6ES7241-1AA22-0XA0规格说明
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，并根据现场实际工艺条件，重新设计设备的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。
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 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
[NextPage]
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
[NextPage]
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
[NextPage]
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。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的颜色来显示，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。
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
一、塑料挤出机工艺原理
1.主机
一台挤出机主机由挤压、传动、加热冷却三部分系统组成。
挤压系统主要由螺杆和机桶组成，是挤出机的关键部分；
传动系统中起作用是驱动螺杆，要保证螺杆在工作过程中具备所需要的扭矩和转速；
加热冷却系统主要来保证物料和挤压系统在成型加工中的温度控制。
2.辅机
挤出设备的辅机的组成根据制品的种类而定。一般说来，辅机由剂透定型装置、冷却装置、牵引装置、切割装置以及制品的卷取或堆放装置等部分组成。
3.控制系统
挤出机的控制系统主要由电气、仪表和执行机构组成，其主要作用为：
（1）控制主、辅机的拖动电机，满足工艺要求所需的转速和功率，并保证主、辅机能协调地运行。
（2）控制主、辅机的温度、压力、liuliang和制品的质量。
（3）实现整个机组的自动控制。
二、塑料挤出机的控制要点
1、 多段机筒，分多个温区分别进行jingque温度控制，可进行加热/冷却双向控制，控制精度±1℃，温度可显示和修改。
2、 喂料机、主机可进行调速控制，并显示电流、转速等参数。
3、 溶体压力可显示并进行超限报警。
4、 系统状态实时监控，各种配方参数实时修改。
5、 系统要有完善的保护，在出现过电流等异常情况时自动保护设备。
6、 按工艺要求实现互锁和逻辑控制。
[NextPage]
三、系统配置方案
1、 主PLC采用艾默生EC10-1614BRA1，集成两路12bit模拟量输入和一路12bit模拟量输出。扩展EC10-4AD模拟量输入模块和EC10-4DA模拟量输出模块，系统可提供16路开关量输入、14路开关量输出、6路模拟量输入、5路模拟量输出。
2、 温度控制：温度控制由温控模块独立完成，内置加热/冷却双PID运算，并支持RS485串行通讯功能，与PLC的COM1通讯口连接，采用自由通讯协议进行数据交换，可读取各区实际温度、加热/冷却状态并在触摸屏上显示，并可在触摸屏上修改温度设定值、PID参数等。
3、 调速控制：主机、喂料机选用艾默生EV2000/EV1000系列变频器进行调速控制，独特的磁通矢量控制技术，保证电机0.5HZ时180%的启动转矩，并保证转速精度在0.5%以内。可在触摸屏上任意修改转速，通过模拟量输出模块转换为0-10V模拟量信号给定至变频器,实现主机、喂料机的jingque速度给定。变频器将电流、转速等参数通过模拟量输入模块反馈给主PLC，并在触摸屏上进行显示和进行超限报警保护控制。
4、 溶压显示：压力传感器输出4-20mA模拟量信号，直接连接至PLC模拟量输入接口，转换成数字量后可显示压力值，并可在触摸屏上设定报警值进行超压报警。
