DZ199PLC在啤酒灌裝壓蓋機和啤酒貼標機上的應用,dz199plc,啤酒,灌裝,壓蓋,以及,貼標機上,應用,利用,運用 第 3 章 控制系統(tǒng)生產工藝流程及 PLC 選型- 12 -3 系統(tǒng)生產工藝流程及 PLC 選型3.1 系統(tǒng)生產工藝流程3.1.1 啤酒灌裝壓蓋機的生產工藝流程 啤酒灌裝壓蓋機是啤酒生產線上的重要設備之一，它是將輸送帶上送來的洗凈的空瓶，在預加壓到啤酒飽和溶氣壓力的情況下，灌上定量的二氧化碳的啤酒，灌酒后壓好蓋子，再由輸送帶送出的自動設備。它的運轉情況直接影響到啤酒的產量和質量。因而，它的自動控制系統(tǒng)設計顯得尤為重要。全自動啤酒灌裝壓蓋機生產的工藝過程主要包括灌裝閥的開啟，液料灌裝，破瓶檢測，破瓶處理及壓蓋等部分。[6]假定灌裝過程中采用可調速電動機能正常實現(xiàn)機器的平穩(wěn)運轉，隨時根據(jù)用戶設定的產量來調整機器的運轉速度，遇到故障或條件不足時能自動減速甚至停機，灌裝壓力及液位由氣動系統(tǒng)調節(jié)正常，其灌裝壓蓋過程見圖 1（啤酒灌裝壓蓋機生產工藝流程框圖）：[6]圖 1 啤酒灌裝壓蓋機生產工藝流程框圖Fig. 1 block diagram of technological process of beer為了說明方便，可參考圖 1：（1）在 S1 處有一個有瓶檢測接近開關 S1，當 S1 檢測到有啤酒瓶進入時，便使 Y1 處的灌裝閥打開，用充二氧化碳的方法使瓶內的氧氣排除，同時建立等壓平衡，在等壓的情況下液閥打開，開始灌入液體。液體灌裝定量到位后，根據(jù)等壓灌裝原理，自動關閉灌裝閥，同時排氣閥打開。（2）在 S2 處有一個破瓶檢測接近開關 S2，當檢測到破瓶時，經過一定的工位，在 Y2 處破瓶沖洗管打開對破瓶附近的瓶子進行沖洗。（3）當啤酒瓶進行完破瓶沖洗后，在 S3 處有一個有瓶檢測接近開關 S3，當檢測開關檢遼寧工程技術大學畢業(yè)設計（論文）- 13 -測到有啤酒瓶到來時，擋瓶閥 Y3 打開，壓蓋機料斗電機開始轉動，攪動蓋子由滑道滑下。瓶子壓蓋后，由輸送帶送出，整個過程連續(xù)不斷，自動完成。3.1.2 啤酒貼標機的生產工藝流程啤酒貼標機也是啤酒生產線上重要的設備，灌裝壓蓋完的啤酒瓶經傳送帶傳送到貼標機上后進行貼標。啤酒貼標機生產工藝流程大致分為以下幾個階段：[9]1）上膠，即標簽紙經過涂膠機構上液體粘合劑。2）取標，即通過取標簽板從標盒中一張一張取出標紙。3）傳標，即把取出的標簽紙傳送到粘貼位置。4）貼標，涂好膠的標簽紙到達粘貼位置，啤酒瓶子也應到達該位置。5）滾壓燙平，這個過程是由毛刷來完成的。6）鏈條輸送。3.2 PLC 的選型3.2.1 系統(tǒng)選擇 PLC 控制的原因本系統(tǒng)之所以采用 PLC 控制，主要是因為：一、PLC 具有以下優(yōu)點（1）通用性好。PC 是通過軟件來實現(xiàn)控制的。同一臺 PC 可用于不同的控制對象，只需改變軟件就可以實現(xiàn)不同的控制要求。另外，PC 產品已系列化，其結構形式多種多樣，按功能不同又有低檔、中檔、高檔機之分，可適應各種不同要求的工業(yè)控制。同一檔次的 PC，不同機型的功能基本相同，可以互換。PC 的功能模塊品種多，可以靈活組合成各種大小和不同功能的控制裝置。（2）可靠性高、抗干擾能力強。由于可靠性是用戶選用的首要依據(jù)，因此，每個 PC 生產廠都將可靠性作為第一指標而加以研制，以單片機為核心，采用了微電子技術，大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成。在硬件和軟件上采用大量的屏蔽、濾波、隔離等抗干擾措施，使 PC 的平均無故障時間達到 30 萬小時以上，使用壽命長。（3）控制功能強。