基于PLC的灌裝機(jī)的電氣控制和監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文/方紹軍

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人民生活水平的提高，社會(huì)各界對于我國食品飲料加工行業(yè)，特別是自動(dòng)化生產(chǎn)線上的飲料灌裝技術(shù)等方面的關(guān)注程度越來越高。目前，國際上應(yīng)用的飲料灌裝機(jī)技術(shù)不僅具備了多種形式的灌裝和加工功能，而且還能極大地提升加工生產(chǎn)效率。如何在吸收國外先進(jìn)加工生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，不斷提升我國自動(dòng)化生產(chǎn)線的飲料加工技術(shù)，成為了相關(guān)領(lǐng)域工作人員的工作重點(diǎn)之一。

1 灌裝機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)研究

1.1 灌裝機(jī)機(jī)械送料設(shè)計(jì)

灌裝機(jī)的機(jī)械部分由多種不同零件組成，飲料的灌裝需要經(jīng)過送料部分之后才能進(jìn)入到灌裝環(huán)節(jié)。在送料過程中，需要將配料送入殺菌緩沖罐，經(jīng)由UHT（超高溫瞬時(shí)滅菌）、熱交換器、過濾器，再經(jīng)過送料泵送入灌裝緩沖罐。飲料在進(jìn)入灌裝緩沖罐后，當(dāng)灌裝機(jī)下達(dá)開始灌裝命令時(shí)，飲料的灌裝工作便會(huì)正式開始。在對飲料灌裝機(jī)的機(jī)械送料部分進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，工作人員需要重點(diǎn)關(guān)注送料泵的壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置設(shè)計(jì)、熱交換器的PID控制以及灌裝機(jī)入口處技術(shù)的應(yīng)用確保飲料入口的壓力為2bar左右，控制溫度在90℃至91℃，確保殺菌率符合工藝要求、飲料口感不發(fā)生變化、灌裝閥能正常工作使用，將飲料順利送到灌裝緩沖器中準(zhǔn)備進(jìn)行灌裝。

1.2 灌裝機(jī)機(jī)械灌裝設(shè)計(jì)

當(dāng)需要進(jìn)行灌裝的飲料原料進(jìn)入到灌裝機(jī)之后，需要先將飲料原料運(yùn)輸?shù)礁呶痪彌_罐當(dāng)中，確保在高速灌裝的情況下每一個(gè)供給灌裝機(jī)環(huán)缸內(nèi)部都會(huì)充滿足夠量的飲料用于灌裝。在對這一環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要確保空灌裝機(jī)具備高溫消毒和殺菌能力，防止飲料原料進(jìn)入到灌裝機(jī)之后受到污染。例如，我國某地區(qū)的自動(dòng)化生產(chǎn)線飲料加工廠商在進(jìn)行加工的過程中始終保持空罐飲料溫度在85℃以上，有利于飲料原料從回料泵經(jīng)過送料環(huán)節(jié)進(jìn)入到熱交器當(dāng)中可以進(jìn)行循環(huán)加熱和殺菌。不僅如此，該地區(qū)灌裝速度控制器應(yīng)用Profibus總線控制器和丹弗斯變頻控制器進(jìn)行控制，通過控制盤當(dāng)中的觸屏按鈕可以對灌裝的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2 灌裝機(jī)的電氣控制和監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

2.1 西門子控制系統(tǒng)

西門子股份公司是全球領(lǐng)先的技術(shù)企業(yè)，創(chuàng)立于1847年，業(yè)務(wù)遍及全球200多個(gè)國家，專注于電氣化、自動(dòng)化和數(shù)字化領(lǐng)域。其中在自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)中始終引領(lǐng)著這一技術(shù)的發(fā)展潮流，為世界范圍內(nèi)的自動(dòng)化生產(chǎn)線飲料灌裝技術(shù)提供了強(qiáng)大的動(dòng)力支持。在我國各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域的自動(dòng)化生產(chǎn)線上都有西門子控制系統(tǒng)的應(yīng)用。西門子控制系統(tǒng)profibus總線具有多種層次，具體表現(xiàn)為操作器和傳感器級、現(xiàn)場級、車間級、工廠級和協(xié)調(diào)級等。基于probibus-DP/PN可以控制自動(dòng)化工廠自動(dòng)化系統(tǒng)的底層，搭建面向現(xiàn)場級和車間級的灌裝系統(tǒng)。將其他站點(diǎn)按照從站模式進(jìn)行運(yùn)行，可以最大限度地發(fā)揮出主站的帶動(dòng)作用，實(shí)現(xiàn)對不同循環(huán)同步的時(shí)間控制，優(yōu)化生產(chǎn)線灌裝的效率。

