PLC在啤酒包裝自動(dòng)化控制方面的應(yīng)用

1、PLC在啤酒包裝自動(dòng)化控制方面的應(yīng)用李玉昌 陳有源 葉維鳳 貴州省息烽開磷化工裝備工程有限責(zé)任公司 551109摘要：隨著啤酒行業(yè)的飛速發(fā)展，啤酒的銷量也越來越大，啤酒包裝自動(dòng)化生產(chǎn)線是啤酒行業(yè)中不可或缺的生產(chǎn)設(shè)備，對(duì)其在裝酒過程中啤酒瓶位置的控制、灌裝壓力的控制、速度的控制以及出廠前對(duì)酒的裝箱計(jì)數(shù)和定時(shí)的控制。本文將可編程程序控制器（PLC）用于啤酒灌裝生產(chǎn)中，解決了壓力、位置、速度、計(jì)數(shù)等多參數(shù)輸入、輸出問題的控制。關(guān)鍵詞：PLC，包裝自動(dòng)化，啤酒生產(chǎn)，自動(dòng)控制隨著包裝市場的需求，啤酒、飲料等液體食品的加工和制造設(shè)備正朝著高速、穩(wěn)定和智能化的方向去發(fā)展。食品包裝技術(shù)在很大程度上得到了改進(jìn)，

2、使自動(dòng)化包裝機(jī)設(shè)備的需求越來越大。啤酒包裝是啤酒生產(chǎn)過程中重要的一環(huán)，隨著啤酒行業(yè)的飛速發(fā)展，啤酒包裝越來越受到人們的重視。擁有一套技術(shù)先進(jìn)、設(shè)計(jì)合理的包裝生產(chǎn)線，既可以生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品還可以降低成本，提高啤酒行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。本系統(tǒng)采用可編程控制器，專門為工業(yè)環(huán)境二設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)，它可以采用可編程的存儲(chǔ)器、用來存儲(chǔ)執(zhí)行的邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等。通過模擬量和數(shù)字量的輸入與輸出，從而控制啤酒包裝自動(dòng)化的生產(chǎn)。下面就從幾個(gè)主要的方面來介紹啤酒包裝生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)。1 啤酒包裝車間的組成自動(dòng)包裝生產(chǎn)線是按照產(chǎn)品包裝工藝過程，由多臺(tái)自動(dòng)機(jī)、中間傳送儲(chǔ)存裝置、檢測與控制裝等聯(lián)接起來而形成

3、的包裝生產(chǎn)系統(tǒng)1。在啤酒行業(yè)中，啤酒包裝線的主要組成設(shè)備有卸箱機(jī)、洗瓶機(jī)、驗(yàn)瓶機(jī)、灌裝壓蓋機(jī)、貼標(biāo)機(jī)、裝箱機(jī)等。對(duì)于設(shè)計(jì)一套高效的啤酒包裝系統(tǒng)，了解啤酒包裝車間的流程尤為重要。啤酒包裝機(jī)械是啤酒工廠的重要設(shè)備，它也是啤酒釀造之后，準(zhǔn)備出廠的最后工序。因此，它的好壞直接關(guān)系到啤酒的質(zhì)量和啤酒的外觀，甚至?xí)P(guān)心到一個(gè)企業(yè)在市場上的競爭力，一個(gè)完整的啤酒包裝車間工作流程由圖1所示。圖1 啤酒包裝車間工作流程2 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其工作原理1.1 整體的控制系統(tǒng)本文所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)對(duì)位置的控制是指對(duì)儲(chǔ)酒倉中啤酒位置和在線酒瓶中啤酒位置的實(shí)時(shí)控制；對(duì)壓力的控制是指對(duì)灌裝系統(tǒng)中保護(hù)氣體CO2的壓力控制；對(duì)于

4、速度的調(diào)節(jié)是指對(duì)裝酒的速度和空瓶、滿瓶傳輸帶上速度的調(diào)節(jié)；對(duì)啤酒裝箱瓶數(shù)和流水線暫停時(shí)間的控制；對(duì)空瓶、滿瓶到位，打開或關(guān)閉裝酒閥門的實(shí)時(shí)檢測與控制。控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。圖2 多參數(shù)啤酒灌裝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1.2 控制系統(tǒng)的工作原理本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是一個(gè)多輸入、多輸出的主從式拖動(dòng)控制系統(tǒng)，整個(gè)生產(chǎn)線的控制由OMRON C200H完成，其局部的控制采用E40B控制器。對(duì)系統(tǒng)壓力檢測采用恒壓力閉環(huán)控制，其目的是對(duì)空瓶質(zhì)量檢驗(yàn)和除去空瓶中的空氣。由于系統(tǒng)傳送帶為分段式結(jié)構(gòu)，為了防止局部過快或過慢都會(huì)導(dǎo)致酒瓶堆堵或斷續(xù)，因此對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來說，調(diào)節(jié)傳送帶的速度就顯得非常重要了。在該系統(tǒng)中，M為主電

5、機(jī)，M1M26為傳送帶拖動(dòng)電機(jī)，整個(gè)系統(tǒng)的速度都以M的轉(zhuǎn)速為基準(zhǔn)。當(dāng)發(fā)生異?，F(xiàn)象時(shí)，則要求M勻減速至停車，反之作勻加速直至設(shè)定的速度。2 系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)2.1 酒瓶中啤酒位置的控制當(dāng)系統(tǒng)的裝酒泵打開時(shí)，設(shè)裝酒泵的流量為q(L/s)，則t時(shí)間內(nèi)裝酒量為Q=qt2。當(dāng)酒瓶的大小一定時(shí)，酒瓶中酒的高度h應(yīng)與Q成函數(shù)關(guān)系，即h=f(Q)。因此，在裝酒的時(shí)間相等的情況下，只要控制裝酒泵中的流量恒定，就能夠在裝酒時(shí)確保酒的高度相等且為定值。裝酒泵的出口壓力H與出口流量有著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，且滿足H-Q特性3。因此，只要保證裝酒泵出口壓力恒定就能夠保證出酒流量的恒定，從而確定了啤酒瓶中啤酒的位置，其原理框圖

