摘 要：本文介紹了西門子 S7-200 SMART PLC、SMART LINE 觸摸屏在啤酒自動計量灌裝機(jī)上的應(yīng)用，闡述了設(shè)備工藝流程、控制系統(tǒng)的配置選型、軟件設(shè)計和實現(xiàn)的功能。經(jīng)測試，該方案能完全滿足新型啤酒自動計量灌裝機(jī)的各項技術(shù)要求，運(yùn)行穩(wěn)定，性能良好。
關(guān)鍵詞：S7-200 SMART SMART LINE 啤酒灌裝
1 引言
我國啤酒行業(yè)經(jīng)過 30 多年的持續(xù)增長，到 2011 年，全國啤酒產(chǎn)量達(dá) 490 億升，居世界第一位，占世界總產(chǎn)量的 1/4。但與發(fā)達(dá)國家相比，我國的人均消費(fèi)水平還很低，仍有很大的上升空間。尤其是我國居民收入水平的提高將會給啤酒的需求帶來新的增長。而啤酒灌裝設(shè)備在啤酒行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展中扮演了非常重要的角色。
目前，啤酒灌裝設(shè)備都已經(jīng)實現(xiàn)了自動化控制，但自動化程度參差不齊。有些定容灌裝設(shè)備采用簡單的邏輯控制器，給用戶操作帶來了很多不便之處，例如：參數(shù)不易修改控制、各種設(shè)備故障信息無法獲取、灌裝精度比較差 ( 由于是定容灌裝，容積取決于啤酒桶的大小，而市面上的啤酒桶質(zhì)量參差不齊，容積大小沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，無法實現(xiàn)精確灌裝 )、無法統(tǒng)計灌裝啤酒的總量。對于雙桶灌裝設(shè)備，一般采用兩個邏輯控制器，由于該類控制器本體點(diǎn)數(shù)較少，采用了兩個獨(dú)立的控制器進(jìn)行操作和接線都很不方便。
2 技術(shù)路線
鑒于客戶提出的新工藝需求，如使用流量計實現(xiàn)計量灌裝、能方便設(shè)定各種參數(shù)、能顯示灌裝的數(shù)量和總的灌裝量，本系統(tǒng)采用 PLC 取代簡易的邏輯控制器。
由于客戶裝備的流量計是脈沖輸出，需要 PLC 具備高速計數(shù)功能，同時PLC需要具備較高的處理速度。根據(jù)客戶的新需求，本系統(tǒng)采用西門子 S7-200 SMART PLC 及 SMART LINE 觸摸屏，將原始系統(tǒng)的兩個獨(dú)立工序流程由一個控制器統(tǒng)一處理，既滿足了客戶的工藝要求，也節(jié)約了設(shè)備成本。
灌裝機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。
3 工藝流程
啤酒自動計量灌裝機(jī)工藝流程簡單概括為 3 個步驟：定位→備壓→注酒。其 中， 定 位：將注酒閥準(zhǔn)確對準(zhǔn)啤酒桶口;備壓：向酒桶內(nèi)充氣打壓，同時可將浮球開關(guān)擊落;注酒：關(guān)閉備壓后開始注酒，根據(jù)容積或流量測量，灌酒結(jié)束整個流程結(jié)束。控制工藝流程圖如圖 1 所示。
4 硬件架構(gòu)設(shè)計
本系統(tǒng)使用的 I/O 點(diǎn)數(shù)較少，共 10DI/8DO，并且需要兩路單向高速計數(shù)器。由于設(shè)備電控柜空間狹小，對 PLC 的體積要求非常嚴(yán)格?？蛻魧Τ杀究刂埔筝^高，不能接受專用編程電纜帶來的額外成本。針對以上要求，最終選用 S7-200 SMART 的 CPU SR20 模塊做為 PLC 配置。
原始的灌裝設(shè)備沒有配備觸摸屏，人機(jī)交互很不方便，無法方便的設(shè)定參數(shù)、獲取設(shè)備的故障信息。該自動計量灌裝機(jī)增加了 HMI 設(shè)備，選用了 SMART LINE 觸摸屏， 64K 色真彩顯示。SMART LINE 還集成了以太網(wǎng)接口，可與 S7-200 SMART 通過普通網(wǎng)線直接連接，比串口通訊速度有大幅提升。硬件配置如表 2 所示：
