西门子模块6ES7253-1AA22-0XA0技术介绍
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C60PPLC，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。970GOTHMI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，选择电容式的接近开关，根据PLCI/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。
图1 控制系统结构框图
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，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 LDX055;机器计数脉冲测量检测输入点
414 PLSM49;主电机转速测量检测输入点取上升沿微分后的位M49
416 PLFM301;主电机转速测量检测输入点取下降沿微分后的位M301
418 LDIM590;进瓶个数检测
419 ANIX005;连锁保护点
420 ANIX006;紧急停车保护
421 OUTM50;进瓶瓶位是否有瓶检测
422 LDM49;主电机转速测量检测输入点
423 SFTL M50M500 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 LDX052
;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 LDX055;机器计数脉冲测量检测输入点
483 PLSM49;主电机转速测量检测输入点取上升沿微分后的位M49
485 PLFM309;主电机转速测量检测输入点取下降沿微分后的位M309
486 LDIM70;破瓶位置检测
487 ANIM071;连续破瓶位置检测
488 ANIX052;进瓶位置
489 SFTL M52M600 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GTDesigner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。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。
图3 软件界面之一
6结束语
改造后的控制系统大大地简化了复杂的机械结构，经现场运行情况和控制效果检验，系统的自动化程度达到了设计要求，大大减少了操作人员的劳动强度，使啤酒灌状的日产量比过去tigao30%以上，故障率大大减低。体现了现代设备的自动控制技术。是在消化、吸收当今工业控制的先进技术的基础上加以创新、研制而成的目前国内技术先进的灌装控制系统。
1引言
为适应转炉炼钢生产的不断发展和环保要求，继宝钢之后，莱钢3×120t转炉煤气净化和回收系统引进了德国鲁奇与蒂森两公司合作开发的干法除尘技术，简称LT法，并在国内进行了LT控制系统的开发和设计。LT系统主要由烟气冷却系统、净化系统、煤气回收和放散系统组成。控制系统采用了西门子S7-400系列的PLC，对蒸发冷却器、电除尘器及阀门等工艺生产线设备实现过程检测、监视、调节和控制。
2工艺控制过程简述
转炉烟经汽化冷却烟道冷却后,温度为800~1000℃进入蒸发冷却器，根据烟气含热量jingque控制喷水量，使蒸汽将水完全雾化后冷却烟气降至200℃左右，约有45%的粗粉尘沉降并通过链式输灰机、灰斗等装置送至灰仓;冷却后的烟气进入圆筒型电除尘器，电除尘器设四个电场，采用高压直流脉冲电源，根据系统运行的不同阶段控制电压，收集剩余的细粉尘，使经过电除尘器的烟气含尘量在10mg/Nm3以下;为适应转炉烟气的变化，轴流风机设变频调速，实现liuliang调节，并根据气体分析仪检测的CO浓度来控制切换站将煤气送至烟囱或煤气柜，实现放散或回收的快速切换。转炉烟气干式净化回收系统流程图见图1。
图1 转炉烟气千式净化回收系统流程图
3自动化控制系统的构成
