, 使液位保持穩(wěn)定。灌裝設(shè)備生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 工藝流程圖

    恒壓儲(chǔ)液罐下面是夾瓶及灌裝頭部分, 共有24個(gè)灌裝頭。夾瓶裝置由氣壓缸1驅(qū)動(dòng)下降, 下降到位后, 夾瓶裝置由氣壓缸2夾緊定位, 下降及夾緊由行程開(kāi)關(guān)控制位置。定位夾緊后, 灌裝頭由氣壓缸3驅(qū)動(dòng)下降, 到位后灌裝頭電磁閥打開(kāi), 開(kāi)始灌液, 延時(shí)后電磁閥關(guān)閉, 通過(guò)控制電磁閥的開(kāi)啟時(shí)間達(dá)到灌裝容量控制。

    傳送帶電動(dòng)機(jī)由變頻器控制, 實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速, 達(dá)到系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。電機(jī)啟動(dòng)1 s后, 進(jìn)瓶氣缸縮回、開(kāi)始進(jìn)瓶, 3 s后出瓶處氣缸4 伸出擋住空料瓶。進(jìn)瓶處設(shè)置光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)進(jìn)瓶個(gè)數(shù), 當(dāng)檢測(cè)到24個(gè)時(shí), 出瓶處氣缸5 伸出不再進(jìn)瓶, 傳送帶電動(dòng)機(jī)停止。這時(shí), 灌裝頭下降到瓶口, 由通過(guò)觸摸屏輸入的時(shí)間使PLC控制灌裝頭的開(kāi)啟時(shí)間。灌裝結(jié)束后, 灌裝頭上升, 夾瓶裝置放松、上升。出瓶處氣缸縮回, 傳送帶電動(dòng)機(jī)又開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng), 1 s后進(jìn)瓶處氣缸5縮回, 光電開(kāi)關(guān)又開(kāi)始檢測(cè)進(jìn)瓶個(gè)數(shù)。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    2.1 系統(tǒng)框架

    該系統(tǒng)既有開(kāi)關(guān)量控制又有模擬量變頻調(diào)速控制。設(shè)備既可以自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行, 各運(yùn)動(dòng)點(diǎn)又可人工點(diǎn)動(dòng)操作, 這樣對(duì)應(yīng)于各種操作的輸入點(diǎn)、需要顯示的動(dòng)作狀態(tài)信息輸出點(diǎn)有很多。這些I/O信號(hào)如果采用電器按鈕、指示燈顯示的方式, 會(huì)大大增加硬件模塊及電氣連線, 相應(yīng)故障率也會(huì)加大。我們采用PLC與觸摸屏相結(jié)合的方案。觸摸屏的畫(huà)面是用專用的組態(tài)軟件設(shè)計(jì)完成后, 再通過(guò)計(jì)算機(jī)的RS - 232C串行通訊口下載到觸摸屏。PLC與觸摸屏之間通過(guò)串行接口通訊, 連線簡(jiǎn)潔。系統(tǒng)框架如圖2所示。

圖2 硬件系統(tǒng)框圖

    2.2 I/O控制的設(shè)計(jì)

    灌裝設(shè)備共設(shè)計(jì)有數(shù)字量輸入點(diǎn)13 個(gè), 其中:氣缸運(yùn)動(dòng)傳感器10個(gè), 液位傳感器2個(gè), 光電開(kāi)關(guān)1個(gè)。數(shù)字量輸出點(diǎn)35 個(gè), 其中: 灌裝頭電磁閥控制24個(gè), 氣缸運(yùn)動(dòng)電磁閥控制10個(gè), 儲(chǔ)液罐電磁閥控制1個(gè)。

    變頻調(diào)速系統(tǒng)需要1個(gè)模擬量輸入點(diǎn)和一個(gè)模擬量輸出點(diǎn)。測(cè)速電機(jī)測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速, 電壓值信號(hào)接入模擬輸入點(diǎn), 經(jīng)過(guò)與給定值比較、PID運(yùn)算, 運(yùn)算結(jié)果從模擬量輸出點(diǎn)輸出, 作為變頻器的控制信號(hào),實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。

    主控單元采用了SIEMENS公司的S7 - 200 系列的PLC 產(chǎn)品CPU224, 外加兩個(gè)數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM223和一個(gè)模擬量擴(kuò)展模塊EM235。觸摸屏采用臺(tái)灣產(chǎn)PWS3260型。

3 軟件實(shí)現(xiàn)

    3.1 軟件總體功能

    圖3 是觸摸屏軟件控制程序框圖。控制程序是用菜單形式編制的。自動(dòng)功能包括: 運(yùn)行、暫停、結(jié)束、復(fù)位等。手動(dòng)功能包括: 所有運(yùn)動(dòng)部件的進(jìn)、退、起、停等。利用ADP3組態(tài)軟件中的交替性按鈕功能編程。在按鈕按下、抬起時(shí)分別對(duì)PLC相應(yīng)的中間繼電器置位, 使PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)某運(yùn)動(dòng)部件的進(jìn)退控制。初值設(shè)定: 按用戶的需求, 任意設(shè)定轉(zhuǎn)速、計(jì)數(shù)值等參數(shù), 并對(duì)參數(shù)的上限進(jìn)行監(jiān)視, 一旦越界, 即給出提示。運(yùn)行監(jiān)視: 監(jiān)視系統(tǒng)的各個(gè)器件狀態(tài), 如變頻器、電機(jī)等的異常狀態(tài), 及時(shí)斷電保護(hù), 并給出報(bào)警提示。

圖3 程序框圖

    3.2 PLC編程

    采用西門(mén)子公司STEP7 - Micro /W IN32 軟件, 在上位機(jī)上使用較為直觀的梯形圖或語(yǔ)句表按控制流程和控制算法進(jìn)行編程, 程序編譯成功后, 通過(guò)連接上位機(jī)和PLC的PC /PPI電纜將程序下載至PLC中。

4 結(jié)論

    采用PLC - 觸摸屏結(jié)合的電氣控制方案并與機(jī)械、氣動(dòng)、傳感器技術(shù)組合為一體, 使該灌裝設(shè)備操作簡(jiǎn)單、性能可靠, 設(shè)備的可維護(hù)性和靈活性得到顯著提高。