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   3.  PLC控制系统软件设计

    PLC采用自由口通信方式接收激光测距传感器的数据，用%MB400~%MB411的12个字节作为通信接收寄存器，存放自由口通信方式下所接收的数据。所谓自由口通信，是指用户可以通过设置通信模式来改变通信接口的参数，以适应不同的通信协议。在PLC程序中设定的激光测距传感器的通信参数如表1所示。PLC控制程序采用和利时公司的编程软件PowerPro完成，下面详细介绍数据解析程序。其它应用程序从略。

    表1 激光测距传感器的通信参数

    3.1 数据解析程序的变量定义

PROGRAM PLC_PRG

VAR

       SetRS485: Set_COMM2_PRMT; (* RS485自由口通信参数设置 *)

       SetRS485Q: BOOL; (* RS485自由口通信参数设置标志 *)

       Receive: COMM2_RECEIVE; (* RS485自由口通信数据接收 *)

       ReceiveQ: BOOL; (* RS485自由口通信数据接收标志 *)

       ReceivedData: bbbbbb; (* 存储ASCII码数据的字符串 *)

       bbbbbbbb1: INT; (* 起始字符的位置 *)

       bbbbbbbb2: INT; (* 结束字符的位置 *)

       ReceivedData_bbbbbb: bbbbbb; (* ASCII码形式的数据 *)

       ReceivedData_DWORD: DWORD; (* 十六进制形式的数据 *)

  3.3 数据解析程序分析

    PLC从激光测距传感器接收到的数据是ASCII码形式，所以需要将ACSII码转换成PLC能够操作的十六进制数。

    首先在存储ASCII码数据的字符串ReceivedData中找到数据的起始字符“+”，并将其位置存储在变量bbbbbbbb1中。然后再找到数据的结束字符“$R”，并将其位置存储在变量bbbbbbbb2中。将位置bbbbbbbb2与位置bbbbbbbb1之间的字符取出，存入变量ReceivedData_bbbbbb中，此即为数据的ASCII码形式。后将该ASCII码形式的数据ReceivedData_bbbbbb转换位十六进制形式的数据ReceivedData_DWORD，即完成了数据的解析。

    4.  结论

    采用和利时HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC作为激光测距系统的控制核心，可以方便地与激光测距传感器进行通信。实践证明，该方案结构简单，运行过程稳定可靠，实现了激光测距系统的数据采集与处理。

　　0前言

　　由于国家对环保的日益重视，对企业达标排放监管力度的加强，从而促进了工业烟气采用湿式脱硫技术的广泛应用。而湿式脱硫的原料是石灰石粉，因此对石灰石粉的品质和产量要求越来越高，这样就需要具有先进水平、可靠性高的控制系统。

　　当前的可编程序控制器（PLC），是专为工业环境下应用而设计的工业控制计算机，已经成为控制系统中应用广泛的核心位置，它不仅能实现复杂的逻辑控制，还能完成各种顺序或定时的闭环控制功能，并且抗干扰能力强、可靠性高、稳定性好、体积小，能在恶劣环境下长时间、不间断运行，且编程简单，维护方便，并配有各类通讯接口与模块处理，扩容方便。

　　1石灰石粉磨工艺简介

　　石灰石粉磨是制备石灰石粉保证石灰石粉品质为关键的工艺设备。它由磨辊、磨盘、减速机、选粉机、主电机、辅传电机、密封风机、张紧结构、液压润滑站、冷却水组成。
整个生产过程中包括各关键点的数据采集和记录、工艺流程的切换、冷却水泵的切换控制、选粉机的转速控制、液压润滑站的压力控制、石灰石粉磨内的温度、差压及料位控制、生产设备运行状态的监控等，如此多的设备和复杂的工艺运行操作，需要复杂的自动化控制。如下图：（目前#1线已投入生产，#2线正在筹备中）

