基于PLC的多種液體混合灌裝機控制系統(tǒng)設計
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學生姓名胡洪飛班級機教043指導教師王玉萍論文(設計)題目基于PLC的多種液體混合灌裝機控制系統(tǒng)設計目前已完成任務1. 已經(jīng)從圖書館和網(wǎng)上查閱出與本設計相關的一些資料,并認真的閱讀了這些相關資料,對畢業(yè)設計有了整體全面的認識。2. 根據(jù)查閱的相關資料分析了基于PLC的多種液體混合灌裝機控制系統(tǒng)設計的優(yōu)越性。3. 已完成了多種液體混合攪拌控制系統(tǒng)的設計方案、硬件電路的設計和部分軟件電路的設計。4. 完成了兩千字的外文翻譯。是否符合任務書要求進度:符合尚需完成的任務1. 系統(tǒng)部分軟件電路的設計。2. 系統(tǒng)常見問題的分析和維護。能否按期完成論文(設計):能按期完成存在問題和解決辦法存在問題1. 系統(tǒng)的工藝流程還不全面和完善。2. 硬件電路的設計還需進一步的改善。3. PLC程序的編寫和調(diào)試。擬采取的辦法1. 繼續(xù)查閱相關資料,找出更加合理的方案。2. 繼續(xù)對PLC程序進行修改和調(diào)試。指導教師簽 字日期 年 月 日教學院長(系主任)意 見 簽字: 年 月 日河南科技學院本科畢業(yè)論文(設計)中期進展情況檢查表河南科技學院本科生畢業(yè)論文(設計)任務書題目名稱 基于PLC的多種液體混合灌裝機控制系統(tǒng)設計學生姓名胡洪飛所學專業(yè)機電技術教育班級042班指導教師姓名王玉萍所學專業(yè)機電一體化職稱高級實驗師完成期限 2008年12月22日 至 2009年6月5日一、 畢業(yè)設計主要內(nèi)容及主要技術指標1.主要內(nèi)容該控制系統(tǒng)以PLC為控制核心,實現(xiàn)多種液體的混合調(diào)配、攪拌、灌裝等過程的自動化,研究內(nèi)容包括主電路設計,檢測電路設計、PLC控制電路設計等。2.技術指標(1)系統(tǒng)要求使用標準電源;(2)傳感器檢測信號的轉(zhuǎn)換;(3)系統(tǒng)有很好的抗干擾性。二、畢業(yè)論文(設計)的基本要求1.畢業(yè)設計(論文)一份:有300字左右的中英文摘要,正文后有20篇左右的參考文獻,正文中要引用5篇以上文獻,并注明文獻出處。論文字數(shù)在8000字以上;2.有不少于2000漢字的與本課題有關的外文翻譯資料;3.畢業(yè)設計總字數(shù)在10000字以上;4.編寫相關梯形圖。三、畢業(yè)設計進度安排1.2008年12月12日-12月16日,下達畢業(yè)設計任務書;寒假期間完成英文資料翻譯和開題報告。2. 2009年2月25-3月9日(第1-2周),指導教師審核開題報告和設計方案。3. 2009年3月10日-5月4日(第3-10周),畢業(yè)設計單元部分設計。4. 2009年5月5-11日(第11周),畢業(yè)設計中期檢查。5. 2009年5月12-6月1日(第12-14周),設計仿真、程序調(diào)試、線路板制作調(diào)試,整理、撰寫畢業(yè)設計報告。6. 2009年6月2-15日(第15-16周)上交畢業(yè)設計報告,指導教師、評閱教師審查評閱設計報告,畢業(yè)設計答辯資格審查。畢業(yè)設計答辯,學生修改整理設計報告。河南科技學院2009屆本科畢業(yè)論文(設計)論文題目:基于PLC的多種液體混合灌裝機控制系統(tǒng)設計學生姓名:胡洪飛所在院系:機電學院所學專業(yè):機電技術教育導師姓名:王玉萍完成時間:2009年6月15日 摘 要以三種液體的混合灌裝控制為例,將三種液體按一定比例混合,在電動機攪拌后要達到一定的溫度才能將混合的液體輸出容器。并形成循環(huán)狀態(tài)。液體混合系統(tǒng)的控制設計考慮到其動作的連續(xù)性以及各個被控設備動作之間的相互關聯(lián)性,針對不同的工作狀態(tài),進行相應的動作控制輸出,從而實現(xiàn)液體混合系統(tǒng)從第一種液體加入到混合完成輸出的這樣一個周期控制工作的程序?qū)崿F(xiàn)。設計以液體混合控制系統(tǒng)為中心,從控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)組成、軟件選用到系統(tǒng)的設計過程(包括設計方案、設計流程、設計要求、梯形圖設計、外部連接通信等),旨在對其中的設計及制作過程做簡單的介紹和說明。設計采用日本松下公司的AFP12417系列PLC去實現(xiàn)設計要求。關鍵詞 :多種液體,混合裝置,自動控制The design of the liquid mixture in three control as an exampleAbstractthe request is to a certain proportion by the three liquid mixture, stirring after the motor to reach a certain temperature can be mixed containers of liquids output. And form a cycle. Liquid hybrid systems of control designed taking into account the continuity of its action and charged with various equipment moves between the interrelated, and for different working conditions, and make the appropriate motor control output, thus realizing the liquid hybrid systems from the first liquid Added to the mixture to complete the output of such a cycle control of the program. Designed to liquid mixed as the central control system, control system from the hardware components, software system to choose the design process (including design, design process, design requirements, the ladder design, external communications link, etc.), which seeks to The design and production process of doing brief introduction and description. Designed with the AFP2417 Corporation PLC to achieve the design requirements.Keywords :Variety of liquid; Mixed devices; Automatic control目 錄1緒論12 多種液體混合灌裝機控制系統(tǒng)設計22.1方案設計22.2方案的介紹23 硬件電路設計33.1 總體結(jié)構(gòu)33.2液位傳感器的選擇53.3溫度傳感器的選擇53.4攪拌電機的選擇63.5 電磁閥的選擇63.6 接觸器73.7熱繼電器的選擇73.8 PLC的選擇73.9 PLC輸人、輸出口分配93.10液體混合裝置輸人/輸出接線104 軟件電路設計114.1 程序框圖114.2 根據(jù)控制要求和I/O地址編制的控制梯形圖124.3 語句表145 系統(tǒng)常見故障分析及維護155.1 系統(tǒng)故障的概念155.2系統(tǒng)故障分析及處理155.2.1 PLC主機系統(tǒng)155.2.2 PLC的IO端口155.2.3 現(xiàn)場控制設備155.3 系統(tǒng)抗干擾性的分析和維護166 結(jié)束語17致謝17參考文獻181緒論為了提高產(chǎn)品質(zhì)量,縮短生產(chǎn)周期,適應產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的要求,產(chǎn)品生產(chǎn)正在向縮短生產(chǎn)周期、降低成本、提高生產(chǎn)質(zhì)量等方向發(fā)展。在煉油、化工、制藥等行業(yè)中,多種液體混合是必不可少的工序, 而且也是其生產(chǎn)過程中十分重要的組成部分。但由于這些行業(yè)中多為易燃易爆、有毒有腐蝕性的介質(zhì), 以致現(xiàn)場工作環(huán)境十分惡劣, 不適合人工現(xiàn)場操作。另外, 生產(chǎn)要求該系統(tǒng)要具有混合精確、控制可靠等特點, 這也是人工操作和半自動化控制所難以實現(xiàn)的。所以為了幫助相關行業(yè), 特別是其中的中小型企業(yè)實現(xiàn)多種液體混合的自動控制, 從而達到液體混合的目的,液體混合自動配料勢必就是擺在我們眼前的一大課題。借助實驗室設備熟悉工業(yè)生產(chǎn)中PLC的應用,了解不同公司的可編程控制器的型號和原理,熟悉其編程方式,而多種液體混合裝置的控制更常見于工業(yè)生產(chǎn)中,適合大中型飲料生產(chǎn)廠家,尤其見于化學化工業(yè)中,便于學以致用。計算機的出現(xiàn)給大規(guī)模工業(yè)自動化帶來了曙光。