基于S7?200 PLC飲料混合機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

江天亮+張少波

摘 要： 為了實(shí)現(xiàn)飲料混合機(jī)能夠完成手動、自動及CIP清洗功能，達(dá)到混合機(jī)能夠把水、糖漿、CO2按一定比例混合，最終能夠使飲料混合機(jī)具有故障報(bào)警提示及故障復(fù)位功能的目的。主要運(yùn)用壓力及液位傳感器、繼電器、流量計(jì)等元器件。采用了西門子S7?200 PLC處理實(shí)現(xiàn)的方法，做了PLC仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)飲料混合機(jī)的設(shè)計(jì)功能，證實(shí)了基于S7?200 PLC飲料混合機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性和可靠性。

關(guān)鍵詞： 西門子S7?200 PLC； 飲料混合機(jī)； 控制系統(tǒng)； 軟件設(shè)計(jì)

中圖分類號： TN911.7?34； TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）13?0102?03

Design of beverage mixer control system based on S7?200 PLC

JIANG Tian?liang， ZHANG Shao?bo

（XiangXi Vocational and Technical College For Nationalities， Jishou 416000， China）

Abstract： In order to achieve manual， automatical and CIP cleaning functions， mixing of syrup， water and CO2 according to certain proportion， and fault alarm prompt and fault reset functions of beverage mixer， pressure sensor， liquid?level sensor， relay， flowmeter and Siemens S7?200 PLC were adopted in the control system of beverage mixer. The PLC simulation experiment was performed. The design functions of beverage mixer were achieved. The feasibility and reliability of beverage mixer control system based on S7?200 PLC were confirmed by the experiment.

Keywords： Siemens S7?200 PLC； beverage mixer； control system； software design

0 引 言

近年來我國飲料行業(yè)高速發(fā)展，但碳酸飲料始終占據(jù)著市場中的較大份額。碳酸飲料的發(fā)泡和刺激味道來自CO2，飲料內(nèi)的CO2使用量取決于特定的口味和品牌，加工中使用低溫液體和增大壓力使更多的CO2溶解，來加速碳酸化作用。飲用時(shí)，由于溫度增高使CO2氣化，產(chǎn)生刺激并帶走人體熱量，所以給飲用者以清涼感。CO2改善了風(fēng)味，參與提供了酸性環(huán)境，產(chǎn)生了刺激性的口感，并賦予了碳酸飲料特有的泡沫奔涌的外觀。首先是調(diào)節(jié)風(fēng)味，在飲料中碳酸起到調(diào)節(jié)溶液pH值的作用，使飲料中各種原料風(fēng)味更協(xié)調(diào)，其次起防腐的作用，碳酸可使pH值下降，耐酸菌除外，其他的微生物均難以繁殖和生存，CO2的存在使容器內(nèi)缺氧，許多嗜氧菌也無法生存，CO2使容器內(nèi)有一定的壓力，壓力也能使微生物生長條件破壞甚至死亡。這些特性可以使汽水、汽酒類飲料具有較好的防腐能力，從而延長了保質(zhì)期。所以碳酸飲料的CO2含量是一個(gè)重要的特征性質(zhì)量指標(biāo)。

1 混合機(jī)控制方案設(shè)計(jì)

1.1 任務(wù)分析

本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是以S7?200系列PLC作為處理核心，用液位開關(guān)、壓力傳感器將生產(chǎn)過程中的信號（如液位，壓力，流量等）采集后送給PLC處理器，由PLC對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，然后輸出驅(qū)動信號（如接觸器、電磁閥等）來完成飲料混合機(jī)的自動生產(chǎn)過程。

本機(jī)的主要運(yùn)行原理[1]如圖1所示，純凈水先經(jīng)真空脫氣裝置脫氧后經(jīng)水泵輸出到水罐；糖漿經(jīng)糖漿泵輸送至糖漿罐；水和糖漿分別經(jīng)調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)后進(jìn)行混合，混合后經(jīng)混合泵輸送至成品罐，混合液在進(jìn)入成品罐前還需作預(yù)碳化處理，即把[CO2]氣體注入混合液中，注入混合液的[CO2]受流量計(jì)控制一定的流量；混合好后經(jīng)過冷媒冷卻送入碳化罐中儲存，最后輸送到灌裝機(jī)灌注。

1.2 硬件方案設(shè)計(jì)