　　2石灰石粉磨生产监控系统的运行环境

　　（1） 在该生产过程中，有大量的物理量，如温度、压力、料位、流量等模拟量参数，需要通过PLC对这些参数进行实时采集和处理。

　　（2） 整个生产过程的模拟量自动控制和故障诊断。

　　（3） 整个流程的顺序控制和实时报警、联锁保护停机。

　　3控制系统结构

　　石灰石粉磨的控制系统采用Modicon公司生产的Quantum系列可编程序控制器。该系统由4台工业PC机与PLC通过网络交换机（冗余配置）构成物理结构为10BASE-T的局域网，工业PC机与PLC之间通过以太网进行数据通讯，数据传输率为10Mbp/s。整个控制系统由主系统和扩展系统组成，负责与现场测量和控制部分之间的数据传输，肩负着全部生产运行工艺、流程的逻辑控制、报警、联锁等。4台工业PC机均运行bbbbbbs2000 Professional操作平台，分为两台上位机操作员站，运行ifix3.5组态软件,实现监视、操作、报表打印、事故分析等功能；另外一台为工程师站，运行Quantum系列的Concept2.6组态软件，实现逻辑控制、逻辑与参数的修改、在线监视等功能；还有一台为通讯接口站，通过485电缆完成与6Kv高压综合保护的数据传输。配置结构采用双以太网的形式，保证了自动化控制系统运行的连续性，提高了设备运行的可靠性，保证了安全生产。其系统配置如下图所示。

　　4硬件配置

　　（1）为了满足工艺过程的控制要求，控制中心采用了研华的工业控制计算机，其配置为：
CPU Inbbb PⅣ2.4GB,内存256MB,硬盘80GB,软驱3.5in，光驱52X，彩显PHILIPS 21纯平，101键盘+光电鼠标。

　　（2）Modicon Quantum系列CPU-434-12

　　（3）Modicon Quantum系列8通道模拟量输入模块11块（包括热偶、热电阻）

　　（4）Modicon Quantum系列8通道模拟量输出模块2块

　　（5）Modicon Quantum系列32通道数字量输入模块7块

　　（6）Modicon Quantum系列32通道数字量输出模块3块

　　（7）Modicon Quantum系列以太网通讯模块2块

　　（8）Modicon Quantum系列远程I/0通讯模块3块（主1，从2）

　　（9）Modicon Quantum系列电源模块6块


　　组态的主要工作是完成硬件型号参数设置、I/O地址的分配、传输方式等。使用Modicon Quantum系列PLC的专用编程软件Concept2.6进行组态。具体过程是：打开Concept2.6→File→New project，双击PLC Selection选CPU型号→OK，双击Config Extensions→双击Select Extensisns→双击Select Extensisns，在出现的对话框TCP/IP处选择以太网网络数目→OK。双击I/O Map，点击Head setup按钮→选择RIO数，这个数为主I/O通讯模块在主站背板所占用的槽号（从I/O通讯模块在扩展柜中根据自己的意愿随意放置）→OK。

　　一般情况下，1和16槽放置电源模块
　　2槽放置CPU模块
　　3槽防止主I/O通讯模块
　　4和5槽放置冗余的以太网通讯模块
　　6至15槽放置I/O模块。

　　硬件组态图如下：

　　5软件组态

　　在该系统中，上位机采用ifix3.5组态软件，下位机采用Modicon Quantum系列的Concept2.6编程软件。

　　1、 人机界面组态

　　（1） 工艺流程图：该画面通过编程实现动态模拟显示整个石灰石粉制备的过程——从上料、进磨到出粉再到仓储。实现整个生产过程中各个运行设备的程控启停以及各个运行设备的单体操作，并对故障进行实时诊断。

　　（2） 系统操作功能：它有自动和手动两种工作方式，正常运行时采用自动方式，故障和调试时采用手动方式。它由PID控制回路实现对一些重要的模拟量数据的jingque控制，以达到期望值。

　　（3） 报警记录：实时地发出所有发生故障的参数的声光报警，提醒值班人员采取相应的措施。

　　（4） 实时曲线：在线监视所有重要参数的实时变化，以便提前采取维持正常参数的措施和手段。

　　（5） 历史曲线：检查过去的数据记录，以便发生故障时，分析出故障原因。

　　（6） 报表打印：按不同的时间段实现统计与计量。


　　2、 PLC控制程序设计

　　PLC采用Modicon Quantum系列

　　Concept2.6编程软件。Concept适用与所有的bbbbbbs操作系统，强大的梯形图面向用户，其电路图符号和表达式与继电器电路原理图非常接近，控制过程形象、直观、易于掌握、易于修改。有实用的功能块和在线仿真功能，并且不需要停止CPU运行，就可以下载修改的配置与逻辑。丰富的功能可以满足系统的各种要求。下图是冷却水泵的启动/停止逻辑：

