DZ199PLC在啤酒灌装压盖机和啤酒贴标机上的应用
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第 3 章 控制系统生产工艺流程及 PLC 选型- 12 -3 系统生产工艺流程及 PLC 选型3.1 系统生产工艺流程3.1.1 啤酒灌装压盖机的生产工艺流程 啤酒灌装压盖机是啤酒生产线上的重要设备之一,它是将输送带上送来的洗净的空瓶,在预加压到啤酒饱和溶气压力的情况下,灌上定量的二氧化碳的啤酒,灌酒后压好盖子,再由输送带送出的自动设备。它的运转情况直接影响到啤酒的产量和质量。因而,它的自动控制系统设计显得尤为重要。全自动啤酒灌装压盖机生产的工艺过程主要包括灌装阀的开启,液料灌装,破瓶检测,破瓶处理及压盖等部分。6假定灌装过程中采用可调速电动机能正常实现机器的平稳运转,随时根据用户设定的产量来调整机器的运转速度,遇到故障或条件不足时能自动减速甚至停机,灌装压力及液位由气动系统调节正常,其灌装压盖过程见图 1(啤酒灌装压盖机生产工艺流程框图):6图 1 啤酒灌装压盖机生产工艺流程框图Fig. 1 block diagram of technological process of beer为了说明方便,可参考图 1:(1)在 S1 处有一个有瓶检测接近开关 S1,当 S1 检测到有啤酒瓶进入时,便使 Y1 处的灌装阀打开,用充二氧化碳的方法使瓶内的氧气排除,同时建立等压平衡,在等压的情况下液阀打开,开始灌入液体。液体灌装定量到位后,根据等压灌装原理,自动关闭灌装阀,同时排气阀打开。(2)在 S2 处有一个破瓶检测接近开关 S2,当检测到破瓶时,经过一定的工位,在 Y2 处破瓶冲洗管打开对破瓶附近的瓶子进行冲洗。(3)当啤酒瓶进行完破瓶冲洗后,在 S3 处有一个有瓶检测接近开关 S3,当检测开关检辽宁工程技术大学毕业设计(论文)- 13 -测到有啤酒瓶到来时,挡瓶阀 Y3 打开,压盖机料斗电机开始转动,搅动盖子由滑道滑下。瓶子压盖后,由输送带送出,整个过程连续不断,自动完成。3.1.2 啤酒贴标机的生产工艺流程啤酒贴标机也是啤酒生产线上重要的设备,灌装压盖完的啤酒瓶经传送带传送到贴标机上后进行贴标。啤酒贴标机生产工艺流程大致分为以下几个阶段:91)上胶,即标签纸经过涂胶机构上液体粘合剂。2)取标,即通过取标签板从标盒中一张一张取出标纸。3)传标,即把取出的标签纸传送到粘贴位置。4)贴标,涂好胶的标签纸到达粘贴位置,啤酒瓶子也应到达该位置。5)滚压烫平,这个过程是由毛刷来完成的。6)链条输送。3.2 PLC 的选型3.2.1 系统选择 PLC 控制的原因本系统之所以采用 PLC 控制,主要是因为:一、PLC 具有以下优点(1)通用性好。PC 是通过软件来实现控制的。同一台 PC 可用于不同的控制对象,只需改变软件就可以实现不同的控制要求。另外,PC 产品已系列化,其结构形式多种多样,按功能不同又有低档、中档、高档机之分,可适应各种不同要求的工业控制。同一档次的 PC,不同机型的功能基本相同,可以互换。PC 的功能模块品种多,可以灵活组合成各种大小和不同功能的控制装置。(2)可靠性高、抗干扰能力强。由于可靠性是用户选用的首要依据,因此,每个 PC 生产厂都将可靠性作为第一指标而加以研制,以单片机为核心,采用了微电子技术,大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成。在硬件和软件上采用大量的屏蔽、滤波、隔离等抗干扰措施,使 PC 的平均无故障时间达到 30 万小时以上,使用寿命长。