1968年,美國最大的汽車制造廠商通用汽車(GM)公司提出了公開招標方案,設想將功能完備、靈活、通用的計算機技術與繼電器便于使用的特點相結(jié)合,把計算機的編程方法和程序輸入方式加以簡化,用面向過程、面向問題的“自然語言”編程,生產(chǎn)一種新型的工業(yè)通用控制器,使人們不必花費大量的精力進行計算機編程,也能像繼電器那樣方便地使用。這個方案首先得到了美國數(shù)字設備(DEC)公司的積極響應,并中標。該公司于1969年研制出了第一臺符合招標要求的工業(yè)控制器,命名為可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller),簡稱PLC(有的稱為PC),并在GM公司的汽車自動裝配線上試驗獲得了成功。PLC一經(jīng)出現(xiàn),由于它的自動化程度高、可靠性好、設計周期短、使用和維護簡便等獨特優(yōu)點,備受國內(nèi)外工程技術人員和工業(yè)界廠商的極大關注,生產(chǎn)PLC的廠家云起。隨著大規(guī)模集成電路和微處理器在PLC中的應用,使PLC的功能不斷得到增強,產(chǎn)品得到飛速發(fā)展。采用基于PLC的控制系統(tǒng)來取代原來由單片機、繼電器等構(gòu)成的控制系統(tǒng),采用模塊化結(jié)構(gòu),具有良好的可移植性和可維護性。對提高企業(yè)生產(chǎn)和管理自動水平有很大的幫助,同時又提高了生產(chǎn)線的效率、使用壽命和質(zhì)量,減少了企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的波動,因此具有廣闊的市場前景。用PLC進行開關量控制的實例很多,在冶金、機械、紡織、輕工、化工、鐵路等行業(yè)幾乎都需用到它,如燈光照明、機床電控、食品加工、印刷機械、電梯、自動化倉庫、液體混合自動配料系統(tǒng)、生產(chǎn)流水線等方面的邏輯控制,都廣泛應用PLC來取代傳統(tǒng)的繼電器控制。本次設計是將PLC用于多種液體混合灌裝設置的控制,對學習與實用是很好的結(jié)合。本設計的主要研究范圍及要求達到的技術參數(shù)有(1)使液體灌裝機能夠?qū)崿F(xiàn)安全、高效的灌裝;(2)滿足灌裝的各項技術要求;(3) 具體內(nèi)容包括多種液體混合控制方案的設計、軟硬件電路的設計、常見故障分析等等。本課題應解決的主要問題是如何使PLC在飲料灌裝中實現(xiàn)控制功能,在相關的研究文獻報道中用PLC對灌裝機進行控制的研究尚不多見,以致人們難以根據(jù)它的具體情況,正確選用參數(shù)進行系統(tǒng)控制,也就難以滿足提高質(zhì)量和效率、降低成本的要求,本設計就是基于以上問題進行的一些探索。2 多種液體混合灌裝機控制系統(tǒng)設計2.1方案設計整個設計過程是按思想工藝流程設計,為設備安裝、運行和保護檢修服務。設計的編寫按照國家關于電氣自動化工程設計中的電氣設備常用基本圖形符號(GB4728)及其他相關標準和規(guī)范編寫。設計原則主要包括:工作條件;工程對電氣控制線路提供的具體資料。系統(tǒng)在保證安全、可靠、穩(wěn)定、快速的前提下,盡量做到經(jīng)濟、合理、合用,減小設備成本。在方案的選擇、元器件的選型時更多的考慮新技術、新產(chǎn)品??刂朴扇斯た刂频阶詣涌刂?,由模擬控制到微機控制,使功能的實現(xiàn)由一到多而且更加趨于完善。對于本課題來說,如果液體混合系統(tǒng)部分是一個較大規(guī)模工業(yè)控制系統(tǒng)的改造升級,新控制裝置需要根據(jù)企業(yè)設備和工藝現(xiàn)況來構(gòu)成并需盡可能的利用舊系統(tǒng)中的元器件。對于人機交互方式改造后系統(tǒng)的操作模式應盡量和改造前的相類似,以便于操作人員迅速掌握。從企業(yè)的改造要求可以看出在新控制系統(tǒng)中既需要處理模擬量也需要處理大量的開關量,系統(tǒng)的可靠性要高,人機交互界面友好,應具備數(shù)據(jù)儲存和分析匯總的能力。要實現(xiàn)整個液體混合控制系統(tǒng)的設計,需要從怎樣實現(xiàn)各電磁閥的開關以及電動機啟動的控制這個角度去考慮,現(xiàn)在就這個問題的如何實現(xiàn)以及選擇怎樣的方法來確定系統(tǒng)方案。2.2方案的介紹就目前的現(xiàn)狀有以下幾種控制方式滿足系統(tǒng)的要求:繼電器控制系統(tǒng)、單片機控制、工業(yè)控制計算機控制、可編程序控制器控制。(1)繼電器控制系統(tǒng)控制功能是用硬件繼電器實現(xiàn)的。繼電器串接在控制電路中根據(jù)主電路中的電壓、電流、轉(zhuǎn)速、時間及溫度等參量變化而動作,以實現(xiàn)電力拖動裝置的自動控制及保護。系統(tǒng)復雜,在控制過程中,如果某個繼電器損壞,都會影響整個系統(tǒng)的正常運行,查找和排除故障往往非常困難,雖然繼電器本身價格不太貴,但是控制柜的安裝接線工作量大,因此整個控制柜價格非常高,靈活性差,響應速度慢。 (2)單片機控制單片機作為一個超大規(guī)模的集成電路,機構(gòu)上包括CPU、存儲器、定時器和多種輸入/輸出接口電路。其低功耗、低電壓和很強的控制功能,成為功控領域、尖端武器、日常生活中最廣泛的計算機之一。但是,單片機是一片集成電路,不能直接將它與外部I/O信號相連。要將它用于工業(yè)控制還要附加一些配套的集成電路和I/O接口電路,硬件設計、制作和程序設計的工作量相當大。 (3)工業(yè)控制計算機控制工控機采用總線結(jié)構(gòu),各廠家產(chǎn)品兼容性強,有實時操作系統(tǒng)的支持,在要求快速、實用性強、功能復雜的領域中占優(yōu)勢。但工控機價格較高,將它用于開關量控制有些大材小用。且其外部I/O接線一般都用于多芯扁平電纜和插頭、插座,直接從印刷電路板上引出,不如接線端子可靠。 (4)可編程序控制器控制可編程序控制器配備各種硬件裝置供用戶選擇,用戶不用自己設計和制作硬件裝置,只須確定可編程序控制器的硬繭配制和設計外部接線圖,同時采用梯形圖語言編程,用軟件取代繼電器電器系統(tǒng)中的觸點和接線,通過修改程序適應工藝條件的變化??删幊炭刂破?PLC)從上個世紀70年代發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制系統(tǒng),起初它主要是針對開關量進行邏輯控制的一種裝置,可以取代中間繼電器、時間繼電器等構(gòu)成開關量控制系統(tǒng)。隨著30多年來微電子技術的不斷發(fā)展,PLC也通過不斷的升級換代大大增強了其功能?,F(xiàn)在PLC已經(jīng)發(fā)展成為不但具有邏輯控制功能、還具有過程控制功能、運動控制功能和數(shù)據(jù)處理功能、連網(wǎng)通訊功能等多種性能,是名符其實的多功能控制器。由PLC為主構(gòu)成的控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強大、性價比高等優(yōu)點,是目前工業(yè)自動化的首選控制裝置。 3 硬件電路設計3.1 總體結(jié)構(gòu)從圖1中可知設計的液體混合裝置主要完成三種液體的自動混合攪拌并控制溫度,如圖1所示。此裝置需要控制的元件有:其中L1、L2、L3為液面?zhèn)鞲衅鳎好嫜蜎]該點時為ON。Y1、Y2、Y3、Y4為電磁閥,M為攪拌電機,T為溫度傳感器,H為加熱器。另外還有控制電磁閥和電動機的1個交流接觸器KM。所有這些元件的控制都屬于數(shù)字量控制,可以通過引線與相應的控制系統(tǒng)連接從而達到控制效果。圖1 液體混合灌裝機(1)初始狀態(tài)容器是空的,各個閥門Yl、Y2、Y3、Y4均為OFF,液位傳感器L1、L2、L3均為OFF,電動機M為OFF,加熱器H為OFF。(2)啟動操作按下啟動按扭,開始下列操作:1) Y1=Y2=ON,液體A和B同時注人容器。當液面達到L2時,L2=ON,使Y1=Y2=OFF,Y3=ON,即關閉Y1和Y2閥門,打開液體C的閥門Y3。2) 液面達到L1時,Y3=OFF,M=ON,即關閉閥門Y3,攪拌機M啟動,開始攪拌。3) 經(jīng)10s鐘攪勻后,M=OFF,停止攪動,H=ON,加熱器開始加熱。4) 當混合液溫度達到某一指定值時,T=ON,H=OFF,停止加熱,使電磁閥Y4=ON,開始放出混合液體。5) 液面低于L3時,L3從ON到OFF,再經(jīng)過5s,容器放空,使Y4=OFF,開始下一周期。(3)停止操作按下停止鍵,無論處于什么狀態(tài)均停止。3.2 液位傳感器的選擇選用LSF-2.5型液位傳感器其中“L”表示光電的,“S”表示傳感器,“F”表示防腐蝕的,2.5為最大工作壓力。LSF系列液位開關可提供非常準確、可靠的液位檢測。其原理是依據(jù)光的反射折射原理,當沒有液體時,光被前端的棱鏡面或球面反射回來;有液體覆蓋光電探頭球面時,光被折射出去,這使得輸出發(fā)生變化,相應的晶體管或繼電器動作并輸出一個開關量。應用此原理可制成單點或多點液位開關。LSF 光電液位開關具有較高的適應環(huán)境的能力,在耐腐蝕方面有較好的抵抗能力。相關元件主要技術參數(shù)及原理如下:(1)工作壓力可達2.5Mpa(2)工作溫度上限為125C(3)觸點壽命為100萬次(4)觸點容量為70w(5)開關電壓為24V DC(6)切換電流為0.5A3.3 溫度傳感器的選擇選用KTY81-210A型溫度傳感器其中“T” 表示溫度KTY系列溫度傳感器采用進口Philips硅電阻元件精心制作而成,具有精度高,穩(wěn)定性好,可靠性強,產(chǎn)品壽命長等優(yōu)點, 該溫度傳感器已廣泛應用于電機變頻調(diào)速溫度控制,太陽能熱水器溫度測量領域彩印設備溫控,汽車油溫測量、發(fā)動機冷卻系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)中過熱保護、加熱控制系統(tǒng)、電源供電保護等。