本裝置主要由脫氣系統(tǒng)、混合系統(tǒng)、碳化系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等幾部分所組成[2]。

圖1 運(yùn)行原理圖

1.2.1 脫氣系統(tǒng)

（1） 脫氣罐為一負(fù)壓容器。頂部裝有氣動角閥、通大氣管路、真空系統(tǒng)管路。側(cè)面裝有真空壓力表，浮球式液位計(jì)（高、低、極限低位），底部管路與輸送泵入口相連。

（2） 脫氣罐的負(fù)壓由水環(huán)式真空泵抽吸罐內(nèi)空氣而形成。

（3） 罐內(nèi)負(fù)壓壓力一般的真空度為-0.04 ～-0.06 MPa，它是通過設(shè)置電極點(diǎn)真空壓力表上限點(diǎn)而實(shí)現(xiàn)。罐頂部接大氣管路的作用：一是可以人工排泄罐內(nèi)真空，二是在清洗罐的內(nèi)表面時(shí)，隨著液位的上升而排泄罐內(nèi)的部分氣體。

1.2.2 混合系統(tǒng)

混合系統(tǒng)是混合機(jī)的一個(gè)重要組成部分，它能穩(wěn)定地按預(yù)定的速率自動的將水與糖漿進(jìn)行混合，且具有混合精確、水和糖比例易調(diào)等許多優(yōu)點(diǎn)?；旌舷到y(tǒng)主要包括水進(jìn)給閥、水罐、糖進(jìn)給閥、糖罐、水混合閥、糖混合閥、混合罐和混合控制閥。

1.2.3 碳化裝置

（1） 碳化罐為一壓力容器，頂部裝有安全閥（開啟壓力0.6 Mpa）和溢流管，溢流管上裝有一電磁閥和流量計(jì)，機(jī)器處于“自動開”狀態(tài)時(shí)，電磁閥開啟，溢流閥開啟，溢流罐頂內(nèi)的空氣，使罐內(nèi)CO2 氣體得到純化，流量計(jì)用來調(diào)節(jié)氣體出口的大小。

（2） 罐內(nèi)的CO2壓力由自動調(diào)節(jié)儀根據(jù)人工設(shè)定的壓力參數(shù)與檢測到的實(shí)際壓力比較并進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，使罐內(nèi)CO2壓力在規(guī)定范圍內(nèi)。碳化罐內(nèi)的壓力在自動調(diào)節(jié)儀的設(shè)定值應(yīng)依照成品飲料的含CO2量倍數(shù)（GV）與壓力溫度的關(guān)系確定。

（3） 機(jī)器在自動狀態(tài)時(shí)，液位始終在高低液位之間波動，液位的高低決定了混合泵的停與開，當(dāng)液位低于極限時(shí)，碳化罐極低位燈顯示。

（4） CO2氣體噴射器使得CO2氣體高效率地溶解于低溫水，這是碳酸化的一個(gè)關(guān)鍵部位。

1.2.4 電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)采用人機(jī)界面作為上位機(jī)，方便操作員操作和監(jiān)視相關(guān)部分的動作過程，采用SIEMENS S7?200 PLC作為處理單元，采集各液位、壓力及流量信號?？刂聘鲌?zhí)行機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)動作[6]。

1.3 軟件方案設(shè)計(jì)

PLC設(shè)計(jì)步驟圖如2所示。

圖2 PLC設(shè)計(jì)步驟圖

1.4 文件存檔

比較并進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，使罐內(nèi)CO2壓力在規(guī)定范圍內(nèi)。碳化罐內(nèi)的壓力在自動調(diào)節(jié)儀的設(shè)定值應(yīng)依照成品飲料的含CO2量倍數(shù)（GV）與壓力溫度的關(guān)系確定。

（1） 機(jī)器在自動狀態(tài)時(shí)，液位始終在高低液位之間波動，液位的高低決定了混合泵的停與開，當(dāng)液位低于極限時(shí)，碳化罐極低位燈顯示。

（2） CO2氣體噴射器使得CO2氣體高效率地溶解于低溫水，這是碳酸化的一個(gè)關(guān)鍵部位。

2 混合機(jī)控制方案設(shè)計(jì)