PC 具有邏輯判斷、計數(shù)、定時、步進、跳轉、移位、記憶、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理等功能，還能完成 A/D、D/A 轉換以及通訊聯(lián)網等，可以實現(xiàn)順序控制、邏輯控制、位置控制和過程控制等等。因此，它既可以對開關量進行控制，又可以對模擬量控制；既可以控制一臺單機、一條生產線，又可以控制一個機群，多條生產線；既可以現(xiàn)場控制，又可以遠距離控制；既可控制簡單系統(tǒng)，又可控制復雜系統(tǒng)。第 3 章 控制系統(tǒng)生產工藝流程及 PLC 選型- 14 -（4）編程簡單，使用方便。PC 采用面向問題的“自然語言”編程，容易掌握。例如目前大多數(shù) PC 均采用與繼電器電路相似的梯形圖編程，既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀感，又考慮到大多數(shù)電氣技術人員的讀圖習慣及應用微機的水平，很容易被電氣技術人員所接受，易于編程，程序修改時也容易修改，很靈活方便。使用編程軟件繪制梯形圖十分方便，其繪制梯形圖界面見附錄 A。（5）適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。PC 在制造工藝上加強了抗干擾措施，例如輸入輸出部分都采用光電隔離，有效地隔離了 PC 內部電路與輸入輸出之間電的聯(lián)系，從而避免了輸入輸出部分竄入的干擾信號而引起的誤動作。PC 還采用了屏蔽、濾波等措施，有效地防止了空間電磁干擾，對高頻干擾信號起到良好的抑制作用。（6）具有各種接口，與外部設備連接非常方便。PC 的接線只需將輸入信號的設備（按鈕、開關等）與 PC 輸入端子連接，將接受輸出信號執(zhí)行任務的執(zhí)行元件（接觸器、電磁閥等）與 PC 輸出端子連接。接線簡單，工作量少。（7）具有較大的靈活性和可擴性，而且擴展靈活方便。（8）維修方便。PC 上有 I/O 指示燈（LED） ，哪個 I/O 元件有故障，一目了然。（9）可根據(jù)生產工藝要求或運行情況，隨時對程序進行在線修改，不用更改硬接線，靈活性大，適應性強。二、可編程序控制器與繼電器比較（1）由于采用微處理器為核心，并采取各種抗干擾措施，因此，PC 可靠性很高，控制功能強，體積小。（2）利用 PC 內部計數(shù)器和計時器，容易實現(xiàn)邏輯組合和運算，不用增加硬件設備。（3）由于 PC 采用軟件編制程序來完成控制任務，因此可以隨時變更程序來適應生產工藝的改變，而不用重新布線。三、可編程序控制器與微機比較（1）使用環(huán)境：PC 的設計著重于高可靠性和密封結構，適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，主要用于工業(yè)控制；而微機對環(huán)境的要求較高，一般要求在干擾小，具有一定的溫度和濕度要求的機房內使用。（2）編程語言：PC 采用了面向操作者的邏輯語言，用繼電器邏輯梯形圖為表達式，邏輯簡單，易于學習和掌握，程序修改時也很容易；而用微機實現(xiàn)自動控制，常使用匯編語言編程，其語句多，語法關系復雜，難于掌握，要求使用者具有一定水平的計算機硬件遼寧工程技術大學畢業(yè)設計（論文）- 15 -知識和軟件知識。（3）輸入輸出：PC 的輸入輸出接口已經做好，可直接與控制現(xiàn)場的用戶設備直接連接。輸入接口可以與各種開關和傳感器連接，輸出接口具有較強的驅動能力，可以直接與繼電器、接觸器、電磁閥等連接，使用很簡單；而用微機控制，還要在輸入輸出接口上做大量工作，才能與控制現(xiàn)場連接起來，調試也比較繁瑣。（4）價格：一般來說，PC 機價格比微機的價格低。3.2.2 PLC 選擇主要依據(jù) [2]（1）I/O 點數(shù)。根據(jù)系統(tǒng)要求，估計出所需要的 I/O 點數(shù)，再增加 20%～30%的備用量，以便隨時增加控制功能。對于一個控制對象，由于采用不同的控制方法或編程水平不一樣，I/O 點數(shù)就有所不同。