LT自动化控制范围是从汽化冷却烟道开始到煤气冷却器结束，设一级基础自动化，与转炉本体、汽包等自动化系统进行联网通讯，组成以太网光纤环网，通过服务器实现PLC与上位机之间的数据传输、存储和报警等功能。PLC由CPU、存储单元、电源模块、通讯模块、I/O模块、高速计数模块等组成，根据LT设备分散的特点，其自动化硬件系统构建更加灵活合理，上位机放在转炉主控室内，PLC按设备分布区域划分为主站和从站，从站为主PLC的远程扩展单元，通过IM460-4和IM461-4接口模块进行通讯,其中主站PLC柜与MCC、变频器及电除尘器的高压硅整流电源控制装置均放置在干法除尘配电室内;而从站则设在转炉主控楼的PLC控制室，主要是控制蒸发冷却器和相应的输排灰等转炉车间内的LT设备。LT控制系统硬件配置见图2：
图2 硬件配置图
4系统的控制功能和特点
PLC系统为西门子S7-400系列可编程控制器，主CPU为S7-416-2DP，采用功能强大的STEP75.2软件包进行软件开发，以实现计算机对干法除尘系统的在线检测、控制、调节和诊断功能;监控机采用WINCC6.0组态软件，用于编制生产过程流程图，显示设备运行状态，对烟气量、炉口压力、蒸发冷却器入口及出口温度等重要工艺参数作实时和历史趋势，故障报警，报表打印，进行数据设定和操作显示等，完成人机对话。
4.1蒸发冷却器的喷水控制
当蒸发冷却器入口温度达到预定温度时,供水阀打开,双介质喷嘴喷出蒸汽和水,使水在排出时被雾化，所需要的喷水速度是由要在蒸发冷却器中降低的转炉烟气热含量来决定的，使用单位时间从热输入推算出来的水liuliang作为设定值，将实际喷水量作为控制器的输入进行比例控制，通过快速气动调节阀自动调节水liuliang，其喷水响应时间在4s左右;考虑炉气的比热随着炉气成分和温度而变化的因素，针对蒸发冷却器出口温度设置一个温度控制回路，其输出信号用来改变单位时间的喷水量和计算的水liuliang之间的比例关系，对上一个比例控制器起到前馈控制的作用，使蒸发冷却器的出口温度控制在设定温度范围内。
4.2转炉的烟气liuliang控制
为了适应炼钢工艺，将炼钢过程分为不吹氧、预热、开始吹氧、吹氧、吹氧结束、炉口清理等六个阶段，分别设定各阶段由轴流风机的变频器控制的烟气liuliang，根据该设定值和炉口压力来实现转炉烟气liuliang的控制。
将吹氧量与炉口压力控制器的输出信号相乘所得到的值，加到各阶段烟气liuliang设定的串级比例控制器上。如果吹氧速度发生变化，这种比例控制能够通过炉口压力控制器的输出信号，确保烟气的流速在相同的比例上立即得到适应。
炉况的变化以及炉气温度等所导致的余热锅炉中的压力变化通过压力控制器对吹氧速度和烟气liuliang之间的比例关系加以修正来进行补偿。测量的烟气liuliang根据标准的条件进行压力和温度校正。将喷入蒸发冷却器的水蒸汽含量从校正后的烟气liuliang中扣除，使得受控变量能够代表标准条件下干态的烟气liuliang。
烟气liuliang控制器的输出信号经过变频器控制轴流风机的转速。
4.3切换站的压差控制和钟形阀的位置控制
在炼钢过程中，烟气放散或回收是由CO的浓度条件来触发切换的，通过切换站的两个分别通往煤气柜和烟囱的钟形阀的开启来实现控制。
在放散转回收之前，通过烟囱钟形阀对风机下游的压力进行憋压，直到高于煤气柜一定的压力才能进行回收操作;当回收切换至放散时，也必须保持一个小的正压，以防止煤气从煤气柜倒流，针对这两种不同的切换方式，在程序中也必须由具有两个不同设定值的差压控制回路来控制切换过程，该控制器的输出信号控制烟囱钟形阀的开度调节，使煤气柜钟形阀前后的压差达到相应的设定值，从而保证煤气在正常切换或紧急快速切换过程中均能实现无压力扰动切换。LT系统的烟气切换所需时间仅为8秒，如在作业过程中发生事故，烟气流可在3秒内被迅速地从通往煤气柜切换到通往火炬的通道里。
5 结束语
莱钢3×120t转炉烟气干法除尘系统已于2004年七月运行投产，目前运行效果良好。与传统的湿式OG法相比，LT系统采用了先进的工艺和控制技术，在各种性能指标的对比上均有着明显的优势，干法系统较湿法省水省电，节省运行费用和多回收的煤气效益之和为1060万元，干法除尘的外排粉尘含量6.6mg/Nm3，湿法除尘的外排粉尘含量100mg/Nm3，经济效益和环保效益均十分显著。
优化简洁的系统配置，具有自适应功能的控制软件，使得干法除尘系统的运行更加符合炼钢工艺的实际变化情况，充分发挥其除尘效率高、综合运行费用低、能源回收利用率高等优势，干法除尘可以部分或全部补偿转炉炼钢过程中的能耗，有望实现转炉低能炼钢或负能炼钢的目标，已成为今后的发展方向，将逐步在炼钢生产中得到应用和推广