2.1 任務(wù)分析

根據(jù)S7?200系列的PLC特點(diǎn)，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)實(shí)用性的考慮，控制系統(tǒng)選用6ES7 216?2BD23?0XB8型號的CPU：輸入點(diǎn)數(shù)24，輸出點(diǎn)數(shù)16點(diǎn)，另配一個(gè)6ES7222?1PF22?0XA8 8輸出可以滿足工藝要求，且留有一定的余量。便于以后的修改和擴(kuò)展。根據(jù)系統(tǒng)的性能與要求，PLC輸入/輸出端口地址的分配見表1。

2.2 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)

2.2.1 系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)的硬件電路分為主電路和控制電路。

2.2.2 主電路的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要有真空泵、進(jìn)水泵、輸送泵、糖漿泵、冷媒泵及混合泵[3]。

真空泵用于抽真空；進(jìn)水泵把純凈水輸送至脫氣罐；輸送泵則負(fù)責(zé)把脫氣罐里的水輸送至GOB水罐；糖漿泵是把調(diào)配好的糖漿輸送至糖罐；冷媒泵負(fù)責(zé)把冷卻介質(zhì)輸送至交換器用于降低糖水混合液的溫度（約4 ℃左右）；混合泵是把糖水混合液輸送至碳化罐。主控制電路如圖3所示。

圖3 主電路圖

2.2.3 控制電路的設(shè)計(jì)

根據(jù)工藝要求，PLC控制系統(tǒng)的輸入信號有21個(gè)（見表1），且均為開關(guān)量。其中有急停按鈕，脫氣罐高、中、低液位檢測；碳化罐高、中、低液位檢測；水罐和糖罐的高、低液位檢測；碳化罐高、低壓力檢測；各水泵的過載報(bào)警信號等。PLC控制系統(tǒng)的輸出信號有20個(gè)，分別用于控制各水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，氣動閥門的開關(guān)等[4]。

2.2.4 操作面板的設(shè)計(jì)

本操作面板簡單，直觀，有電源和故障報(bào)警指示，電源開關(guān)和急停按鈕，碳化罐的溫度和壓力顯示，如圖4所示。人機(jī)界面方便操作人員操作和監(jiān)視。

圖4 面板示意圖

面板的下方分別有壓縮空氣壓力的顯示和調(diào)節(jié)；GOB系統(tǒng)CO2氣的壓力顯示和調(diào)節(jié)；混合罐CO2氣壓顯示和調(diào)節(jié)等。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 混合裝置的工作原理

混合裝置的工作原理[5]如圖5所示，水和果汁分別經(jīng)過過濾器過濾，分別送進(jìn)水罐和糖罐，經(jīng)計(jì)量閥計(jì)量，送入T型管混合，再進(jìn)入混合罐，經(jīng)泵機(jī)送入碳化罐處理，然后輸出供顧客飲用。

圖5 混合裝置工作原理方框圖

3.2 系統(tǒng)流程

通過人機(jī)界面上的流程圖可以很清晰地監(jiān)視到設(shè)備各部分的運(yùn)行情況。也可以幫助操作人員分析和判斷故障情況。

4 程序調(diào)試

利用軟件SIEMENS PLC編程軟件STEP 7?MicroWIN V4.0 進(jìn)行調(diào)試。

先在電腦上安裝好編程軟件；在PC與PLC之間連好PPI編程電纜，設(shè)置好通信參數(shù)，再把編譯好的程序下載至PLC。當(dāng)PC與PLC連接好后，點(diǎn)擊監(jiān)視模式可以監(jiān)視程序運(yùn)行情況，能方便診斷故障和修改程序。

5 結(jié) 語

通過對系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)包括西門子S7?200 PLC外部電路的設(shè)計(jì)與安裝；軟件部分包括程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試。通過仿真和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)了飲料混合機(jī)的手動、自動及CIP清洗功能；完成了飲料混合機(jī)把水、糖漿、CO2按一定比例混合的功能；具備了故障報(bào)警提示及故障復(fù)位功能。

參考文獻(xiàn)

[1] 王福成.電氣控制與PLC應(yīng)用[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

[2] 曾令琴.PLC原理及應(yīng)用技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[3] 張世生.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2009.

[4] 張文濤.西門子S7?200PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

[5] 王阿根.西門子S7?200PLC編程實(shí)例精解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[6] 王淑英.S7?200西門子PLC基礎(chǔ)教程[M].北京：人民郵電出版社，2009.