選用KTY81-210A型溫度傳感器。相關元件主要技術參數(shù)及原理如下:(1)測量溫度范圍為 -50150(2)溫度系數(shù)TC為 0.79%/K(3)精度等級為 0.5%(4)公稱壓力為 0.6MPa3.4 攪拌電機的選擇選用EJ15-3型電動機其中“E”表示電動機,“J”表示交流的,15為設計序號,3為最大工作電流相關元件主要技術參數(shù)及原理如下:EJ15系列電動機是一般用途的全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。(1)額定電壓為220V,額定頻率為50Hz,功率為2.5KW,采用三角形接法。(2)電動機運行地點的海拔不超過1000m。工作溫度-1540C /濕度90%。(3)EJ15系列電動機效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、噪音低、振動小、運行安全可靠。其硬件接線如圖2。圖2 硬件接線3.5 電磁閥的選擇(1)入罐液體選用VF4-25型電磁閥其中“V”表示電磁閥,“F”表示防腐蝕,4表示設計序號,25表示口徑(mm) 寬度。相關元件主要技術參數(shù)及原理如下:1)材質(zhì):聚四氟乙烯。使用介質(zhì):硫酸、鹽酸、有機溶劑、化學試劑等酸堿性的液體。2)介質(zhì)溫度150/環(huán)境溫度-2060C。3)使用電壓:AC:220 V50Hz/60Hz DC:24V。4)功率:AC:2.5KW。5)操作方式:常閉:通電打開、斷電關閉,動作響應迅速,高頻率。(2)出罐液體選用AVF-40型電磁閥其中“A”表示可調(diào)節(jié)流量,“V”表示電磁閥,“F”表示防腐蝕,40為口徑(mm)相關元件主要技術參數(shù)及原理如下:1)其最大特點就是能通過設備上的按鍵設置來控制流量,達到定時排空的效果。2)其閥體材料為:聚四氟乙烯,有比較強的抗腐蝕能力。3)使用電壓:AC:220 V50Hz/60Hz DC:24V。4)功率:AC:5KW。3.6 接觸器選用CJ20-10/CJ20-16型接觸器其中“C”表示接觸器,“J”表示交流,20為設計編號,10/16為主觸頭額定電流相關元件主要技術參數(shù)及原理如下:(1)操作頻率為1200/h(2)機電壽命為1000萬次(3)主觸頭額定電流為10/16(A)(4)額定電壓為380/220(A)(5)功率為2.5KW3.7 熱繼電器的選擇選用JR16B-60/3D型熱繼電器其中“J”表示繼電器,“D”帶斷相保護相關元件主要技術參數(shù)及原理如下:(1)額定電流為20(A)(2)熱元件額定電流為32/45(A)3.8 PLC的選擇傳統(tǒng)的控制方法是采用繼電器接觸器控制。這種控制系統(tǒng)較復雜,并且大量的硬件接線使系統(tǒng)可靠性降低,也間接地降低了設備的工作效率。采用可編程控制器較好地解決了這一問題,可編程控制器是一種將計算機技術、自動控制技術和通信技術結(jié)合在一起的新型工業(yè)自動控制設備,不僅能實現(xiàn)對開關量信號的邏輯控制。還能實現(xiàn)與上位計算機等智能設備之間的通信。因此,將可編程控制器應用于多種液體混合灌裝機,完全能滿足控制要求。且具有操作簡單、運行可靠、工藝參數(shù)修改方便、自動化程度高等優(yōu)點1。在本控制系統(tǒng)中,所需的開關量輸入為6點,開關量輸出為7點,考慮到系統(tǒng)的可擴展性和維修的方便性,選擇模塊式PLC。由于本系統(tǒng)的控制是順序控制,選用日本松下電工公司生產(chǎn)的AFP12417 PLC作控制單元來控制整個系統(tǒng)。之所以選擇這種PLC,主要考慮FP系列PLC有以下特點2:(1)豐富的指令系統(tǒng)。在FP系列PLC中,即使是小型機,也具有近200條指令。除能實現(xiàn)一般的邏輯控制外,還可進行運動控制、復雜數(shù)據(jù)處理,甚至可直接控制變頻器實現(xiàn)電動機調(diào)速控制。而且各類PLC產(chǎn)品的指令系統(tǒng)都具有向上兼容性,便于應用程序的移植。(2)快速的CPU處理速度、大程序容量。(3)大的網(wǎng)絡通信功能??芍苯舆B接調(diào)制解調(diào)器,可方便地與其他PLC或上位機連成通信網(wǎng)絡,通過上位計算機對生產(chǎn)現(xiàn)場的PLC進行實時監(jiān)控。在生產(chǎn)規(guī)模較大,所控制的機床達到兩臺以上時,可采用1:n上位鏈接通信方式,用一臺計算機管理多臺床,構(gòu)成一個二級分布式集一散控制系統(tǒng)。(4)編程及監(jiān)控功能強大、維護簡單、價格適中。國際電工委員會(International Electrotechnical Commission, IEC)頒布的PLC的定義為:可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境下的應用而設計。它采用可編程序的存儲器,用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算數(shù)運算等操作的指令,并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出來控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程??删幊炭刂破骷捌溆嘘P設備,都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體,易于擴充其功能的原則設計。PLC的一般結(jié)構(gòu)如圖3所示,由圖可見主要有6個部分組成,包括CPU(中央處理器)、存儲器、輸入輸出接口電路、電源、外設接口、I/O擴展接口。(1)中央處理單元(CPU)與通用計算機中的CPU一樣。PLC中的CPU也是整個系統(tǒng)的核心部件,主要有運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線構(gòu)成,此外還有外圍芯片、總線接口及有關電路。CPU在很大程度上決定了PLC的整體性能,如整個系統(tǒng)的控制規(guī)模、工作速度和內(nèi)存容量等。(2)存儲器存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。PLC常用的存儲器類型有RAM、EPROM、 EEPROM等。圖3 PLC結(jié)構(gòu)圖(3)I/O模塊輸入模塊和輸出模塊通常稱為I/O模塊或I/O單元。PLC的對外功能主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系而實現(xiàn)的。輸入模塊和輸出模塊是PLC與現(xiàn)場I/O裝置或設備之間的連接部件,起著PLC與外部設備之間傳遞信息的作用。通常I/O模塊上還有狀態(tài)顯示和I/O接線端子排,以便于連接和監(jiān)視。(4)電源模塊輸入、輸出接口電路是PLC與現(xiàn)場I/O設備相連接的部件。它的作用是將輸入信號轉(zhuǎn)換為PLC能夠接收和處理的信號,將CPU送來的弱電信號轉(zhuǎn)換為外部設備所需要的強電信號。3.9 PLC輸人、輸出口分配輸入/輸出地址分配如表1表1 液體混合裝置輸入/輸出地址分配輸入點地址功能輸出點地址功能X0SB0啟動按鈕Y0報警燈HLX1L1液位傳感器Y1電磁閥Y1X2L2液位傳感器Y2電磁閥Y2X3L3液位傳感器Y3電磁閥Y3X4T溫度傳感器Y4電磁閥Y4X5SB1停止按鈕Y5攪拌機MX6FR常閉觸點Y6加熱器HY7熱繼電器FR3.10 液體混合裝置輸人/輸出接線輸人/輸出接線圖如圖4(1)兩種液體的進人當PLC接通電源后,按下啟動按鈕SB0后,觸點X0接通,由于有微分指令DF,使該路只接通一掃描周期,通過保持指令KP使Y1、Y2輸出繼電器線圈得電并保持,分別與之相接的Y1、Y2電磁閥帶電接通,流進兩種不同成分的液體。(2)第三種液體的進人當液體達到L2液位傳感器的位置時,X2輸人繼電器接通使Y1、Y2關閉,同時地址為16的X2接通,利用KP指令使輸出繼電器Y3接通并保持,與之相連的Y3電磁閥得電接通,第3種液體流進液罐。圖4 液體混合裝置輸人/輸出接線圖(3)攪拌機工作當液位到達L1液位傳感器的位置時,該傳感器檢測到該信息,使Xl輸人繼電器線圈得電,在梯形圖中它的X1常開觸點接通,通過KP指令復位端,使輸出繼電器Y3關閉,與之相連的硯電磁閥關閉,同時接通地址為32的X1常開觸點,使代表攪拌機Y5的輸出繼電器接通。(4)加熱器工作攪拌機通過Y5的輸出信號得電并開始攪拌,并用TIMY0定時器定時,定時時間為10s。10s到后,地址為45的定時器常開觸點T0接通,使Y6輸出繼電器得電,與之相連的加熱器H這時接通,開始加熱液體,同時關閉Y5使攪拌機M停止。(5)混合液體開始排出當液體溫度達到預定溫度時,溫度傳感器T檢測到該信息,同時梯形圖中地址為47的X4接通使Y6失電,從而使加熱器H關閉,同時接通地址為51的X4常開觸點,使X4接通,與之相連的Y4電磁閥打開,排出攪拌均勻后的混合液體。(6)混合液體排完當液位低于L3液位傳感器的位置時,L3液位傳感器由通到斷,使X3也由通到斷,這樣相當于一個下降沿,驅(qū)使DF產(chǎn)生一個掃描周期的脈沖,通過KP指令置位端使輔助繼電器R0接通,接通后使定時器TMY1定時,大約5s時間,液體排完。(7)重復液體混合過程重復液體混合過程是通過并聯(lián)在梯形圖地址為2位置上的定時器TMY1常開觸點實現(xiàn)的。同時T1常開觸點也接通,通過保持保持指令KP使R0復位,定時器關閉。