基于PLC的灌装机的电气控制和监控系统设计

文/方绍军

随着我国国民经济的发展以及人民生活水平的提高，社会各界对于我国食品饮料加工行业，特别是自动化生产线上的饮料灌装技术等方面的关注程度越来越高。目前，国际上应用的饮料灌装机技术不仅具备了多种形式的灌装和加工功能，而且还能极大地提升加工生产效率。如何在吸收国外先进加工生产技术的基础上，不断提升我国自动化生产线的饮料加工技术，成为了相关领域工作人员的工作重点之一。

1 灌装机机械设计研究

1.1 灌装机机械送料设计

灌装机的机械部分由多种不同零件组成，饮料的灌装需要经过送料部分之后才能进入到灌装环节。在送料过程中，需要将配料送入杀菌缓冲罐，经由UHT（超高温瞬时灭菌）、热交换器、过滤器，再经过送料泵送入灌装缓冲罐。饮料在进入灌装缓冲罐后，当灌装机下达开始灌装命令时，饮料的灌装工作便会正式开始。在对饮料灌装机的机械送料部分进行设计的过程中，工作人员需要重点关注送料泵的压力自动调节装置设计、热交换器的PID控制以及灌装机入口处技术的应用确保饮料入口的压力为2bar左右，控制温度在90℃至91℃，确保杀菌率符合工艺要求、饮料口感不发生变化、灌装阀能正常工作使用，将饮料顺利送到灌装缓冲器中准备进行灌装。

1.2 灌装机机械灌装设计

当需要进行灌装的饮料原料进入到灌装机之后，需要先将饮料原料运输到高位缓冲罐当中，确保在高速灌装的情况下每一个供给灌装机环缸内部都会充满足够量的饮料用于灌装。在对这一环节进行设计的过程中，需要确保空灌装机具备高温消毒和杀菌能力，防止饮料原料进入到灌装机之后受到污染。例如，我国某地区的自动化生产线饮料加工厂商在进行加工的过程中始终保持空罐饮料温度在85℃以上，有利于饮料原料从回料泵经过送料环节进入到热交器当中可以进行循环加热和杀菌。不仅如此，该地区灌装速度控制器应用Profibus总线控制器和丹弗斯变频控制器进行控制，通过控制盘当中的触屏按钮可以对灌装的速度进行调节。

2 灌装机的电气控制和监控系统设计研究

2.1 西门子控制系统

西门子股份公司是全球领先的技术企业，创立于1847年，业务遍及全球200多个国家，专注于电气化、自动化和数字化领域。其中在自动化生产技术中始终引领着这一技术的发展潮流，为世界范围内的自动化生产线饮料灌装技术提供了强大的动力支持。在我国各个生产领域的自动化生产线上都有西门子控制系统的应用。西门子控制系统profibus总线具有多种层次，具体表现为操作器和传感器级、现场级、车间级、工厂级和协调级等。基于probibus-DP/PN可以控制自动化工厂自动化系统的底层，搭建面向现场级和车间级的灌装系统。将其他站点按照从站模式进行运行，可以最大限度地发挥出主站的带动作用，实现对不同循环同步的时间控制，优化生产线灌装的效率。

2.2 PLC通讯单元系统

PLC通讯单元系统是在计算机科学技术快速发展的背景下逐渐产生的一种新型逻辑控制装置，在面对不同工业环境之时可以进行不同的数字运算操作，以其自带的存储器实现复杂的编辑和控制功能，PLC通讯单元的系统运作流程如图1所示。

PLC通讯单元系统应用到自动化生产线的饮料灌装当中可以有效提升产品的灌装速度，进而提高产品的性价比。不仅如此，因为PLC通讯单元系统具有较为完备的零件配套设施，可以完成较为复杂的编程，为用户提供更加灵活和优越的使用感，可靠性提高并且抗干扰能力也还会逐步提升。PLC通讯单元系统还具有维修方便的特点，这一优势将为自动化生产线的饮料灌装提供更加完备的故障报警和自我诊断功能，降低使用过程中的难度，提升了生产效率。

图1：PLC通讯单元系统流程图

2.3 界面实时监控系统

界面实时监控系统是MCGS系统程序的设计核心，在对于数据对象定义的过程当中，可以根据构造的实施数据库工程将不同的数据所列出的对象分别进行合理设置，从而将系统当中的全部数控变量进行定义。例如，根据不同的应用模式可以将界面实时监控系统当中的数控变量定义为开关型和数值型等两种类型。其中总瓶数量、瓶子移动值、手持定时器、自动定时器、液位和瓶盖均为数值型；典型开关型变量主要包括了报警显示、触摸屏启动按钮、触摸屏停止按钮、触摸屏手动灌装、触摸屏选择手动、传送带、灌装阀门、灌装显示灯等。自动化生产线上的界面实时监控系统可以对灌装现场的数据进行采集和整理，以动画的模式进行显示，同时进行报警处理，提升了饮料原料灌装多种不同形式的流程控制能力，并且为生产企业提供对应的灌装问题解决方案。

3 总结

综上所述，目前在食品饮料的加工领域当中，自动化生产线灌装技术是一项应用范围较为广泛的技术，经过本文的理论论证和实例分析可以得出在现代化的食品加工领域当中，应用总线技术和西门子控制系统能有效提升自动化生产线上饮料灌装技术的工作和生产效率，以更加快速、准确和可靠的网络化集成系统实现自动化灌装加工，有利于在现代化生产领域满足不同生产和加工工艺的技术要求。

参考文献

[1]王植.饮料灌装生产线控制监控系统的设计[J].机械与电子,2016,34(08):48-50+55.

[2]李洁净.高效自动化灌装生产线服务于高端饮料市场——访江苏新美星包装机械有限公司技术副总经理褚兴安[J].中国包装工业,2011(10):20-21.