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采用PLC在飲料灌裝機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
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陷,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)量是通過時(shí)間和單位時(shí)間流量來確定的,計(jì)量精度可由 PLC來控制確定,通過人機(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關(guān)一體型的可編程終端(PT),是新一代的人機(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)，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。
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,開始灌液,延時(shí)后電磁閥關(guān)閉,通過控制電磁閥的開啟時(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)1s后,進(jìn)瓶氣缸縮回、開始進(jìn)瓶,3s后出瓶處氣缸4伸出擋住空料瓶。進(jìn)瓶處設(shè)置光電開關(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,由通過觸摸屏輸入的時(shí)間使PLC控制灌裝頭的開啟時(shí)間。灌裝終止后,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)又開始轉(zhuǎn)動(dòng),1s后進(jìn)瓶處氣缸5縮回,光電開關(guān)又開始檢測(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。觸摸屏的畫面是用的組態(tài)軟件設(shè)計(jì)完成后,再通過計(jì)算機(jī)的RS-232C串行通訊口下載到觸摸屏。PLC與觸摸屏之間通過串行接口通訊,連線簡(jiǎn)潔。
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OYES-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。觸摸屏采用中國(guó)臺(tái)灣產(chǎn)PWS3260型。
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。
3 軟件實(shí)現(xiàn)
3.1 軟件總體功能
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、終止、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。
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。