4 軟件電路設計4.1 程序框圖程序框圖如圖5啟動Y1Y2開,進液體A、B到L2, Y1、Y2關、Y3開 進液體C到L1,Y3關、Y5開,即開始攪拌10s后,Y6開,即開始加熱 Y5關,到預定溫度時,Y6關,Y4開,即排出混合液體當液位低于L3時,L3由通到斷TMY1定時,5s后,Y4關按停止按鈕?結(jié)束圖5 程序框圖4.2 根據(jù)控制要求和I/O地址編制的控制梯形圖控制梯形圖如圖6圖6 控制梯形圖4.3 語句表表2 語句表0 STX045 ST T01 DF46 AN/T22 ORT147 ST X43 STX248 OR X54 ORX5 49 DF5 DF50 KP Y66 AN/T251 ST X47 KPY152 DF8 STX053 ST X69 DF54 DF10 ORT155 OR T111 STX556 AN/T212 ORX257 KP Y413 DF58 ST X314 AN/T259 DF/15 KPY260 ST T116 STX261 KP R017 DF62 ST R018 STX163 TMY 119 ORX5 K 520 DF67 ST X621 AN/T268 OT Y722 KPY369 ED23 STY324 ORY225 ORY126 TMY2K2030 STT231 OTY032 STX233 DF34 STX535 DF36 ORT037 AN/T238 AN/Y739 KPY540 ST Y541 TMY 0K 105 系統(tǒng)常見故障分析及維護為了延長PLC控制系統(tǒng)的壽命,在系統(tǒng)設計和生產(chǎn)使用中要對該系統(tǒng)的設備消耗、元器件設備故障發(fā)生點有較明白的估計,也就是說,要知道整個系統(tǒng)哪些部件最容易出故障,以便采取措施,希望能對PLC過程控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設計和維護有所幫助。5.1 系統(tǒng)故障的概念系統(tǒng)故障一般指整個生產(chǎn)控制系統(tǒng)失效的總和,它又可分為PLC故障和現(xiàn)場生產(chǎn)控制設備故障兩部分。PLC系統(tǒng)包括中央處理器、主機箱、擴展機箱、IO模塊及相關的網(wǎng)絡和外部設備。現(xiàn)場生產(chǎn)控制設備包括IO端口和現(xiàn)場控制檢測設備,如繼電器、接觸器、閥門、電動機等。5.2系統(tǒng)故障分析及處理5.2.1 PLC主機系統(tǒng)PLC主機系統(tǒng)最容易發(fā)生故障的地方一般在電源系統(tǒng),電源在連續(xù)工作、散熱中,電壓和電流的波動沖擊是不可避免的。系統(tǒng)總線的損壞主要由于現(xiàn)在PLC多為插件結(jié)構(gòu),長期使用插拔模塊會造成局部印刷板或底板、接插件接口等處的總線損壞,在空氣溫度變化、濕度變化的影響下,總線的塑料老化、印刷線路的老化、接觸點的氧化等都是系統(tǒng)總線損耗的原因。所以在系統(tǒng)設計和處理系統(tǒng)故障的時候要考慮到空氣、塵埃、紫外線等因素對設備的破壞。目前PLC的主存儲器大多采用可擦寫ROM,其使用壽命除了主要與制作工藝相關外,還和底板的供電、CPU模塊工藝水平有關。而PLC的中央處理器目前都采用高性能的處理芯片,故障率已經(jīng)大大下降。對于PLC主機系統(tǒng)的故障的預防及處理主要是提高集中控制室的管理水平,加裝降溫措施,定期除塵,使PLC的外部環(huán)境符合其安裝運行要求;同時在系統(tǒng)維修時,嚴格按照操作規(guī)程進行操作,謹防人為的對主機系統(tǒng)造成損害。5.2.2 PLC的IO端口PLC最大的薄弱環(huán)節(jié)在IO端口。PLC的技術優(yōu)勢在于其IO端口,在主機系統(tǒng)的技術水平相差無幾的情況下,IO模塊是體現(xiàn)PLC性能的關鍵部件,因此它也是PLC損壞中的突出環(huán)節(jié)。要減少IO模塊的故障就要減少外部各種干擾對其影響,首先要按照其使用的要求進行使用,不可隨意減少其外部保護設備,其次分析主要的干擾因素,對主要干擾源要進行隔離或處理。5.2.3 現(xiàn)場控制設備在整個過程控制系統(tǒng)中最容易發(fā)生故障地點在現(xiàn)場,現(xiàn)場中最容易出故障的有以下幾個方面。(1)第1類故障點是在繼電器、接觸器。PLC控制系統(tǒng)的日常維護中,電氣備件消耗量最大的為各類繼電器或空氣開關。主要原因除產(chǎn)品本身外,就是現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣,接觸器觸點易打火或氧化,然后發(fā)熱變形直至不能使用。所以減少此類故障應盡量選用高性能繼電器,改善元器件使用環(huán)境,減少更換的頻率,以減少其對系統(tǒng)運行的影響。(2)第2類故障多發(fā)點在閥門等設備上。因為這類設備的關鍵執(zhí)行部位,利用電動執(zhí)行機構(gòu)推拉閥門或閘板的位置轉(zhuǎn)換,機械、電氣、液壓等各環(huán)節(jié)稍有不到位就會產(chǎn)生誤差或故障。長期使用缺乏維護,機械、電氣失靈是故障產(chǎn)生的主要原因,因此在系統(tǒng)運行時要加強對此類設備的巡檢,發(fā)現(xiàn)問題及時處理。(3)第3類故障點是傳感器和儀表,這類故障在控制系統(tǒng)中一般反映在信號的不正常。這類設備安裝時信號線的屏蔽層應單端可靠接地,并盡量與動力電纜分開敷設,特別是高干擾的變頻器輸出電纜,而且要在PIC內(nèi)部進行軟件濾波。這類故障的發(fā)現(xiàn)及處理也和日常點巡檢有關,發(fā)現(xiàn)問題應及時處理。5.3 系統(tǒng)抗干擾性的分析和維護由于PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設計的裝置,因此一般不需要再采取特殊措施就能直接用 于工業(yè)環(huán)境中。但如果工作環(huán)境過于惡劣,如干擾特別強烈,可能使PLC引起錯誤的輸入信號;運算出錯誤的結(jié)果;產(chǎn)生出錯誤的輸出信號;造成錯誤的動作,就不能保證控制系統(tǒng)正常、安全運行。因此為提高控制系統(tǒng)的可靠性,在設計時采取相應有效的抗干擾措施是非常必要的。外界干擾的主要來源有3: (1)電源的干擾 供電電源的波動以及電源電壓中高次諧波產(chǎn)生的干擾。 (2)感應電壓的干擾 PLC周圍鄰近的大容量設備啟動和停止時,因電磁感應引起的干擾;其它設備或空中強電場通過分布電容串入PLC引起的干擾。 (3)輸入輸出信號的干擾 輸入設備的輸入信號線間寄生電容引起的差 模干擾和輸入信號線與大地間的共模干擾;在感性負載的場合,輸出信號由斷開一閉合時產(chǎn)生的突變電流和由閉合一斷開的反向感應電勢以及電磁接觸器的接點產(chǎn)生電弧等產(chǎn)生的干擾。 (4)外部配線干擾 因各種電纜選擇不合理,信號線絕緣降低,安裝、布線不合理等產(chǎn)生的干擾。提高 P L C控制系統(tǒng)抗干擾性能的措施 :(1) 科學選型。(2) 選擇高性能電源,抑制電網(wǎng)干擾。(3) 正確選擇接地點,完善接地系統(tǒng)。(4) 柜內(nèi)合理選線配線,降低干擾。6 結(jié)束語實踐證明,本設計所采用日本松下公司生產(chǎn)的AFP12417型可編程控制器的硬件配置和程序設計是完全可行的,在實際控制中,由于PLC產(chǎn)品自身具有可靠性高、靈活性強、對工作環(huán)境無要求和抗干擾性能好等諸多優(yōu)點,使之完全可以將操作人員從惡劣的現(xiàn)場環(huán)境中解放出來,因而深受用戶歡迎。同時采用PLC控制液體混合裝置,還能容易地隨時修改可編程控制器程序,以改變液體混合裝置的工作時間和工作狀況,滿足不同液體混合的需要。該控制系統(tǒng)可用較少的資金投入,達到很高的控制精度。本設計已通過模擬仿真檢驗,有很好的推廣價值。任何設計的控制系統(tǒng)都是要經(jīng)過實踐和時間的考驗方能不斷的完善。就如同我們做畢業(yè)設計,這畢業(yè)設計是對我們所學知識的考驗,也是對我們對知識綜合運用能力的考驗。更是對我們做一件事情態(tài)度考研。經(jīng)過設計我們應該學會認真、專心、更有毅力的做一件事情,這樣我們在以后的工作和生活中才能經(jīng)得起實踐和時間的考驗,我們才能走得更遠!致謝本論文是在指導老師的悉心指導下完成的,指導老師淵博的專業(yè)知識,嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度,精益求精的工作作風,誨人不倦的高尚師德,樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。不僅使我掌握基本的研究方法,還使我明白了許多待人接物與為人處事的道理。在此,我謹向指導老師表示崇高的敬意和忠心的感謝!此外,在本論文的設計當中,還受到了多位老師的指導和幫助,他們無私奉獻,兢兢業(yè)業(yè),教書育人的態(tài)度深深打動了我,在此我也向在本論文設計過程中曾給予我?guī)椭椭笇У睦蠋焸冋f聲謝謝!與此同時,還要感謝同組同學的幫忙,在論文資料收集和實驗期間,不管遇到什么困難同組同學都主動給予幫助,認真討論學習,在此也感謝他們!最后向我五年大學中給予指導和幫助的老師和同學真摯地說聲謝謝!也再一次感謝我的指導老師!參考文獻1 張文明.全自動液體灌裝機.機電一體化. 20032 張桂香,馬全廣.電器控制與PLC應用.