6、如圖3所示。圖3 恒壓力控制系統(tǒng)原理框圖在此設(shè)計(jì)中，利用壓力傳感器代替了流量傳感器，間接解決了在線檢測酒瓶中啤酒位置的難題，本系統(tǒng)不僅簡化了設(shè)計(jì)方案，降低了生產(chǎn)成本還提高了系統(tǒng)的控制精度。2.2 速度調(diào)節(jié)技術(shù)在本系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)控制中，采用了目前流行的變頻技術(shù)，用穩(wěn)定性更強(qiáng)的交流電機(jī)代替了原生產(chǎn)線上的直流電機(jī)，通過改變變頻器的控制信號(hào)來實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)線上速度的調(diào)節(jié)和速度的設(shè)定。其控制系統(tǒng)框圖如圖4所示，其控制系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)規(guī)律如圖5所示。圖4 速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)框圖 在本系統(tǒng)中，當(dāng)PLC接到堵塞或者異常信號(hào)時(shí)，則會(huì)發(fā)出一個(gè)開關(guān)信號(hào)K，將減速信號(hào)S接入調(diào)速回路，S信號(hào)能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)均勻地從0增加到速度

7、設(shè)定值SP，其速度增加的斜率將是生產(chǎn)線遭遇故障減速停車的斜率；反之，當(dāng)K斷開時(shí)，生產(chǎn)線將在SP的作用下使傳送帶勻加速上升直至所設(shè)定的速度。在電機(jī)的PID控制方面，采用Honeywell公司的E40B控制器，將輸入的信號(hào)U全部傳送到M1M26的控制回路中，將其設(shè)為電機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)定值，在這種情況下實(shí)現(xiàn)了整個(gè)生產(chǎn)線的同步協(xié)調(diào)控制。2.3 包裝計(jì)數(shù)定時(shí)的控制PTC8253需要完成兩個(gè)功能：一是對(duì)啤酒瓶進(jìn)行計(jì)數(shù)；二是傳送帶暫停3秒鐘，需要定時(shí)器工作。在啤酒瓶檢測部分，當(dāng)啤酒瓶從光源和光敏電阻之間通過時(shí)，會(huì)使晶體管T導(dǎo)通，這樣會(huì)在發(fā)射極上產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，將此脈沖作為啤酒瓶的計(jì)數(shù)脈沖，PTC8253上的CL

8、K0引腳對(duì)啤酒瓶進(jìn)行計(jì)數(shù)。在3秒定時(shí)部分，通道1作為定時(shí)器，工作在方式1，CLK1產(chǎn)生100Hz的時(shí)鐘脈沖。PTC8253的輸出端OUT1送到流水線的工作臺(tái)，進(jìn)行3秒鐘的定時(shí)。當(dāng)時(shí)間到后，重啟傳送帶，繼續(xù)工作，通道0就開始工作。通道0與通道1相互配合，來完成啤酒的裝箱。2.4 異常情況控制在啤酒自動(dòng)包裝系統(tǒng)中，殺菌機(jī)的作業(yè)非常重要，但是由于設(shè)備故障或者其它原因，可不可避免會(huì)造成殺菌機(jī)停車，這樣會(huì)使啤酒在殺菌機(jī)內(nèi)停留的時(shí)間過長，造成PU值過高，加快了啤酒的氧化，因此在殺菌機(jī)故障停車后，需要采取一些措施。在殺菌機(jī)和貼標(biāo)機(jī)之間建立一個(gè)存儲(chǔ)的平臺(tái)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，啤酒進(jìn)入平臺(tái)進(jìn)行暫時(shí)的存儲(chǔ)，待儀器故

9、障被排除后重新進(jìn)入鏈板。當(dāng)殺菌機(jī)故障停車時(shí)，首先將關(guān)閉殺菌機(jī)的噴頭和蒸汽閥門，以防水溫升高。在故障排除后，需要重新啟動(dòng)儀器等待水溫重新達(dá)到工藝要求之后才能重新開啟殺菌機(jī)。3 結(jié)論在啤酒瓶中啤酒高度的檢測設(shè)計(jì)中，將酒位檢測控制變?yōu)楹銐毫z測，不僅簡化了控制方案而且還節(jié)省了成本。采用PID控制算法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)裝酒速度的調(diào)節(jié)與設(shè)定，同時(shí)能夠?qū)φ麄€(gè)生產(chǎn)線進(jìn)行勻加速、勻減速或恒速的控制。將PTC8253做計(jì)數(shù)器使用，同時(shí)又做定時(shí)器使用，將兩者結(jié)合起來，用啤酒瓶計(jì)數(shù)結(jié)束的信號(hào)去啟動(dòng)定時(shí)器，定時(shí)器的結(jié)束信號(hào)又作為計(jì)數(shù)器開始的信號(hào)，兩者相互作用充分發(fā)揮了可編程通用的定時(shí)、計(jì)數(shù)的功能。PLC技術(shù)運(yùn)用到啤酒的自動(dòng)包裝設(shè)計(jì)中，在很大程