现场总线和变频器在啤酒洗瓶机控制系统中的应用_市场信息_包装物料_资讯

啤酒高速灌装生产线由卸箱机、洗瓶机、灌装压盖机、CIP清洗装置、杀菌机、喷码机、贴标机、全自动包装机、码垛机和输送系统组成。洗瓶是其工艺流程中不可缺少的一环，洗瓶机运行是否可靠，瓶子的洗净是否达标，直接影响到生产成本和啤酒的质量。
1.引进洗瓶机需改进的原因
南轻集团上世纪九十年代后期从德国引进的36,000瓶/时啤酒高速灌装生产线使用YL56型浸泡喷冲式洗瓶机。工艺流程为：需要清洗的啤酒瓶由进瓶带输送到洗瓶机的理瓶台上，在理瓶台排列整齐后，由进瓶装置把酒瓶送入由主链带动的载瓶架之瓶盒中，瓶子首先经过预浸泡并预热，再经过一道预喷淋，然后进入碱槽Ⅰ进一步加热杀菌、冲标和喷淋；出碱槽Ⅰ后进入碱槽Ⅱ浸泡、杀菌并冲标；出碱槽Ⅱ后进入碱槽Ⅲ浸泡、杀菌并冲标；然后经过中间水喷淋、热水槽浸泡、热水喷淋、温水喷淋、清水喷淋，最后出瓶装置把清洁的瓶子由洗瓶机送到出瓶带上，完成洗瓶过程。引进洗瓶机的电气控制系统主要包括以下几个部分：1.主驱动电机速度控制；2.水、三部分碱水温度控制；3.水位、水压监控；4.其它由按钮、接近开关、光电开关、指示灯、继电器、接触器等常规控制及碱浓度控制。由于种种原因，引进的YL56型洗瓶机的电气控制为常规继电器控制，控制系统繁琐而复杂。
2.洗瓶机电气控制的改进
对洗瓶机电气控制较大的改造是从用PLC 代替继电器控制开始，PLC控制的YL56型洗瓶机电气控制柜得到了很大程度的简化，但输入量（按钮、旋钮等）和输出量（状态指示灯、故障指示灯）较多，操作台复杂，器件接线、焊线困难，而且容易松动和脱落。人机界面的使用能很好地解决此类问题，用一根连接电缆代替了从控制柜到操作台的几十根连线。人机界面具有强大显示和操作功能，能对生产现场进行监控。用PLC 和人机界面技术改造的洗瓶机控制系统，提高了系统工作的可靠性,大大减化了洗瓶机电气的安装、调试和维护，可非常便捷地通过人机界面观察PLC 内部工作情况和现场工况, 设定相关参数, 操作灵活方便。这种机型早已批量投产，青岛啤酒集团、福建雪津啤酒厂等多个厂家的36,000瓶/时啤酒高速灌装生产线中的洗瓶机均使用的是YL56改进型控制系统，运行情况良好。
3.对控制系统的进一步改进
现场总线技术和分离传动控制技术在YL56B型洗瓶机电气控制系统中的成功运用，大大提高了其自动化控制和通讯水平。
(1) 现场总线技术
由于洗瓶机的控制要求和控制点多，需要强大的监控系统，它所需的传感器、显示设备数量较多，如图1。因此，洗瓶机现场放线和安装工作量很大，现场总线技术的运用能很好地解决这些问题。经过多方调研，选用Profibus-DP现场总线，一方面由于它是目前数据传输率较快的一种现场总线，另一方面它能够很好地与传动设备相配合，并与西门子PLC、HMI结合紧密且组态简便。它是一种高速且便宜的通信连接，为自动控制系统和设备级分散的I/O之间进行通信而设计，使用Profibus-DP可取代24V或4-20mA串联式信号传输，直接数据链路映像提供的用户接口，使对数据链路层的存取变得简单方便。改进后的YL56B型洗瓶机控制系统的硬件组成如图2，控制系统的核心器件为德国西门子公司的产品。
(2)分离传动控制技术
一直以来YL56型洗瓶机主驱动电机用于带动主传动链（如图1中的虚线所示），其速度和启停由变频器控制。它的额定功率为9.2KW、额定电流19A、转速设定为1440转/分、频率设定为25 Hz～60Hz。在改变主驱动电机的转速时，洗瓶机进瓶速度、出瓶速度也同步改变，属于单纯的机械传动。由于洗瓶机体积庞大，主传动机械结构复杂，擦边、过载等问题时常出现，又因为洗瓶机通常是在高温下工作，减速箱、齿轮、万向节联轴器等机械问题一旦出现，要等降温后才能进行维护和修理然后再升温才能继续工作，非常不便。使用分离传动技术能有效地解决这些问题，所谓分离传动技术，就是将主传动化整为零，变成分步传动，即用额定功率为1.5KW、额定电流3.4A变频电机一台和额定功率为1.1KW、额定电流2.6A变频电机四台代替额定功率为9.2KW、额定电流19A的主驱动电机。五台变频电机以一个可调整的比值（电子齿轮比）做运动控制。其中1.5KW的电机为主动机，四台1.1KW的电机为从动机，利用编码器连续比较主机和从机的转角位置，使它们同步或按照一可调比例运行。变频器选用德国SEW公司MOVIDRIVE MDX61B系列产品，采用VFC-n-control运行模式。图3为从动机变频器电路图，从动机既可以按照一可调比例运行，又可以单独运转（又称自由运行），电机自由运行时的转角位置被记录下来，下次再按照一可调比例运行时，电机会自动“追步”。例如洗瓶机进瓶电机过载后，要靠电机自由运行来调整，调整完毕进瓶电机自动追上主动机，保证连续进瓶。
使用现场总线技术和分离传动控制技术的洗瓶机已批量投产，在青岛啤酒集团旗下多个啤酒厂的36,000瓶/时啤酒高速灌装生产线中使用，运行情况良好，获得用户好评。