化學工業(yè)出版社,20043 陶光才.P I E控制系統(tǒng)的抗干擾措施J有色設備20034 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IntorductionMalt beer production process is divided into manufacturing, manufacturing wort, before fermentation, after fermentation, filtration sterilization, packaging, and so few procedures. Beer filling, Gland part of a packaging machine processes. The membrane filtration of beer after the pipeline into the rotary Jiugang, then the valve into the bottle of wine, Gland, was bottled beer. Beer filling, Gland machines efficiency and degree of automation direct impact on the level of beer production. Chinas beer industry to meet the increasing scale of production and the demand for beer modern high-speed filling machinery filling the requirements of domestic beer manufacturers are actively seeking to transform the unit or the filling of beer production equipment, making it a good use Performance, advanced technology and high production efficiency and operating a safe and secure, low maintenance costs of the modernization of beer filling machine. 2. Filling beer, Gland principle and control aircraft parts Liquid filling machine by filling principle can be divided into atmospheric filler,filling machines and vacuum pressure on the filling machine. Beer filling,Gland-filling method used pressure is higher than the atmospheric pressure under the filling, storage of the cylinder pressure than the pressure of the bottle, beer bottle into the liquid on pressure. Technology at home and abroad to achieve the filling line is basically: The Rotary Jiugang the rotating movement, placed in Jiugang slots on the empty bottles through the machinery will be fixed at the upper Jiugang vacuum valve to open, closed Vacuum bottles for good treatment, Bozhuan stem from operating, open the valve of the bottle filling CO2 gases, vacuum convex .Round to open the vacuum valve, the bottle will air mixed with CO2 out of gas, open the valve again, the CO2 gas bottle filling, the filling valve on the pressure valve in the bottle close to back-pressure gas pressure at the open-Jiuye Pingbi into the bottle, through pneumatic or electrical control filling valve to achieve the filling of beer. Todays advanced international beer filling, Gland machine control system mainly by the photoelectric switch position detection part and take the bottles with, Jiugang speed part, dominated by the PLC, touch screen and other components. Filling, Gland of the mechanical structure and PLC programmable control devices, frequency stepless speed regulation, human-computer interface, and other modern means of complete automatic control technology, the combination of a mechanical and electrical integration. 3. Controlled part of the programme Many domestic beer manufacturers are now using the filling, Gland of the control system of uneven degree of automation; button and all the manual switch technology have set up operations in a box on the panel, PLC controller for the majority of Japanese companies or OMRON Mitsubishis early products, equipment chain of control, less protection settings, plus the beer filling the scene poor environment, humidity, such as contact with the switch contacts serious corrosion, the systems signal detection of the high failure rate, resulting in equipment control system Operation of low reliability, the normal operation of equipment, such as short-cycle phenomenon. To the actual transformation of the Dandong Yalu River Brewery Co., Ltd. of filling, Gland machine control system as an example, the transformation of methods to clarify the control of such equipment thinking and ideas, according to the scene of the actual process conditions, to prepare the operation of the PLC Procedures. For beer filling, Gland control system of the actual situation and in accordance with the actual process conditions at the scene, re-design of the equipment of the PLC control system. This transformation of the same methods and ideas can be applied to other liquids and the transformation of filling equipment. 