　　冷却水系统由两台冷却水泵及冷却水泵出口电动门组成。两台冷却水泵一用一备，当启动其中的一台冷却水泵后，必须投入另一台冷却水泵备用，以保证这台冷却水泵故障停泵时另一台冷却水泵自启，也就保证了冷却水系统的正常运行，进而保证了石灰石粉磨系统的安全、可靠、稳定的运行。冷却水泵与冷却水泵出口电动门之间联锁，冷却水泵出口电动门在关闭位置才允许启动冷却水泵。在联锁解除时，可以单体操作冷却水泵，实现冷却水泵的检修调试。

　　6系统通讯功能

　　Modicon Quantum系列PLC可编程序控制器利用其先进灵活的通信方式，方便地组成了PLC处理器与就地控制柜、远程控制柜、计算机工作站及其电子设备之间的通讯，其通讯方式是多渠道、多方式的。


　　7结束语

　　本控制系统功能全面，可靠性高，操作简单实用，提高了劳动生产率，避免了由于操作人员操作失误而造成的事故，改善了现场操作人员的劳动条件，对提高石灰石粉磨管理水平，保证设备安全稳定运行起到了很好的促进作用。并已在生产上得到实际应用，为企业带来了可观的经济效益和良好的社会效益

1 引言

　　啤酒生产过程分为麦芽制造、麦芽汁制造、前发酵、后发酵、过滤灭菌、包装等几道工序。啤酒灌装、压盖机部分属于包装工序。啤酒经膜过滤后由管路送入回转酒缸，再经酒阀进入瓶子中，压盖后获得瓶装啤酒。啤酒灌装、压盖机的工作效率和自动化程度的高低直接影响啤酒的日产量。

　　为了满足我国啤酒行业日益扩大生产规模的需求和啤酒现代化灌装机械高速灌装的要求，国内各啤酒生产厂家都在积极寻求或改造本单位的啤酒灌装生产设备，使其成为具有良好的使用性能，先进的技术水平及高生产效率、运行稳妥可靠、维护成本低的啤酒现代化灌装机。

　　2 啤酒灌装、压盖机工作原理和控制部分构成

　　液体灌装机按灌装原理可分为常压灌装机、压力灌装机和真空灌装机。啤酒灌装、压盖机采用压力灌装方法，是在高于大气压力下进行灌装，贮液缸内的压力高于瓶中的压力，啤酒液体靠压差流入瓶内。

　　目前国内外实现灌装工艺路线基本上是:利用回转酒缸产生的旋转运动，使安放在酒缸槽位上的空瓶通过机械机构将固定在酒缸上部的欲抽真空阀打开，对已封好的瓶子进行抽真空处理，拨转外操作阀杆，打开气阀，对瓶内充填CO2气体，抽真空凸

轮继续打开真空阀，将瓶内空气与CO2混合气体抽出，气阀再次打开，对瓶内充填CO2气体，灌装阀内的液阀在瓶内压力接近背压气体压力时打开，酒液顺瓶壁注入瓶内，通过气动或电动控制灌装阀实现啤酒的灌装。

　　当今国际先进的啤酒灌装、压盖机的控制系统主要由光电开关位置检测部分、走瓶带、酒缸转速的变频调速部分、主控由可编程控制器、触摸屏等组成。灌装、压盖机的机械结构装置与PLC可编程控制、变频无级调速、人机界面等现代自动控制技术手段完整的结合，形成机电一体化。

　　3 控制部分改造方案

　　国内很多啤酒厂家现使用的灌装、压盖机的控制系统的自动化程度参差不齐;所有手动按钮和工艺开关都设置在一个操作箱的面板上，PLC控制器大都为日本OMRON公司或三菱公司的早期产品，设备连锁控制、保护设置少，加之啤酒灌装的现场环境恶劣，潮湿度大，使开关等接触触点锈蚀严重，系统的信号检测部分故障率较高，造成设备控制系统运行的可靠性低，设备正常运行周期短等现象。