（2） 罐內(nèi)的CO2壓力由自動調(diào)節(jié)儀根據(jù)人工設(shè)定的壓力參數(shù)與檢測到的實(shí)際壓力比較并進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，使罐內(nèi)CO2壓力在規(guī)定范圍內(nèi)。碳化罐內(nèi)的壓力在自動調(diào)節(jié)儀的設(shè)定值應(yīng)依照成品飲料的含CO2量倍數(shù)（GV）與壓力溫度的關(guān)系確定。

（3） 機(jī)器在自動狀態(tài)時(shí)，液位始終在高低液位之間波動，液位的高低決定了混合泵的停與開，當(dāng)液位低于極限時(shí)，碳化罐極低位燈顯示。

（4） CO2氣體噴射器使得CO2氣體高效率地溶解于低溫水，這是碳酸化的一個(gè)關(guān)鍵部位。

1.2.4 電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)采用人機(jī)界面作為上位機(jī)，方便操作員操作和監(jiān)視相關(guān)部分的動作過程，采用SIEMENS S7?200 PLC作為處理單元，采集各液位、壓力及流量信號?？刂聘鲌?zhí)行機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)動作[6]。

1.3 軟件方案設(shè)計(jì)

PLC設(shè)計(jì)步驟圖如2所示。

圖2 PLC設(shè)計(jì)步驟圖

1.4 文件存檔

比較并進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，使罐內(nèi)CO2壓力在規(guī)定范圍內(nèi)。碳化罐內(nèi)的壓力在自動調(diào)節(jié)儀的設(shè)定值應(yīng)依照成品飲料的含CO2量倍數(shù)（GV）與壓力溫度的關(guān)系確定。

（1） 機(jī)器在自動狀態(tài)時(shí)，液位始終在高低液位之間波動，液位的高低決定了混合泵的停與開，當(dāng)液位低于極限時(shí)，碳化罐極低位燈顯示。

（2） CO2氣體噴射器使得CO2氣體高效率地溶解于低溫水，這是碳酸化的一個(gè)關(guān)鍵部位。

2 混合機(jī)控制方案設(shè)計(jì)

2.1 任務(wù)分析

根據(jù)S7?200系列的PLC特點(diǎn)，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)實(shí)用性的考慮，控制系統(tǒng)選用6ES7 216?2BD23?0XB8型號的CPU：輸入點(diǎn)數(shù)24，輸出點(diǎn)數(shù)16點(diǎn)，另配一個(gè)6ES7222?1PF22?0XA8 8輸出可以滿足工藝要求，且留有一定的余量。便于以后的修改和擴(kuò)展。根據(jù)系統(tǒng)的性能與要求，PLC輸入/輸出端口地址的分配見表1。

2.2 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)

2.2.1 系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)的硬件電路分為主電路和控制電路。

2.2.2 主電路的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要有真空泵、進(jìn)水泵、輸送泵、糖漿泵、冷媒泵及混合泵[3]。

真空泵用于抽真空；進(jìn)水泵把純凈水輸送至脫氣罐；輸送泵則負(fù)責(zé)把脫氣罐里的水輸送至GOB水罐；糖漿泵是把調(diào)配好的糖漿輸送至糖罐；冷媒泵負(fù)責(zé)把冷卻介質(zhì)輸送至交換器用于降低糖水混合液的溫度（約4 ℃左右）；混合泵是把糖水混合液輸送至碳化罐。主控制電路如圖3所示。

圖3 主電路圖

2.2.3 控制電路的設(shè)計(jì)

根據(jù)工藝要求，PLC控制系統(tǒng)的輸入信號有21個(gè)（見表1），且均為開關(guān)量。其中有急停按鈕，脫氣罐高、中、低液位檢測；碳化罐高、中、低液位檢測；水罐和糖罐的高、低液位檢測；碳化罐高、低壓力檢測；各水泵的過載報(bào)警信號等。PLC控制系統(tǒng)的輸出信號有20個(gè)，分別用于控制各水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，氣動閥門的開關(guān)等[4]。

2.2.4 操作面板的設(shè)計(jì)

本操作面板簡單，直觀，有電源和故障報(bào)警指示，電源開關(guān)和急停按鈕，碳化罐的溫度和壓力顯示，如圖4所示。人機(jī)界面方便操作人員操作和監(jiān)視。