2.2 PLC通訊單元系統(tǒng)

PLC通訊單元系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的背景下逐漸產(chǎn)生的一種新型邏輯控制裝置，在面對不同工業(yè)環(huán)境之時(shí)可以進(jìn)行不同的數(shù)字運(yùn)算操作，以其自帶的存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的編輯和控制功能，PLC通訊單元的系統(tǒng)運(yùn)作流程如圖1所示。

PLC通訊單元系統(tǒng)應(yīng)用到自動(dòng)化生產(chǎn)線的飲料灌裝當(dāng)中可以有效提升產(chǎn)品的灌裝速度，進(jìn)而提高產(chǎn)品的性價(jià)比。不僅如此，因?yàn)镻LC通訊單元系統(tǒng)具有較為完備的零件配套設(shè)施，可以完成較為復(fù)雜的編程，為用戶提供更加靈活和優(yōu)越的使用感，可靠性提高并且抗干擾能力也還會(huì)逐步提升。PLC通訊單元系統(tǒng)還具有維修方便的特點(diǎn)，這一優(yōu)勢將為自動(dòng)化生產(chǎn)線的飲料灌裝提供更加完備的故障報(bào)警和自我診斷功能，降低使用過程中的難度，提升了生產(chǎn)效率。

圖1：PLC通訊單元系統(tǒng)流程圖

2.3 界面實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

界面實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)是MCGS系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)核心，在對于數(shù)據(jù)對象定義的過程當(dāng)中，可以根據(jù)構(gòu)造的實(shí)施數(shù)據(jù)庫工程將不同的數(shù)據(jù)所列出的對象分別進(jìn)行合理設(shè)置，從而將系統(tǒng)當(dāng)中的全部數(shù)控變量進(jìn)行定義。例如，根據(jù)不同的應(yīng)用模式可以將界面實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中的數(shù)控變量定義為開關(guān)型和數(shù)值型等兩種類型。其中總瓶數(shù)量、瓶子移動(dòng)值、手持定時(shí)器、自動(dòng)定時(shí)器、液位和瓶蓋均為數(shù)值型；典型開關(guān)型變量主要包括了報(bào)警顯示、觸摸屏啟動(dòng)按鈕、觸摸屏停止按鈕、觸摸屏手動(dòng)灌裝、觸摸屏選擇手動(dòng)、傳送帶、灌裝閥門、灌裝顯示燈等。自動(dòng)化生產(chǎn)線上的界面實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)可以對灌裝現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和整理，以動(dòng)畫的模式進(jìn)行顯示，同時(shí)進(jìn)行報(bào)警處理，提升了飲料原料灌裝多種不同形式的流程控制能力，并且為生產(chǎn)企業(yè)提供對應(yīng)的灌裝問題解決方案。

3 總結(jié)

綜上所述，目前在食品飲料的加工領(lǐng)域當(dāng)中，自動(dòng)化生產(chǎn)線灌裝技術(shù)是一項(xiàng)應(yīng)用范圍較為廣泛的技術(shù)，經(jīng)過本文的理論論證和實(shí)例分析可以得出在現(xiàn)代化的食品加工領(lǐng)域當(dāng)中，應(yīng)用總線技術(shù)和西門子控制系統(tǒng)能有效提升自動(dòng)化生產(chǎn)線上飲料灌裝技術(shù)的工作和生產(chǎn)效率，以更加快速、準(zhǔn)確和可靠的網(wǎng)絡(luò)化集成系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化灌裝加工，有利于在現(xiàn)代化生產(chǎn)領(lǐng)域滿足不同生產(chǎn)和加工工藝的技術(shù)要求。

參考文獻(xiàn)

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