(3)控制功能强。PC 具有逻辑判断、计数、定时、步进、跳转、移位、记忆、数字运算、数据处理等功能,还能完成 A/D、D/A 转换以及通讯联网等,可以实现顺序控制、逻辑控制、位置控制和过程控制等等。因此,它既可以对开关量进行控制,又可以对模拟量控制;既可以控制一台单机、一条生产线,又可以控制一个机群,多条生产线;既可以现场控制,又可以远距离控制;既可控制简单系统,又可控制复杂系统。第 3 章 控制系统生产工艺流程及 PLC 选型- 14 -(4)编程简单,使用方便。PC 采用面向问题的“自然语言”编程,容易掌握。例如目前大多数 PC 均采用与继电器电路相似的梯形图编程,既继承了传统控制线路的清晰直观感,又考虑到大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平,很容易被电气技术人员所接受,易于编程,程序修改时也容易修改,很灵活方便。使用编程软件绘制梯形图十分方便,其绘制梯形图界面见附录 A。(5)适用于恶劣的工业环境。PC 在制造工艺上加强了抗干扰措施,例如输入输出部分都采用光电隔离,有效地隔离了 PC 内部电路与输入输出之间电的联系,从而避免了输入输出部分窜入的干扰信号而引起的误动作。PC 还采用了屏蔽、滤波等措施,有效地防止了空间电磁干扰,对高频干扰信号起到良好的抑制作用。(6)具有各种接口,与外部设备连接非常方便。PC 的接线只需将输入信号的设备(按钮、开关等)与 PC 输入端子连接,将接受输出信号执行任务的执行元件(接触器、电磁阀等)与 PC 输出端子连接。接线简单,工作量少。(7)具有较大的灵活性和可扩性,而且扩展灵活方便。(8)维修方便。PC 上有 I/O 指示灯(LED) ,哪个 I/O 元件有故障,一目了然。(9)可根据生产工艺要求或运行情况,随时对程序进行在线修改,不用更改硬接线,灵活性大,适应性强。二、可编程序控制器与继电器比较(1)由于采用微处理器为核心,并采取各种抗干扰措施,因此,PC 可靠性很高,控制功能强,体积小。(2)利用 PC 内部计数器和计时器,容易实现逻辑组合和运算,不用增加硬件设备。(3)由于 PC 采用软件编制程序来完成控制任务,因此可以随时变更程序来适应生产工艺的改变,而不用重新布线。三、可编程序控制器与微机比较(1)使用环境:PC 的设计着重于高可靠性和密封结构,适用于恶劣的工业环境,主要用于工业控制;而微机对环境的要求较高,一般要求在干扰小,具有一定的温度和湿度要求的机房内使用。(2)编程语言:PC 采用了面向操作者的逻辑语言,用继电器逻辑梯形图为表达式,逻辑简单,易于学习和掌握,程序修改时也很容易;而用微机实现自动控制,常使用汇编语言编程,其语句多,语法关系复杂,难于掌握,要求使用者具有一定水平的计算机硬件辽宁工程技术大学毕业设计(论文)- 15 -知识和软件知识。(3)输入输出:PC 的输入输出接口已经做好,可直接与控制现场的用户设备直接连接。输入接口可以与各种开关和传感器连接,输出接口具有较强的驱动能力,可以直接与继电器、接触器、电磁阀等连接,使用很简单;而用微机控制,还要在输入输出接口上做大量工作,才能与控制现场连接起来,调试也比较繁琐。(4)价格:一般来说,PC 机价格比微机的价格低。3.2.2 PLC 选择主要依据 2(1)I/O 点数。根据系统要求,估计出所需要的 I/O 点数,再增加 20%30%的备用量,以便随时增加控制功能。对于一个控制对象,由于采用不同的控制方法或编程水平不一样,I/O 点数就有所不同。(2)存贮器容量。