3.1 system hardware configuration Japans Mitsubishi Corporation to use the FX2N128MRPLC use the system to replace the original 2-OMRONs C60P PLC, the original system of the PLC is due to old models, and computer on-line communications need to configure special converters, the system need to increase the external I / O input points , The extension of spare parts more difficult to find. FX2N128MRPLC is an integrated 128-point I / O controller of the box, a computing speed, command rich, high-cost performance, on-line programming simple and easy extension of the advantages of the Mitsubishi FX series, features the strongest small controller . (1) by the Mitsubishi 900 series of 970 GOT human-computer touch screen system to replace the original use of the button panel display equipment and monitor the operation of operating parameters. 970GOT HMI for the 16-color high-brightness significantly, through the convergence of connectivity and FX2N128MRPLC directly connected to the CPU, achieving rapid response. Has many maintenance features, such as the list-editing features, ladder monitoring (troubleshooting) function, the system monitoring functions to find fault and maintenance of PLC Systems. (2) filling, Gland of the frequency converter in the transformation of no replacement, on-site detection signal means-testing is still used switch, switch for detecting long-term work in the humidity of the great occasions, the choice of capacitive proximity switches, according to PLC I / O terminal of the connection mode, select the type of close PNP switch, the control system of Figure 1. 3.2 Systems Programming PLC controller programming focus and the core is around Jiugang the rotation speed control and Jiugang on 60 bottles of detecting the location of the displaced, broken bottles, empty bottles at the location of testing and related displacement filling Such as control valves. The bottles displacement of testing procedures, using a Mitsubishi PLC in the left command.Figure 1 control system structure diagram . Bottles displacement of detection, using the left-PLC command, which commands the whole of one of the core control procedures, the main electrical switch detection and bottles at the bottle simultaneously detect mobile, the main motor to every week, just to the corresponding Jiugang Have a bottle of, PLC unit within the internal correspondence that 60 bottles of the unit for the M500 M559, the number of units by the first letter K is set to K60, with each change in a second letter K is set to K1, M50 Reaction of the empty bottles in the short position, and detect the location of the motor speed to go on the frequency shift in the corresponding unit within the built-in 1 or 0, control valves and the corresponding mixing caps The motor stopped and opened. Continuous detection system in place after the 90 empty bottles, stop stirring caps the motor running, testing the number of bottles in accordance with the users requirements can be arbitrary. A bottle of detection. Rotary Jiugang through pressure to back pressure with the bottle of liquor in the process of empty bottles in the back-pressure, because the bottle itself may crack and other reasons leading to a sudden burst bottles, which need to detect the location of unexploded bottle bottle, in this bottle - The position opened purge solenoid valves, compressed air out, broken bottles at the bottle-blowing from the position in a row after the purge and several bottles of the electromagnetic valve open jet, a high-pressure spray Shuizhu, in the break Bottle position around a few bottles of spray bottles in a row. Detection of broken bottles and bottle-detection switch simultaneously detect movement of breaking bottles, to the main motor of each week, precisely corresponding Jiugang passed a bottle of, PLC unit within the internal correspondence that 20 broken bottles at the unit for the M600 M619, unit With the number of the first letter K is set to K20, with each change in a second letter K is set to K1, M52 response to the location of the broken bottles and detected the location of the motor speed to the frequency shift continue, In the corresponding unit within the built-in 1 or 0, control and the corresponding jet purge solenoid valve opened and stopped. Continuous Spray and purge solenoid valve open to listen, time stopped in accordance with technological requirements can be arbitrary. System security is to control access to the caps simultaneously tracking, not only accurately detect the electrical switching speed detection, the broken bottles into the bottle and detection switch detection switch three conditions. 