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采用PLC在饮料灌装机控制系统中的应用
饮料灌装机用于灌装各种各样的瓶装饮料,适合大中型饮料生产厂家。早期的灌装机械大多数采用容积泵式、蠕动泵式作为计量方式。这些方式存在一些缺陷,例如:罐装精度和稳定性难以保证、更换灌装规格困难等。本系统采用的饮料分装计量是通过时间和单位时间流量来确定的,计量精度可由 PLC来控制确定,通过人机界面———触摸屏监测运行状态,可在线修改运行参数。PLC控制具有编程简单、工作可靠、使用方便等特点,在工业自动化控制领域应用广泛。触摸屏是显示器和触摸开关一体型的可编程终端(PT),是新一代的人机界面产品。专为PLC应用而设计的触摸屏集主机，入和输出设备于一体,适合在恶劣的工业环境中使用。
1 工作原理
饮料灌装机主要包括三大部分:恒压储液罐、夹瓶及灌装头部分、变频调速传送带部分。主机的上部是恒压储液罐,里面有上限位和下限位液位传感器,它们被淹没时是1状态。液面低于下限位时恒压储液罐为空。饮料通过进液电磁阀流入恒压储液罐,液面到达上限位时进液电磁阀断电关闭,使液位保持稳定。
恒压储液罐下面是夹瓶及灌装头部分,共有24个灌装头。夹瓶装置由气压缸1驱动下降,下降到位后,夹瓶装置由气压缸2夹紧定位,下降及夹紧由行程开关控制位置。定位夹紧后,灌装头由气压缸3驱动下降,到位后灌装头电磁阀打开,开始灌液,延时后电磁阀关闭,通过控制电磁阀的开启时间达到灌装容量控制。
传送带电动机由变频器控制,实现无级变速,达到系统经济运行的目的。电机启动1s后,进瓶气缸缩回、开始进瓶,3s后出瓶处气缸4伸出挡住空料瓶。进瓶处设置光电开关检测进瓶个数,当检测到24个时,出瓶处气缸5伸出不再进瓶,传送带电动机停止。这时,灌装头下降到瓶口,由通过触摸屏输入的时间使PLC控制灌装头的开启时间。灌装终止后,灌装头上升,夹瓶装置放松、上升。出瓶处气缸缩回,传送带电动机又开始转动,1s后进瓶处气缸5缩回,光电开关又开始检测进瓶个数。
2 硬件系统设计
2.1系统框架
该系统既有开关量控制又有模拟量变频调速控制。设备既可以自动连续运行,各运动点又可人工点动操作,这样对应于各种操作的输入点、需要显示的动作状态信息输出点有很多。这些I/O信号如果采用电器按钮、指示灯显示的方式,会大大增加硬件模块及电气连线,相应故障率也会加大。我们采用PLC与触摸屏相结合的方案。触摸屏的画面是用的组态软件设计完成后,再通过计算机的RS-232C串行通讯口下载到触摸屏。PLC与触摸屏之间通过串行接口通讯,连线简洁。
2.2 I/O控制的设计
灌装设备共设计有数字量输入点13个,其中:气缸运动传感器10个,液位传感器2个,光电开关1个。数字量输出点35个,其中:灌装头电磁阀控制24个,气缸运动电磁阀控制10个,储液罐电磁阀控制1个。
变频调速系统需要1个模拟量输入点和一个模拟量输出点。测速电机测量电机的转速,电压值信号接入模拟输入点,经过与给定值比较、PID运算,运算结果从模拟量输出点输出,作为变频器的控制信号,实现变频调速。
主控单元采用了OYES-200系列的PLC产品CPU224,外加两个数字量扩展模块EM223和一个模拟量扩展模块EM235。触摸屏采用中国台湾产PWS3260型。
变频调速系统需要1个模拟量输入点和一个模拟量输出点。测速电机测量电机的转速,电压值信号接入模拟输入点,经过与给定值比较、PID运算,运算结果从模拟量输出点输出,作为变频器的控制信号,实现变频调速。
3 软件实现
3.1 软件总体功能
控制程序是用菜单形式编制的。自动功能包括:运行、暂停、终止、复位等。手动功能包括:所有运动部件的进、退、起、停等。利用ADP3组态软件中的交替性按钮功能编程。在按钮按下、抬起时分别对PLC相应的中间继电器置位,使PLC实现对某运动部件的进退控制。初值设定:按用户的需求,任意设定转速、计数值等参数,并对参数的上限进行监视,一旦越界,即给出提示。运行监视:监视系统的各个器件状态,如变频器、电机等的异常状态,及时断电保护,并给出报警提示。
4 结论
采用PLC-触摸屏结合的电气控制方案并与机械、气动、传感器技术组合为一体,使该灌装设备操作简单、性能可靠,设备的可维护性和灵活性得到显著提高。