　　以实际改造的丹东鸭绿江啤酒有限公司的灌装、压盖机的控制系统为例，介绍改造方法，阐明改造这类设备的控制思想和思路;根据现场的实际工艺条件，重新编写了PLC的运行程序。针对啤酒灌装、压盖机控制系统的实际状况，并根据现场的实际工艺条件，重新设计了设备的控制系统 style="COLOR: blue; TEXT-DECORATION: underline" bbbb="http://www.cechinamag.com/word/83025bbbbx">PLC控制系统。这种改造方法和思路同样可以应用与其他液体介质灌装设备的改造。

　　3.1系统硬件配置

　　使用日本三菱公司的FX2N128MRPLC替换原系统使用的2台OMRON公司的C60P PLC，原系统的PLC由于是老型号产品，和计算机联机需要配置特殊的通讯转换器，系统需要增加外部I/O输入点时，扩展模块备件较难寻。FX2N128MRPLC是集成128点I/O的箱体式控制器，具有运算速度快，指令丰富、性能价格比高、联机编程简单、扩展方便等优点，是三菱FX系列zhonggong能强的小型控制器。

　　(1) 采用三菱公司的900系列的970GOT人机触摸屏替换原系统使用的面板按钮并监控显示设备的运行工作参数。970GOT HMI为高亮度的16色显，通过汇流连接和FX2N128MRPLC的CPU直接连接，实现快速回应。具有许多维护功能，如列表式编辑功能、梯形图监控(故障查找)功能、系统监控功能等用来查找故障和维护PLC系统。

　　(2) 灌装、压盖机的变频器在改造中没有更换，现场检测信号的手段仍然采用开关式检测，因检测开关长期工作在湿度很大的场合，因此选择电容式的接近开关，根据PLC I/O端子的接线方式，选择PNP型的接近开关，控制系统结构见图1。

　　3.2 系统程序设计

　　PLC控制器的程序设计重点和核心是围绕着酒缸的旋转速度控制和酒缸上60个瓶位相关位置的检测移位、破瓶、空瓶瓶位相关位置的检测移位和相关灌装阀等的控制。其中的瓶位移位检测程序中，采用了三菱PLC位左移指令，

　图1 控制系统结构框图

　　驱动执行条件输入每一次由OFF-ON变化时，执行N2位移动，N2为移动的位数。

　　(1) 瓶位移位子程序

　　413 LD X055;机器计数脉冲测量检测输入点

　　414 PLS M49;主电机转速测量检测输入点取上升沿微分后的位M49

　　416 PLF M301;主电机转速测量检测输入点取下降沿微分后的位M301

　　418 LDI M590;进瓶个数检测

　　419 ANI X005;连锁保护点

　　420 ANI X006;紧急停车保护

　　421 OUT M50;进瓶瓶位是否有瓶检测

　　422 LD M49;主电机转速测量检测输入点

　　423 SFTL M50 M500 K60 K1

　　; 瓶位移位检测，采用PLC位左移指令，这条指令是整个子控制程序的核心之一，主电机和瓶位检测开关同步检测移动的酒瓶，主电机每转一周，正好对应酒缸转过一个瓶位，PLC内部单元内对应这60个瓶位的单元为M500~M559，单元个数用个字母K设置为K60，每次变化一位用第二个字母K设置为K1，M50反应了瓶位的空、缺位置，并将检测到的这个位置以电机转速的频率移位下去，在内部相应的 单元内置"1"或"0"，控制相应的阀门和搅拌瓶盖的电机的开与停。系统在连续检测90个空瓶位后,停止搅拌瓶盖的电机的运行,检测瓶位的个数可以根据用户的要求任意设定。

　　432 LD X052

　　; 出瓶位检测

　　回转酒缸通过压力往瓶内背压装酒的过程中，空瓶在背压后,可能由于瓶子本身裂纹等原因导致突然爆瓶,这就需要检测出爆瓶瓶子的位置,在这个瓶位的位置进行打开吹扫电磁阀,喷出压缩