970GOT human-computer touch-screen terminals operated by the software companys Mitsubishi GT WORKS package, which is a GT Designer with the entire GOT9000 series of graphics software packages. The package is simple, prior to a personal computer simulation on the configuration and debug, after the man-machine operators to download terminals. At the same time, because the man-machine interface and a touch-screen role, will set common switch on the screen to facilitate the operation. And also to increase the number of features, such as setting alarm information. 4 After transformation control system System at the normal operation of the machine for automatic control, in accordance with bottles into and out of the bottle for lack or slow pace set by running into the bottle stall bottles, no less than a bottle cap, automatic washing bottles burst, filling automatic back-pressure position , Covered under the system automatically lose covered a stop and safety protection, such as the coordination of action interlock. All the original button after the operation of the touch screen on. 5 Detection of the state control system monitoring Detection switch into the bottle and break bottles detection switch bottles of pressure by testing each part of the small metal plates above the location of a photoelectric pulse output, a further PLC acquisition, as each bottle of the pressure above the small metal plates is the location of activities , In the machine running after some time, some pressure above the small bottles of iron tablets and detection switch in the location of displacement, resulting in detection switch mistaken judgement, if not for the judgement of bottles of bottles, bottle explosion Lou Jian, misuse, such as the seizure of output errors So that the PLC have mistaken action, such as a back-pressure, unexploded bottle blowing, washing, stirring cap control system malfunction, such as failure phenomenon. Before the transformation of the daily production process, encountered this phenomenon, the operatives could only switch to the various functional or manual control buttons reach the stall so that the equipment work in the absence of monitoring state, the machine lost control function. Caused a lot of production of raw materials such as gas, water, wine waste. Only in the production of intermittent, can be fitter and maintenance electrician in accordance with the detection of small switch on the light-emitting diodes and anti-displacement by adjusting the distance only 5 8 mm detection switch installation location, and switch to fix detection of small metal plates Gap. This means of detection is very backward, after adjustment reaction to the results, timely response can not be adjusted results. In view of this testing situation, after the transformation of the filling, Gland control system configuration, this part of a new detection and integration in human-computer touch screen, complete bottle of detection. In human-computer touch screen interface on the page display, respectively, at customs, such as electromagnetic motor mixing valve switch state are in different colors to show, very intuitive. Increase the systems functions is to ensure the irrigation of the machine-Gland normal operation of automated control system specifically designed to. 6 Concluding remarks After the transformation of the control system will greatly simplify the complicated mechanical structure, the running and control of inspection, the degree of automation systems meet the design requirements, greatly reducing the operational strength of the labor so that the shrub-like beer output than in the past Raising more than 30 percent, greatly reduce the failure rate. Embodies the modern equipment of automatic control technology. In the digestion and absorption of todays industrial control on the basis of advanced technology innovation, development of domestic technology from the most advanced filling control system.啤酒灌裝、壓蓋機PLC控制系統(tǒng)1. 引言 啤酒生產(chǎn)過程分為麥芽制造、麥芽汁制造、前發(fā)酵、后發(fā)酵、過濾滅菌、包裝等幾道工序。