圖4 面板示意圖

面板的下方分別有壓縮空氣壓力的顯示和調(diào)節(jié)；GOB系統(tǒng)CO2氣的壓力顯示和調(diào)節(jié)；混合罐CO2氣壓顯示和調(diào)節(jié)等。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 混合裝置的工作原理

混合裝置的工作原理[5]如圖5所示，水和果汁分別經(jīng)過過濾器過濾，分別送進(jìn)水罐和糖罐，經(jīng)計(jì)量閥計(jì)量，送入T型管混合，再進(jìn)入混合罐，經(jīng)泵機(jī)送入碳化罐處理，然后輸出供顧客飲用。

圖5 混合裝置工作原理方框圖

3.2 系統(tǒng)流程

通過人機(jī)界面上的流程圖可以很清晰地監(jiān)視到設(shè)備各部分的運(yùn)行情況。也可以幫助操作人員分析和判斷故障情況。

4 程序調(diào)試

利用軟件SIEMENS PLC編程軟件STEP 7?MicroWIN V4.0 進(jìn)行調(diào)試。

先在電腦上安裝好編程軟件；在PC與PLC之間連好PPI編程電纜，設(shè)置好通信參數(shù)，再把編譯好的程序下載至PLC。當(dāng)PC與PLC連接好后，點(diǎn)擊監(jiān)視模式可以監(jiān)視程序運(yùn)行情況，能方便診斷故障和修改程序。

5 結(jié) 語

通過對系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)包括西門子S7?200 PLC外部電路的設(shè)計(jì)與安裝；軟件部分包括程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試。通過仿真和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)了飲料混合機(jī)的手動、自動及CIP清洗功能；完成了飲料混合機(jī)把水、糖漿、CO2按一定比例混合的功能；具備了故障報(bào)警提示及故障復(fù)位功能。

參考文獻(xiàn)

[1] 王福成.電氣控制與PLC應(yīng)用[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

[2] 曾令琴.PLC原理及應(yīng)用技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[3] 張世生.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2009.

[4] 張文濤.西門子S7?200PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

[5] 王阿根.西門子S7?200PLC編程實(shí)例精解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[6] 王淑英.S7?200西門子PLC基礎(chǔ)教程[M].北京：人民郵電出版社，2009.

（2） 罐內(nèi)的CO2壓力由自動調(diào)節(jié)儀根據(jù)人工設(shè)定的壓力參數(shù)與檢測到的實(shí)際壓力比較并進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，使罐內(nèi)CO2壓力在規(guī)定范圍內(nèi)。碳化罐內(nèi)的壓力在自動調(diào)節(jié)儀的設(shè)定值應(yīng)依照成品飲料的含CO2量倍數(shù)（GV）與壓力溫度的關(guān)系確定。

（3） 機(jī)器在自動狀態(tài)時(shí)，液位始終在高低液位之間波動，液位的高低決定了混合泵的停與開，當(dāng)液位低于極限時(shí)，碳化罐極低位燈顯示。

（4） CO2氣體噴射器使得CO2氣體高效率地溶解于低溫水，這是碳酸化的一個(gè)關(guān)鍵部位。

1.2.4 電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)采用人機(jī)界面作為上位機(jī)，方便操作員操作和監(jiān)視相關(guān)部分的動作過程，采用SIEMENS S7?200 PLC作為處理單元，采集各液位、壓力及流量信號?？刂聘鲌?zhí)行機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)動作[6]。

1.3 軟件方案設(shè)計(jì)

PLC設(shè)計(jì)步驟圖如2所示。

圖2 PLC設(shè)計(jì)步驟圖

1.4 文件存檔

比較并進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，使罐內(nèi)CO2壓力在規(guī)定范圍內(nèi)。碳化罐內(nèi)的壓力在自動調(diào)節(jié)儀的設(shè)定值應(yīng)依照成品飲料的含CO2量倍數(shù)（GV）與壓力溫度的關(guān)系確定。

（1） 機(jī)器在自動狀態(tài)時(shí)，液位始終在高低液位之間波動，液位的高低決定了混合泵的停與開，當(dāng)液位低于極限時(shí)，碳化罐極低位燈顯示。

（2） CO2氣體噴射器使得CO2氣體高效率地溶解于低溫水，這是碳酸化的一個(gè)關(guān)鍵部位。

2 混合機(jī)控制方案設(shè)計(jì)