空气,将瓶位上的碎瓶片吹离位置,在连续吹扫几个瓶位后,在打开喷射电磁阀,喷射出高压水注,在对破瓶位置周围瓶位连续喷射几个瓶位。

　　(2) 实现爆瓶检测、控制的步进控制

　　482 LD X055;机器计数脉冲测量检测输入点

　　483 PLS M49;主电机转速测量检测输入点取上升沿微分后的位M49

　　485 PLF M309;主电机转速测量检测输入点取下降沿微分后的位M309

　　486 LDI M70;破瓶位置检测

　　487 ANI M071;连续破瓶位置检测

　　488 ANI X052;进瓶位置

　　489 SFTL M52 M600 K20 K1

　　破瓶检测和瓶位检测开关同步检测移动的破瓶，主电机每转一周，正好对应酒缸转过一个瓶位，PLC内部单元内对应这20个破瓶位的单元为M600~M619，单元个数用个字母K设置为K20，每次变化一位用第二个字母K设置为K1，M52反应了破瓶的位置，并将检测到的这个位置以电机转速的频率移位下去，在内部相应的 单元内置"1"或"0"，控制相应的喷射和吹扫电磁阀开与停。连续喷射和吹扫电磁阀的开听、停时间可以根据工艺要求任意设定。

　　破瓶检测和瓶位检测的程序流程图如图2所示:

　　图2 破瓶检测和瓶位检测子程序流程图

　　系统自动化运行可靠的保障就是控制进出瓶盖的同步跟踪，既准确检测电机转速检测开关、破瓶检测开关和进瓶检测开关三个条件。

　　(3) 970GOT人机触摸屏操作终端机的软件采用三菱公司的GT WORKS软件包，其中GT Designer是一个用与整个GOT9000系列的绘图套装软件。该软件包操作简单，事先可在个人计算机上组态并仿真调试，完毕后下载至人机操作终端机。同时，因为人机界面又具有触摸屏的作用，将常用的开关设在显示屏上，方便操作。还可并以增加一些功能，如设置报警信息等。

　　4 改造后控制系统功能

　　系统正常运行时，机器为自动控制，根据进出瓶带上瓶的满缺，按设定速度或慢速运行，进瓶档瓶，无瓶不下盖，爆瓶自动冲洗，灌装位置自动背压，下盖输盖系统的自动开停和安全保护等动作的协调联锁。原来所有按钮的操作改造后都在触摸屏上进行。

　　5 控制系统检测状态的监控功能

　　进瓶检测开关和破瓶检测开关通过检测每个压瓶部分上面的小铁片的位置，产生光电脉冲输出，再有PLC采集，由于每个压瓶部分上面的小铁片的位置是活动的，在机器运行一段时间后，压瓶部分上面的小铁片和检测开关的位置发生位移，造成检测开关误判断，如没瓶判断为有瓶，爆瓶漏检、误检等造成输出失误，使PLC产生误动作，造成如背压、爆瓶吹、洗、瓶盖搅拌系统控制失灵等故障现象。

　　在改造前的日常生产过程中，碰到这种现象时，操作工只能将各个功能开关或按扭打到手动控制档位，使机器设备工作在无监控状态下，机器失去自动控制功能。造成了很大的生产原料如气、水、酒的浪费。只能在生产的间歇，才能由维修钳工和电工根据检测开关上的小发光二极管的亮和灭通过调整位移距离只有5~8mm的检测开关的安装位置，来修正检测开关和小铁片的间隙。这种检测手段非常落后，调整后的效果反应致后，不能及时反应调整结果。

　　针对这种检测状况，结合改造后的灌装、压盖机控制系统的配置，新增了这部分检测功能，并集成在人机触摸屏中，完成瓶位检测。

　　在人机触摸屏的界面分页显示屏上，可以分别时关、搅拌电机等电磁阀的开关状态都以不同颜色来显示，非常直观。

　　时动态显示60个瓶位的状态和爆瓶时的瓶位状态，有瓶、无瓶、爆瓶、背压开关等检测开关、搅拌电机等电磁阀的开关状态都以不同颜色来显示，非常直观。

在需要修正检测开关和小铁片的位置时，可以在正常生产的条件下，不停机，由维修人员只要根据显示屏上的瓶位状态，就可以在线调整，并马上看到调整后的效果。在日常维修中，也可以用它作为状态监控设备，观察输出设备的运转状况。

　　增加这套系统功能的是为保证灌状压盖机的自动化控制系统正常运行而专门设计的。软件界面见图3。