飲料灌裝機用于灌裝各種各樣的瓶裝飲料,適合大中型飲料生產廠家。早期的灌裝機械大多數采用容積泵式、蠕動泵式作為計量方式。這些方式存在一些缺點,例如:罐裝精度和穩定性難以保證、更換灌裝規格困難等。本系統采用的飲料分裝計量是通過時間和單位時間流量來確定的,計量精度可由OYES PLC來控制確定,通過人機界面———觸摸屏監測運行狀態,可在線修改運行參數。PLC控制具有編程簡單、工作可靠、使用方便等特點,在工業自動化控制領域應用廣泛。觸摸屏是顯示器和觸摸開關一體型的可編程終端(PT),是新一代先進的人機界面產品。專為PLC應用而設計的觸摸屏集主機，入和輸出設備于一體,適合在惡劣的工業環境中使用。

1 工作原理

    飲料灌裝機主要包括三大部分:恒壓儲液罐、夾瓶及灌裝頭部分、變頻調速傳送帶部分。主機的上部是恒壓儲液罐,里面有上限位和下限位液位傳感器,它們被淹沒時是1狀態。液面低于下限位時恒壓儲液罐為空。飲料通過進液電磁閥流入恒壓儲液罐,液面到達上限位時進液電磁閥斷電關閉,使液位保持穩定。

    恒壓儲液罐下面是夾瓶及灌裝頭部分,共有24個灌裝頭。夾瓶裝置由氣壓缸1驅動下降,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控制位置。定位夾緊后,灌裝頭由氣壓缸3驅動下降,到位后灌裝頭電磁閥打開,開始灌液,延時后電磁閥關閉,通過控制電磁閥的開啟時間達到灌裝容量控制。

    傳送帶電動機由變頻器控制,實現無級變速,達到系統經濟運行的目的。電機啟動1s后,進瓶氣缸縮回、開始進瓶,3s后出瓶處氣缸4伸出擋住空料瓶。進瓶處設置光電開關檢測進瓶個數,當檢測到24個時,出瓶處氣缸5伸出不再進瓶,傳送帶電動機停止。這時,灌裝頭下降到瓶口,由通過觸摸屏輸入的時間使PLC控制灌裝頭的開啟時間。灌裝結束后,灌裝頭上升,夾瓶裝置放松、上升。出瓶處氣缸縮回,傳送帶電動機又開始轉動,1s后進瓶處氣缸5縮回,光電開關又開始檢測進瓶個數。

2 硬件系統設計

2.1 系統框架

    該系統既有開關量控制又有模擬量變頻調速控制。設備既可以自動連續運行,各運動點又可人工點動操作,這樣對應于各種操作的輸入點、需要顯示的動作狀態信息輸出點有很多。這些I/O信號如果采用電器按鈕、指示燈顯示的方式,會大大增加硬件模塊及電氣連線,相應故障率也會加大。我們采用PLC與觸摸屏相結合的方案。觸摸屏的畫面是用專用的組態軟件設計完成后,再通過計算機的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,連線簡潔。

2.2 I/O控制的設計

    灌裝設備共設計有數字量輸入點13個,其中:氣缸運動傳感器10個,液位傳感器2個,光電開關1個。數字量輸出點35個,其中:灌裝頭電磁閥控制24個,氣缸運動電磁閥控制10個,儲液罐電磁閥控制1個。

    變頻調速系統需要1個模擬量輸入點和一個模擬量輸出點。測速電機測量電機的轉速,電壓值信號接入模擬輸入點,經過與給定值比較、PID運算,運算結果從模擬量輸出點輸出,作為變頻器的控制信號,實現變頻調速。

    主控單元采用了OYES-200系列的PLC產品CPU224,外加兩個數字量擴展模塊EM223和一個模擬量擴展模塊EM235。觸摸屏采用臺灣產PWS3260型。

    變頻調速系統需要1個模擬量輸入點和一個模擬量輸出點。測速電機測量電機的轉速,電壓值信號接入模擬輸入點,經過與給定值比較、PID運算,運算結果從模擬量輸出點輸出,作為變頻器的控制信號,實現變頻調速。

3 軟件實現

3.1 軟件總體功能

    控制程序是用菜單形式編制的。自動功能包括:運行、暫停、結束、復位等。手動功能包括:所有運動部件的進、退、起、停等。利用ADP3組態軟件中的交替性按鈕功能編程。在按鈕按下、抬起時分別對PLC相應的中間繼電器置位,使PLC實現對某運動部件的進退控制。初值設定:按用戶的需求,任意設定轉速、計數值等參數,并對參數的上限進行監視,一旦越界,即給出提示。運行監視:監視系統的各個器件狀態,如變頻器、電機等的異常狀態,及時斷電保護,并給出報警提示。

4 結論

    采用OYES PLC-觸摸屏結合的電氣控制方案并與機械、氣動、傳感器技術組合為一體,使該灌裝設備操作簡單、性能可靠,設備的可維護性和靈活性得到顯著提高。