2.1 任務(wù)分析

根據(jù)S7?200系列的PLC特點(diǎn)，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)實(shí)用性的考慮，控制系統(tǒng)選用6ES7 216?2BD23?0XB8型號的CPU：輸入點(diǎn)數(shù)24，輸出點(diǎn)數(shù)16點(diǎn)，另配一個(gè)6ES7222?1PF22?0XA8 8輸出可以滿足工藝要求，且留有一定的余量。便于以后的修改和擴(kuò)展。根據(jù)系統(tǒng)的性能與要求，PLC輸入/輸出端口地址的分配見表1。

2.2 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)

2.2.1 系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)的硬件電路分為主電路和控制電路。

2.2.2 主電路的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要有真空泵、進(jìn)水泵、輸送泵、糖漿泵、冷媒泵及混合泵[3]。

真空泵用于抽真空；進(jìn)水泵把純凈水輸送至脫氣罐；輸送泵則負(fù)責(zé)把脫氣罐里的水輸送至GOB水罐；糖漿泵是把調(diào)配好的糖漿輸送至糖罐；冷媒泵負(fù)責(zé)把冷卻介質(zhì)輸送至交換器用于降低糖水混合液的溫度（約4 ℃左右）；混合泵是把糖水混合液輸送至碳化罐。主控制電路如圖3所示。

圖3 主電路圖

2.2.3 控制電路的設(shè)計(jì)

根據(jù)工藝要求，PLC控制系統(tǒng)的輸入信號有21個(gè)（見表1），且均為開關(guān)量。其中有急停按鈕，脫氣罐高、中、低液位檢測；碳化罐高、中、低液位檢測；水罐和糖罐的高、低液位檢測；碳化罐高、低壓力檢測；各水泵的過載報(bào)警信號等。PLC控制系統(tǒng)的輸出信號有20個(gè)，分別用于控制各水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，氣動閥門的開關(guān)等[4]。

2.2.4 操作面板的設(shè)計(jì)

本操作面板簡單，直觀，有電源和故障報(bào)警指示，電源開關(guān)和急停按鈕，碳化罐的溫度和壓力顯示，如圖4所示。人機(jī)界面方便操作人員操作和監(jiān)視。

圖4 面板示意圖

面板的下方分別有壓縮空氣壓力的顯示和調(diào)節(jié)；GOB系統(tǒng)CO2氣的壓力顯示和調(diào)節(jié)；混合罐CO2氣壓顯示和調(diào)節(jié)等。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 混合裝置的工作原理

混合裝置的工作原理[5]如圖5所示，水和果汁分別經(jīng)過過濾器過濾，分別送進(jìn)水罐和糖罐，經(jīng)計(jì)量閥計(jì)量，送入T型管混合，再進(jìn)入混合罐，經(jīng)泵機(jī)送入碳化罐處理，然后輸出供顧客飲用。

圖5 混合裝置工作原理方框圖

3.2 系統(tǒng)流程

通過人機(jī)界面上的流程圖可以很清晰地監(jiān)視到設(shè)備各部分的運(yùn)行情況。也可以幫助操作人員分析和判斷故障情況。

4 程序調(diào)試

利用軟件SIEMENS PLC編程軟件STEP 7?MicroWIN V4.0 進(jìn)行調(diào)試。

先在電腦上安裝好編程軟件；在PC與PLC之間連好PPI編程電纜，設(shè)置好通信參數(shù)，再把編譯好的程序下載至PLC。當(dāng)PC與PLC連接好后，點(diǎn)擊監(jiān)視模式可以監(jiān)視程序運(yùn)行情況，能方便診斷故障和修改程序。

5 結(jié) 語

通過對系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)包括西門子S7?200 PLC外部電路的設(shè)計(jì)與安裝；軟件部分包括程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試。通過仿真和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)了飲料混合機(jī)的手動、自動及CIP清洗功能；完成了飲料混合機(jī)把水、糖漿、CO2按一定比例混合的功能；具備了故障報(bào)警提示及故障復(fù)位功能。

參考文獻(xiàn)

[1] 王福成.電氣控制與PLC應(yīng)用[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

[2] 曾令琴.PLC原理及應(yīng)用技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[3] 張世生.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2009.

[4] 張文濤.西門子S7?200PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

[5] 王阿根.西門子S7?200PLC編程實(shí)例精解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[6] 王淑英.S7?200西門子PLC基礎(chǔ)教程[M].北京：人民郵電出版社，2009.