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1、S7-200 PLC在纯净水灌装线改造中的应用摘 要：文章介绍了利用西门子PLC对灌装生产线进行改造的实践过程，有效地解决了原自动灌装线灌装量不足的问题。改造思路简洁，造价低，运行可靠，效果好。关键词：自动生产线 灌装计量 PLC 技术改造 O、问题的提出某公司几年前引进一套美国进口的纯净水灌装生产线，该生产线为封闭式全自动灌装，每小时灌装5加仑桶装纯净水30吨。但由于原先设计缺陷：灌装头为敞开式，灌装时,大量空气被快速水流夹带到纯净水瓶中，在水中产生大量气泡，以至纯净水桶未被灌装到规定量时，成品水已大量溢出，待气泡消失进行封装时，净含量已明显不足5加仑（换算为18.9升），溢出的成品水既造成
2、了严重浪费，也使整个地面严重积水，给生产车间的环境带来影响。国家技术监督局定量包装商品计量监督规定第五条规定：“单件定量包装商品的净含量与其标注的质量、体积之差不得超过规定的负偏差18.9L*1%”，即0.189L。且按照本规定第六条：“批量定量包装的商品按规定的抽样方法和平均偏差计算方法随机抽样和计算，平均偏差应当大于或等于零，并且单件定量包装负偏差件数应当符合小于或等于1的规定”（生产规模每批大于250桶），因此灌装的纯净水无论单件还是成批，都不符合上述要求，随着执法机关执法要求的不断提高，这条生产线只好时断时续地运行。一、解决方案为了解决这个问题，只有对生产线实施改造，使之既符合计量要求
3、也符合食品卫生要求。改造的基本思想是改变灌装速度，实施分阶段灌装：先快灌，后慢灌。快灌时，保证生产效率；慢灌时确保包装量达标，水流速度慢，不夹带气体，同时瓶内的气体溢出，只要调节好各阶段的时间，就能使纯净水灌装量符合规定要求，并尽量不降低整个生产线的工作效率。原设备配水泵3台，分别为纯净水水泵、消毒液冲冼水泵、清水预冲洗水泵；传送带两套，分别为空纯净水桶冲冼、消毒传送带，成品水传送带。在按下总启动按钮后，空纯净水桶冲冼消毒传送带电机就立即启动，传送带的启停由一只电磁离合器的吸合或释放来控制；一套气动封盖装置；一台空压机为灌装系统中的气动元件提供压力。原生产设备中所有电机的启停由PLC直接控制外
4、，其它工作点由PLC控制双向电磁阀，再由双向电磁阀控制气动元件；为保证低温时的消毒效果另设一套低温加热的装置。整条生产线可划分为三个工作区：冲冼消毒、灌装、封盖包装，三者的顺序衔接均为限位开关，其它无太多关联。原来的工作流程大致是：空纯净水桶上线传送带向前一个工位，进入清冼消毒区，清水冲冼7秒传送带向前一个工位消毒液消毒8秒传送带向前一个工位纯净水冲冼15秒传送带向前一个工位，进入灌装区纯净水桶调整位置，进入灌装区灌装10秒成品传送带运行至封盖包装区封盖传送带将纯净水桶送出生产区。灌装机的每道工序可同时对两只纯净水桶进行作业。改造这套设备采用西门子S7-200可编程序逻辑控制器（PLC）,CP
5、U型号已为224，改造从基础工作开始，首先必须弄清生产线的工作流程，接下来要做的工作是整理出原有的控制线路并绘制成图，查清原PLC各路输入信号的来源及各路输出的控制对象，这样在重新编写程序时，注意使PLC内部新的逻辑程序尽量与原外部受控对象吻合，原PLC外其它线路才能避免产生较大改动。对于改变灌装速度考虑有两种方案供选择：一、使用变频器按要求控制灌装水泵的速度，达到改变灌装流速的目的；二、采取“变径限流”的方法，在灌装喷头前的纯水管道上加装旁通管道，通过对旁通管道的通断控制，从而改变灌装速度。对于第一种方案，必须使变频调速器在10秒内，频率从0 Hz升至50Hz，待瓶充装80%的体积后，再将频