[NextPage]
5、 人机对话界面：选用10.4寸真彩触摸屏，与PLC的COM0通讯口连接，采用MODBUS串行通讯协议进行数据交换，可实时显示系统运行状态，对系统设备进行控制操作，并可显示系统运行数据、报警内容、修改工艺配方等。
6、 互锁和逻辑控制：EC10系列PLC程序容量可达12K步，指令处理速度0.3us，能够根据系统工艺要求编写程序实现完美的逻辑控制。
四、控制系统特点
1、内置两个串行通讯口，可与触摸屏以及其它外部设备进行通讯。
2、 主PLC内置模拟量输入输出，。
3、 系统大可扩展至128路开关量和19路模拟量，扩展性好。
4、 超大的数据容量，可存储多组配方参数及其它生产参数。
五、应用
南京某高聚物装备公司是从事双螺杆塑料挤出造粒设备研发、生产和销售的公司，其控制系统广泛采用艾默生EC10系列PLC,具有很高的性价比，且稳定可靠，深受客户的好评。
一、 概述
高炉煤气余压发电的原理是利用透平膨胀机将原来损耗在减压阀组上高炉煤气的压力能和一部分潜热能转换为机械能，再通过发电机将机械能变为电能输送给电网。高炉煤气余压发电不仅回收了高炉煤气一部分能量，又可净化煤气，降低噪音，改善了高炉顶压的调节品质，更利于高炉的生产。高炉煤气余压透平发电（TRT）是冶金行业中公认的节能手段，回收的能量约占高炉风机所需能量的30%-50%。
河北津西钢铁股份有限公司 TRT项目是国内一台TRT装置在两座高炉上的应用，经过多家单位的通力合作，2005年4月底开车成功、并网发电。该项目的成功实施对多座高炉上应用TRT有极大的促进作用。
7#、8#高炉的主要技术参数见表1，7#、8#高炉采用干法除尘，煤气压力和温度相对较高，这些都是应用TRT的有利条件。
表1 河北津西钢铁股份有限公司7#、8#高炉主要技术参数：
二、工艺流程及系统配置
2.1工艺流程
河北津西钢铁股份有限公司7#、8#高炉TRT工艺流程如图1所示。高炉煤气经过除尘装置后，经入口电动碟阀、入口插板阀、快速切断阀后，进入透平机，经出口插板阀、出口电动碟阀到煤气管网，在入口插板阀之前，透平出口之后并联着旁通快开阀组，旁通阀组在正常停机和紧急停机时，进行高炉顶压控制。
图1 河北津西钢铁股份有限公司7#、8#高炉TRT工艺流程示意图
2.2系统配置
为保证TRT机组长期安全、稳定地运行，河北津西钢铁股份有限公司7#、8#高炉TRT控制系统采用昆腾系列 PLC系统。昆腾系列 PLC系统,充分应用了新信号处理技术、高速网络通信技术、可靠的软件平台和软件设计技术以及现场总线技术，采用了高性能的微处理器和成熟的先进控制算法,具有高速可靠的数据输入、输出、运算、过程控制功能和联锁逻辑控制功能，能适应更广泛更复杂的应用要求，是一个全数字化、结构灵活、功能完善的新型开放式过程控制系统。
项目由一个工程师站、两个操作员站组成，系统结构拓扑见图2。其中控制处理器采用双CPU，实现冗余控制；通讯网络通讯采用10/100M以太网，应用光纤环网和交换机组成网络冗余系统，真正实现处理器和网络的冗余控制盒；主控制卡、数据转发卡及重要的模拟量输入、输出通道采用冗余配置，保证系统安全高效运行。
图2 津西7#、8#高炉TRT控制系统结构示意图
系统配置清单如下：
[NextPage]
三、控制要求与实现
TRT装置的自控，主要包括启动联锁、自动升速控制、正常调顶压、正常停机控制、紧急停机控制等，而各过程中保持高炉顶压的稳定是装置实现自动化的关键。
本项目利用昆腾系列 PLC和图形功能丰富的图形处理软件iFix，编制了用户控制软件包，很好地实现了上述要求并有良好的用户界面。
3.1 启动联锁
TRT机组的启动必须满足特定的条件，并按照一定的步骤顺序进行，当条件不满足时，则“启动联锁”程序将投入运行，实现启动阀和入口电动碟阀锁闭。TRT机组正常启动的条件主要有：高炉同意TRT启动、电气允许TRT启动、润滑油压力大于设定值、动力油压力大于设定值、透平静叶全关等。如上述任何一个条件不满足,TRT机组将（在“启动联锁”程序的保护下）无法正常启动。