啤酒灌裝、壓蓋機部分屬于包裝工序。啤酒經(jīng)膜過濾后由管路送入回轉(zhuǎn)酒缸,再經(jīng)酒閥進入瓶子中,壓蓋后獲得瓶裝啤酒。啤酒灌裝、壓蓋機的工作效率和自動化程度的高低直接影響啤酒的日產(chǎn)量。為了滿足我國啤酒行業(yè)日益擴大生產(chǎn)規(guī)模的需求和啤酒現(xiàn)代化灌裝機械高速灌裝的要求,國內(nèi)各啤酒生產(chǎn)廠家都在積極尋求或改造本單位的啤酒灌裝生產(chǎn)設備,使其成為具有良好的使用性能,先進的技術水平及高生產(chǎn)效率、運行穩(wěn)妥可靠、維護成本低的啤酒現(xiàn)代化灌裝機。2. 啤酒灌裝、壓蓋機工作原理和控制部分構(gòu)成液體灌裝機按灌裝原理可分為常壓灌裝機、壓力灌裝機和真空灌裝機。啤酒灌裝、壓蓋機采用壓力灌裝方法,是在高于大氣壓力下進行灌裝,貯液缸內(nèi)的壓力高于瓶中的壓力,啤酒液體靠壓差流入瓶內(nèi)。目前國內(nèi)外實現(xiàn)灌裝工藝路線基本上是:利用回轉(zhuǎn)酒缸產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)運動,使安放在酒缸槽位上的空瓶通過機械機構(gòu)將固定在酒缸上部的欲抽真空閥打開,對已封好的瓶子進行抽真空處理,撥轉(zhuǎn)外操作閥桿,打開氣閥,對瓶內(nèi)充填CO2氣體,抽真空凸輪繼續(xù)打開真空閥,將瓶內(nèi)空氣與CO2混合氣體抽出,氣閥再次打開,對瓶內(nèi)充填CO2氣體,灌裝閥內(nèi)的液閥在瓶內(nèi)壓力接近背壓氣體壓力時打開,酒液順瓶壁注入瓶內(nèi),通過氣動或電動控制灌裝閥實現(xiàn)啤酒的灌裝。當今國際先進的啤酒灌裝、壓蓋機的控制系統(tǒng)主要由光電開關位置檢測部分、走瓶帶、酒缸轉(zhuǎn)速的變頻調(diào)速部分、主控由可編程控制器、觸摸屏等組成。灌裝、壓蓋機的機械結(jié)構(gòu)裝置與PLC可編程控制、變頻無級調(diào)速、人機界面等現(xiàn)代自動控制技術手段完整的結(jié)合,形成機電一體化。3. 控制部分改造方案國內(nèi)很多啤酒廠家現(xiàn)使用的灌裝、壓蓋機的控制系統(tǒng)的自動化程度參差不齊;所有手動按鈕和工藝開關都設置在一個操作箱的面板上,PLC控制器大都為日本OMRON公司或三菱公司的早期產(chǎn)品,設備連鎖控制、保護設置少,加之啤酒灌裝的現(xiàn)場環(huán)境惡劣,潮濕度大,使開關等接觸觸點銹蝕嚴重,系統(tǒng)的信號檢測部分故障率較高,造成設備控制系統(tǒng)運行的可靠性低,設備正常運行周期短等現(xiàn)象。以實際改造的丹東鴨綠江啤酒有限公司的灌裝、壓蓋機的控制系統(tǒng)為例,介紹改造方法,闡明改造這類設備的控制思想和思路;根據(jù)現(xiàn)場的實際工藝條件,重新編寫了PLC的運行程序。針對啤酒灌裝、壓蓋機控制系統(tǒng)的實際狀況,并根據(jù)現(xiàn)場的實際工藝條件,重新設計了設備的PLC控制系統(tǒng)。這種改造方法和思路同樣可以應用與其他液體介質(zhì)灌裝設備的改造。 3.1 系統(tǒng)硬件配置使用日本三菱公司的FX2N128MRPLC替換原系統(tǒng)使用的2臺OMRON公司的C60P PLC,原系統(tǒng)的PLC由于是老型號產(chǎn)品,和計算機聯(lián)機需要配置特殊的通訊轉(zhuǎn)換器,系統(tǒng)需要增加外部I/O輸入點時,擴展模塊備件較難尋。FX2N128MRPLC是集成128點I/O的箱體式控制器,具有運算速度快,指令豐富、性能價格比高、聯(lián)機編程簡單、擴展方便等優(yōu)點,是三菱FX系列中功能最強的小型控制器。(1) 采用三菱公司的900系列的970GOT人機觸摸屏替換原系統(tǒng)使用的面板按鈕并監(jiān)控顯示設備的運行工作參數(shù)。970GOT HMI為高亮度的16色顯,通過匯流連接和FX2N128MRPLC的CPU直接連接,實現(xiàn)快速回應。具有許多維護功能,如列表式編輯功能、梯形圖監(jiān)控(故障查找)功能、系統(tǒng)監(jiān)控功能等用來查找故障和維護PLC系統(tǒng)。(2) 灌裝、壓蓋機的變頻器在改造中沒有更換,現(xiàn)場檢測信號的手段仍然采用開關式檢測,因檢測開關長期工作在濕度很大的場合,因此選擇電容式的接近開關,根據(jù)PLC I/O端子的接線方式,選擇PNP型的接近開關。 3.2. 系統(tǒng)程序設計PLC控制器的程序設計重點和核心是圍繞著酒缸的旋轉(zhuǎn)速度控制和酒缸上60個瓶位相關位置的檢測移位、破瓶、空瓶瓶位相關位置的檢測移位和相關灌裝閥等的控制。其中的瓶位移位檢測程序中,采用了三菱PLC位左移指令。 瓶位移位檢測,采用PLC位左移指令,這條指令是整個子控制程序的核心之一,主電機和瓶位檢測開關同步檢測移動的酒瓶,主電機每轉(zhuǎn)一周,正好對應酒缸轉(zhuǎn)過一個瓶位,PLC內(nèi)部單元內(nèi)對應這60個瓶位的單元為M500M559,單元個數(shù)用第一個字母K設置為K60,每次變化一位用第二個字母K設置為K1,M50反應了瓶位的空、缺位置,并將檢測到的這個位置以電機轉(zhuǎn)速的頻率移位下去,在內(nèi)部相應的 單元內(nèi)置1或0,控制相應的閥門和攪拌瓶蓋的電機的開與停。系統(tǒng)在連續(xù)檢測90個空瓶位后,停止攪拌瓶蓋的電機的運行,檢測瓶位的個數(shù)可以根據(jù)用戶的要求任意設定。出瓶位檢測?;剞D(zhuǎn)酒缸通過壓力往瓶內(nèi)背壓裝酒的過程中,空瓶在背壓后,可能由于瓶子本身裂紋等原因?qū)е峦蝗槐?這就需要檢測出爆瓶瓶子的位置,在這個瓶位的位置進行打開吹掃電磁閥,噴出壓縮空氣,將瓶位上的碎瓶片吹離位置,在連續(xù)吹掃幾個瓶位后,在打開噴射電磁閥,噴射出高壓水注,在對破瓶位置周圍瓶位連續(xù)噴射幾個瓶位。破瓶檢測和瓶位檢測開關同步檢測移動的破瓶,主電機每轉(zhuǎn)一周,正好對應酒缸轉(zhuǎn)過一個瓶位,PLC內(nèi)部單元內(nèi)對應這20個破瓶位的單元為M600M619,單元個數(shù)用第一個字母K設置為K20,每次變化一位用第二個字母K設置為K1,M52反應了破瓶的位置,并將檢測到的這個位置以電機轉(zhuǎn)速的頻率移位下去,在內(nèi)部相應的 單元內(nèi)置1或0,控制相應的噴射和吹掃電磁閥開與停。連續(xù)噴射和吹掃電磁閥的開聽、停時間可以根據(jù)工藝要求任意設定。系統(tǒng)自動化運行可靠的保障就是控制進出瓶蓋的同步跟蹤,既準確檢測電機轉(zhuǎn)速檢測開關、破瓶檢測開關和進瓶檢測開關三個條件。970GOT人機觸摸屏操作終端機的軟件采用三菱公司的GT WORKS軟件包,其中GT Designer是一個用與整個GOT9000系列的繪圖套裝軟件。該軟件包操作簡單,事先可在個人計算機上組態(tài)并仿真調(diào)試,完畢后下載至人機操作終端機。同時,因為人機界面又具有觸摸屏的作用,將常用的開關設在顯示屏上,方便操作。還可并以增加一些功能,如設置報警信息等。4改造后控制系統(tǒng)功能系統(tǒng)正常運行時,機器為自動控制,根據(jù)進出瓶帶上瓶的滿缺,按設定速度或慢速運行,進瓶檔瓶,無瓶不下蓋,爆瓶自動沖洗,灌裝位置自動背壓,下蓋輸蓋系統(tǒng)的自動開停和安全保護等動作的協(xié)調(diào)聯(lián)鎖。原來所有按鈕的操作改造后都在觸摸屏上進行。5控制系統(tǒng)檢測狀態(tài)的監(jiān)控功能進瓶檢測開關和破瓶檢測開關通過檢測每個壓瓶部分上面的小鐵片的位置,產(chǎn)生光電脈沖輸出,再有PLC采集,由于每個壓瓶部分上面的小鐵片的位置是活動的,在機器運行一段時間后,壓瓶部分上面的小鐵片和檢測開關的位置發(fā)生位移,造成檢測開關誤判斷,如沒瓶判斷為有瓶,爆瓶漏檢、誤檢等造成輸出失誤,使PLC產(chǎn)生誤動作,造成如背壓、爆瓶吹、洗、瓶蓋攪拌系統(tǒng)控制失靈等故障現(xiàn)象。在改造前的日常生產(chǎn)過程中,碰到這種現(xiàn)象時,操作工只能將各個功能開關或按扭打到手動控制檔位,使機器設備工作在無監(jiān)控狀態(tài)下,機器失去自動控制功能。造成了很大的生產(chǎn)原料如氣、水、酒的浪費。只能在生產(chǎn)的間歇,才能由維修鉗工和電工根據(jù)檢測開關上的小發(fā)光二極管的亮和滅通過調(diào)整位移距離只有58mm的檢測開關的安裝位置,來修正檢測開關和小鐵片的間隙。這種檢測手段非常落后,調(diào)整后的效果反應致后,不能及時反應調(diào)整結(jié)果。針對這種檢測狀況,結(jié)合改造后的灌裝、壓蓋機控制系統(tǒng)的配置,新增了這部分檢測功能,并集成在人機觸摸屏中,完成瓶位檢測。在人機觸摸屏的界面分頁顯示屏上,可以分別時關、攪拌電機等電磁閥的開關狀態(tài)都以不同顏色來顯示,非常直觀。 增加這套系統(tǒng)功能的是為保證灌狀壓蓋機的自動化控制系統(tǒng)正常運行而專門設計的。6結(jié)束語 改造后的控制系統(tǒng)大大地簡化了復雜的機械結(jié)構(gòu),經(jīng)現(xiàn)場運行情況和控制效果檢驗,系統(tǒng)的自動化程度達到了設計要求,大大減少了操作人員的勞動強度,使啤酒灌狀的日產(chǎn)量比過去提高30%以上,故障率大大減低。體現(xiàn)了現(xiàn)代設備的自動控制技術。是在消化、吸收當今工業(yè)控制的先進技術的基礎上加以創(chuàng)新、研制而成的目前國內(nèi)技術最先進的灌裝控制系統(tǒng)。
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