5 軟件設(shè)計
5.1 PLC 編程設(shè)計
自動計量灌裝機(jī)分清洗和灌裝兩種工作模式。清洗模式下，點(diǎn)啟動按鈕后系統(tǒng)經(jīng)過定位、備壓然后注酒，只是此時系統(tǒng)不會測量灌裝的酒量，直到人為點(diǎn)擊停止按鈕。灌裝模式下有兩種模式可選：定容模式和計量模式。前者根據(jù)啤酒桶的容積進(jìn)行灌裝，當(dāng)滿桶時通過導(dǎo)流閥將浮球頂起灌裝結(jié)束;后者通過流量計給定的脈沖進(jìn)行計量計算，當(dāng)數(shù)值達(dá)到設(shè)定容積以后灌裝結(jié)束。實現(xiàn)方式如下：
(1) 流量計。本系統(tǒng)是雙桶灌裝系統(tǒng)，采用了兩個流量計，流量計給 PLC 的是單相脈沖信號，106 個脈沖為 1L，據(jù)此將系統(tǒng)中設(shè)定的灌裝容量轉(zhuǎn)換成容量脈沖數(shù) ( 容量脈沖數(shù) =106× 灌裝容量 )，然后將實際的灌裝量與設(shè)定的灌裝容量進(jìn)行比較控制注酒閥的開閉;
(2) 高速計數(shù)器。S7-200 SMART 集成了 4 路高速計數(shù)器，在本系統(tǒng)中只使用了 HSC0 與 HSC1 兩個高速計數(shù)器，占用 I0.0 和 I0.1 兩個輸入點(diǎn)。由于是單相計數(shù)，選擇工作模式 0 即可。Micro/WIN SMART 集成了 HSC 向?qū)?，在向?qū)е兄苯舆x擇 HSC0、HSC1。由于系統(tǒng)默認(rèn)模式 0，直接點(diǎn)擊生成按鈕，便生成兩個高速計數(shù)程序 (HSC0_INT 與 HSC1_INT);
(3) 高速計數(shù)編程。主程序中僅需用 SM0.1 或沿觸發(fā)調(diào)用生成的子程序一次即可，然后可以在 HC0 和 HC1 讀出當(dāng)前的脈沖數(shù)，然后在程序中比較計算。至于內(nèi)部復(fù)位高速計數(shù)器，只需用沿觸發(fā)調(diào)用生成的子程序一次，程序圖如圖 2 所示：
5.2 HMI 畫面設(shè)計
(1) 參數(shù)畫面如圖 3 所示：可設(shè)定定位時間、備壓時間、灌裝容量、灌裝系數(shù)及選擇清洗及灌裝模式，可實現(xiàn)灌裝的數(shù)量及灌裝的總?cè)莘e，并且用戶可在非工作狀態(tài)及開鎖的情況下清除;
(2) 灌裝畫面如圖 4 所示：可顯示當(dāng)前灌裝的工作模式、設(shè)備的工作狀態(tài)及灌裝量，能夠動態(tài)顯示定位及當(dāng)前的灌裝量。
6 結(jié)束語
S7-200 SMART 基本指令執(zhí)行時間達(dá) 0.15μs，CPU 本體集成了以太網(wǎng)口，只需普通的網(wǎng)即可下載和調(diào)試程序，最大限度的降低編程電纜的成本，也非常容易獲取。 SMART LINE 觸摸屏相比第一代有很大的提高，顏色更加豐富，增加了以太網(wǎng)接口，無論是下載程序還是與 PLC 通訊都比較方便。
STEP 7-Micro/WIN SMART 軟件相比其它軟件非常的小巧，兼容性非常好，可以打開 S7-200 的程序。向?qū)Чδ苡辛撕艽蟮母倪M(jìn)，相比傳統(tǒng)的向?qū)Р僮鞲屿`活，比如高速計數(shù)器向?qū)?，可同時對多個高速計數(shù)器進(jìn)行設(shè)置，可在同一頁面下顯示，能同時生成多個計數(shù)程序。其次軟件的窗口設(shè)計非常實用，比如將“變量表”、“符號表”、“狀態(tài)圖表”、“數(shù)據(jù)塊”、“輸出窗口”、“交叉引用”功能都做成了單獨(dú)的窗口，點(diǎn)擊相應(yīng)的標(biāo)簽便可自由切換。這些窗口可以與程序編輯界面同時顯示，在編程調(diào)試時非常實用。
（轉(zhuǎn)載）