3.2 全自动启机
启动过程主要分为升转速、并网、升功率。为保证机组安全，TRT启机必须按照一定顺序有步骤的进行，如图3所示。
[NextPage]
升转速过程主要依靠PLC控制启动阀、入口电动碟阀、透平静叶之间协同动作,使转速按照一定的升速曲线自动升至并稳定在目标值， 保证发电机并网顺利进行。升速曲线由4段不同斜率的直线组成，开始时，启动阀控制回路的设定值按照一定的速率自动增加，依靠PID调节来控制启动阀逐步打开，转速升到某一定值后，全开入口电动碟阀，关闭启动阀，静叶控制转速回路自动投入，按照升速曲线继续升速，使得透平的转速升到目标值，并保持稳定，等待并网。只要参数整定正确，转速可以很好的跟踪转速曲线，本装置升速过程中转速波动控制在±8 r/min。
并网成功后，TRT进入升功率过程，此过程中TRT和高炉的减压阀组共同控制高炉顶压，PLC系统负责调节静叶开度，不仅要保证高炉顶压，还要保证升功率过程顺利进行。来自高炉的顶压测量值、设定值与升速参数共同用于TRT控制系统对静叶的控制，随着静叶开度的增大，使得煤气负荷逐渐转移到TRT，高炉的减压阀组也逐渐关小，以完成升功率过程。在升功率过程中，如果高炉顶压出现波动，PLC通过调节静叶开度，调节升功率的速度，来保证高炉顶压及时恢复正常。全自动启机过程的程框图如下：
申请启动
↓
高炉同意启动
↓
启动阀控制投自动
↓
静叶控制投自动
↓
发电机并网
↓
升功率控制投自动
↓
进入正常调顶压控制
3.3正常停机
TRT正常停机时，TRT经过降功率过程，煤气逐步由TRT转移至旁通阀组，旁通阀组和静叶调节高炉顶压，旁通阀组和静叶也是由综合回路来控制的，两个旁通阀中的一个作为调节阀，一个作为量程阀，量程阀按照调节阀的开度和高炉顶压的变化来动作，工程师可以任选一个作为调节阀。功降到零功率后，发电机解列（发电机与电网脱离），快速切断阀慢关，静叶以一定的速度关闭，配合高炉逐步将煤气由旁通阀组转移至高炉减压阀组。
3.4紧急停机
只要任何一个紧急停机条件满足时,TRT即进入紧急停机状态。TRT紧急停机时，快速切断阀在1秒内快关，旁通快开阀快速打开到某一开度，使煤气改从旁通快开阀流过，避免了高炉炉顶压力的急剧波动。此时旁通快开阀的开度根据紧急停机时的静叶开度和煤气liuliang运算后得出。随后PLC通过旁通阀调节高炉顶压，配合高炉将煤气逐步转移到减压阀组，直至完全由减压阀组来控制高炉顶压。
四、投运效果
津钢7#、8#高炉TRT实现了全自动运行，从自动升速、升功率到正常运行、正常停车，操作人员只需按下“启动”或“正常停车”按钮即可。当紧急停车条件被触发或按下“紧急停车”按钮，PLC系统自动实现紧急停车过程中所需步骤。整个过程中控制效果良好，无需人工干预，正常运行时高炉顶压波动在±5 kPa范围内，紧急停机时高炉顶压波动在±10 kPa范围内。
目前津钢7#、8#高炉TRT平均发电功率在3000KW左右（高炉上现仍保留有直通管道，若将其密封，发电功率还可tigao），预计2-3年收回全部投资，经济效益十分可观。
[NextPage]
图3 高炉顶压控制趋势图
五、结束语
津钢7#、8#高炉TRT集散控制系统投运至今，性能可靠，运行平稳。特别是利用昆腾系列 PLC系统和图形功能强大的iFIX图形软件包实现了TRT全自动启机，正常停机和紧急停机的自动控制，保证了TRT机组安全高效运行，保证了高炉顶压平稳正常。从津钢7#、8#高炉TRT的顺利投运，可看出昆腾系列 PLC系统和iFIX图形软件在高炉TRT上的应用具有如下优点：
1、 可靠性高，软硬件性能稳定。
2、 操作简单，维护方便。纯中文的组态和监控画面，为维护人员、操作人员提供了良好的人机接口。全自动启停和控制，更是大大降低了对人员素质的依赖，避免了误操作可能性。
3、 中央处理器、通讯网络和主要控制部件都采用了热冗余配置，即tigao了系统的安全性，又tigao了系统的性价比。
4、客户服务及时，配品配件供应方便等优势。