应在所需容量的基础上增加 25%35%的备用量,以便随时增加用户程序。(3)扫描速度。对于以开关量为主的控制系统,不用考虑扫描速度,一般机型都能满足要求。对于有模拟量的系统,就要考虑扫描速度。(4)指令数。指令数多,功能强,适用于复杂的控制系统。(5)编程语言的种类。一般有指令集、梯形图、功能快语言等。对中大型 PLC,还配有高级编程语言。(6)输入、输出模块。如果控制系统需要,则考虑模拟量输入、输出模块及其他智能模块的选用。(7)输出类型。较常用的有可带交流或直流负载的继电器输出型,还有适用于直流负载的晶体管输出型和适用于交流负载的晶闸管输出型,它们属于无触点输出型。(8)输出点的容量。输出点的容量,一般是 2A,最大为 10A。要考虑负载容量的大小,必要时,要用中间继电器作为输出点的转换。(9)编程器。一般有简易(指令表)编程器、液晶显示图形编程器、CRT 显示图形编程器。有的还带有磁带录音机接口和打印机接口,比较实用,适合于较大的系统或多台 PC共用。如果有个人计算机,还可选用功能强的 PC 编程软件包。(10)电源模块。电源模块的额定输出电流要大于或等于主机、I/O 模块和其他专用模块等消耗电流之和。当使用扩展机架时,从主机架电源模块到最远一个扩展机架的线路压降要小于 0.25V。第 3 章 控制系统生产工艺流程及 PLC 选型- 16 -(11)输入信号电源。一般利用 PC 内部提供的直流 24V 电源。对带有源器件的接近开关,如果现场干扰较大,可外接 220V 输入电源,提高系统的可靠性。(12)要优选主流机型。做到资源共享。大型企业需要大量的 PC 机,组成一个集散控制系统和管理系统。因此,PC 机应有通信接口,以便与其他 PC 机或上位计算机联网通信,组成分布式控制系统(DCS) 。最好选用一个公司 PC 产品。此外,还应要考虑性能价格比、备用备件的购买渠道和经销公司的技术服务质量等。3.2.3 PLC 型号的选择由于本设计需要用一台 PC 机实现同时对啤酒灌装压盖机和啤酒贴标机的控制,根据3.2 节所介绍的 PLC 选择依据,结合本设计控制系统的要求,以及啤酒灌装压盖和贴标的生产工艺要求,本设计选用了三菱 FX2N-48MR 型号的 PLC, 它有 24 点输入,24 点输出,其扩展单元也有 24 点输入,24 点输出。它的具体性能特点见附录 B。三菱 FX2N 系列 PC 为单元式结构,但其功能强大、组合灵活。FX2N 系列 PC 的基本单元内有 CPU、I/O 接口电路、存贮器及标准电源。扩展单元用于扩展 I/O 点数,其内部设有标准电源可供扩展模块使用。扩展模块也是用于增加 I/O 点数及改变 I/O 特性,其电源从基本单元或扩展单元上获得。FX2N 系列有各种点数及各种输出类型的基本单元、扩展单元和扩展模块,它们可从自由混合配置、使系统配置灵活方便。FX2N 系列 PC 内部有一个 16 位的 CPU 和一个专用逻辑处理器,执行、响应速度很快。它内部还设置有高速计数器,最多可对 6 个脉冲序列进行计数,每个脉冲序列的频率最大 3kHz。FX2N 系列 PC 具有直接输出功能,使输出不受扫描周期的影响,快速作出响应。它还具有最多 6 个的中断输入口,对请求中断信号按优先权次序进行处理。3FX2N 系列 PC 提供了多种功能指令(见附录 C) ,不仅可以进行简单的 BCD 码运算和传送数据,还可用于键盘输入、拨盘输入、矩阵输入板的数据输入等,它具有菜单式功能选择,能在线或离线编程。3
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