（2）存貯器容量。應在所需容量的基礎上增加 25%～35%的備用量，以便隨時增加用戶程序。（3）掃描速度。對于以開關量為主的控制系統(tǒng)，不用考慮掃描速度，一般機型都能滿足要求。對于有模擬量的系統(tǒng)，就要考慮掃描速度。（4）指令數(shù)。指令數(shù)多，功能強，適用于復雜的控制系統(tǒng)。（5）編程語言的種類。一般有指令集、梯形圖、功能快語言等。對中大型 PLC，還配有高級編程語言。（6）輸入、輸出模塊。如果控制系統(tǒng)需要，則考慮模擬量輸入、輸出模塊及其他智能模塊的選用。（7）輸出類型。較常用的有可帶交流或直流負載的繼電器輸出型，還有適用于直流負載的晶體管輸出型和適用于交流負載的晶閘管輸出型，它們屬于無觸點輸出型。（8）輸出點的容量。輸出點的容量，一般是 2A，最大為 10A。要考慮負載容量的大小，必要時，要用中間繼電器作為輸出點的轉換。（9）編程器。一般有簡易（指令表）編程器、液晶顯示圖形編程器、CRT 顯示圖形編程器。有的還帶有磁帶錄音機接口和打印機接口，比較實用，適合于較大的系統(tǒng)或多臺 PC共用。如果有個人計算機，還可選用功能強的 PC 編程軟件包。（10）電源模塊。電源模塊的額定輸出電流要大于或等于主機、I/O 模塊和其他專用模塊等消耗電流之和。當使用擴展機架時，從主機架電源模塊到最遠一個擴展機架的線路壓降要小于 0.25V。第 3 章 控制系統(tǒng)生產工藝流程及 PLC 選型- 16 -（11）輸入信號電源。一般利用 PC 內部提供的直流 24V 電源。對帶有源器件的接近開關，如果現(xiàn)場干擾較大，可外接 220V 輸入電源，提高系統(tǒng)的可靠性。（12）要優(yōu)選主流機型。做到資源共享。大型企業(yè)需要大量的 PC 機，組成一個集散控制系統(tǒng)和管理系統(tǒng)。因此，PC 機應有通信接口，以便與其他 PC 機或上位計算機聯(lián)網通信，組成分布式控制系統(tǒng)（DCS） 。最好選用一個公司 PC 產品。此外，還應要考慮性能價格比、備用備件的購買渠道和經銷公司的技術服務質量等。3.2.3 PLC 型號的選擇由于本設計需要用一臺 PC 機實現(xiàn)同時對啤酒灌裝壓蓋機和啤酒貼標機的控制，根據(jù)3.2 節(jié)所介紹的 PLC 選擇依據(jù)，結合本設計控制系統(tǒng)的要求，以及啤酒灌裝壓蓋和貼標的生產工藝要求，本設計選用了三菱 FX2N-48MR 型號的 PLC, 它有 24 點輸入，24 點輸出，其擴展單元也有 24 點輸入，24 點輸出。它的具體性能特點見附錄 B。三菱 FX2N 系列 PC 為單元式結構，但其功能強大、組合靈活。FX2N 系列 PC 的基本單元內有 CPU、I/O 接口電路、存貯器及標準電源。擴展單元用于擴展 I/O 點數(shù)，其內部設有標準電源可供擴展模塊使用。擴展模塊也是用于增加 I/O 點數(shù)及改變 I/O 特性，其電源從基本單元或擴展單元上獲得。FX2N 系列有各種點數(shù)及各種輸出類型的基本單元、擴展單元和擴展模塊，它們可從自由混合配置、使系統(tǒng)配置靈活方便。FX2N 系列 PC 內部有一個 16 位的 CPU 和一個專用邏輯處理器，執(zhí)行、響應速度很快。它內部還設置有高速計數(shù)器，最多可對 6 個脈沖序列進行計數(shù)，每個脈沖序列的頻率最大 3kHz。FX2N 系列 PC 具有直接輸出功能，使輸出不受掃描周期的影響，快速作出響應。它還具有最多 6 個的中斷輸入口，對請求中斷信號按優(yōu)先權次序進行處理。[3]FX2N 系列 PC 提供了多種功能指令（見附錄 C） ，不僅可以進行簡單的 BCD 碼運算和傳送數(shù)據(jù)，還可用于鍵盤輸入、撥盤輸入、矩陣輸入板的數(shù)據(jù)輸入等，它具有菜單式功能選擇，能在線或離線編程。[3]