6、率从50 Hz降至40Hz左右，灌满后再停泵，为保证灌装效率，在运行此方案过程中，必然会出现变频器频繁的急剧加减速现象，变频器在带负荷急速启动的场合下，极易出现“加速中过电流”报警，急剧减速时，会引起“减速中过电压”报警现象，长期以往，会对变频器的功率元件产生不良影响，乃至损坏，且变频器价格昂贵。经过认真的比较，最后确定优先考虑第二种方案。第二种方案是在原灌装头上部加装一只手动球阀V1、一只气动阀V3，手动球阀上部加装一个旁通管（见图一，图中虚线为原有管道，实线为改造后增加的管道），旁通管上加装一只气动阀V2，用于控制旁通管的通断，以改变灌装速度，同时拆除两只灌装头上的气动阀，而只在其中一只灌
7、装头上装一只手动球阀V4，用以调节两只灌装头的灌装速度同步。当纯净水桶被推入灌装位置后，灌装干管上的两只气动阀V2、V3同时打开，进行全速灌装，待灌装到纯净水桶80%的容积后，气动阀V2关闭，将手动球阀V1的开度凋节适当，灌装速度降低，使灌装时水流不夹带空气，此时先前被携带进水桶的空气泡逐渐溢出，调节灌装速度时应力求能使排气与灌装的效率最优化。由于设备本身没有检测纯净水灌装量的传感器，因此完全由PLC的定时器设定的时间长短来确定灌装量的多少，灌装量定时器设定值及灌装流程中的其它的定时器设定值均由调试生产线时根据实际情况确定。可编程序逻辑控制器优先选用了西门子S7-200， CPU型号已为224
8、，I/O点数为了24点（14个输入点，10个输出点），编程软件为STEP7-Micro/WIN，该软件功能齐全，使用方便，可进行离线编程、在线连接和调试，用户直接编制较为直观的梯形图即可，梯形图和语句表可相互转换，程序运行时，用户可方便地通过Program Status菜单命令查看执行结果及各I/O口的状态，也可以通过状态图（Status Chart）来跟踪过程变量，调试时还可在线强制或修改过程变量的值。程序编制好，下载到PLC后，经几次调试并适当修改时间参数后，完全符合原来的工艺流程，且灌装量问题也得到圆满解决。改造后的系统配有简易的人机界面TD200，可以通过人机界面查看、监控、和改变应用
9、程序的过程变量，改变各工序定时器设定值等。冲洗及灌装部分程序(略)原生产线中有一些设计不太合理，在空瓶消毒冲冼的最后一道纯净水冲冼工序中，冲冼用纯净水与灌装的纯净水由同一水泵供水，如果正在进行灌装，则纯净水冲冼空桶的水压明显达不到实际工作要求，冲冼效果不理想，改造后的生产线则避免了此类情况，设定灌装工序比纯净水冲冼优先，灌装时则不能进行纯净水冲冼，等到灌装结束后才可执行该冲冼工序。原灌装系统在纯净水灌装结束后，传送带将两只纯净水桶移出灌装区，进入封盖工序，这时灌装机才会进行下一次的灌装。改造后，我们将灌装好了的纯净水桶移出灌装位置后，立即开始下一次灌装，这样一来明显节省了传送带从灌装工序运行至封盖工序这段行程的时间，有利于提高整体工作效率。二、运行效果此次改造，历经周期较短，没有给生产厂方造成长时间的停产，投入费用少，有效地解决了灌装量不足，严重溢水的问题，且灌装效率未有明显影响，运行十分稳定，用户比较满意。参考文献:simatic s7-200系统手册 通讯地址：江苏省东台市古楼南路15号 东台市自来水有限公司南苑水厂 邮 编224200电 话：（0515）5886921
