無線通信在啤酒灌裝機(jī)中的改造范文

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1可行性分析

此無線網(wǎng)絡(luò)采用先進(jìn)的工業(yè)級無線收發(fā)模塊，利用跳頻擴(kuò)頻技術(shù)(FHSS)和時分多路(TDMA)控制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)確保可靠地傳送所有模擬量數(shù)據(jù)和數(shù)字量信號。無線通訊采用了早先應(yīng)用于軍事通訊的跳頻擴(kuò)頻(FHSS)技術(shù)，具有極強(qiáng)的抗干擾能力。網(wǎng)關(guān)與節(jié)點(diǎn)之間的通訊頻率依據(jù)隨機(jī)序列碼生成的跳頻表周期性地在不同頻率之間跳變。這樣不僅可以避免受到其他同頻率無線信號的干擾，而且也不會對其他無線信號產(chǎn)生干擾，極大地提高了無線的現(xiàn)場生存能力。為進(jìn)一步確保通訊可靠，還采用了循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC），所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都采用CRC進(jìn)行數(shù)據(jù)和確認(rèn)信息準(zhǔn)確性的校驗(yàn)。為了避免網(wǎng)絡(luò)沖突，采用時分多址（TDMA）技術(shù)，給每個節(jié)點(diǎn)分配一個通訊時隙，確保節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)之間循環(huán)不間斷連接。無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行期間，網(wǎng)關(guān)會周期性地發(fā)出查詢命令，檢查每一個節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)，同時確認(rèn)兩者之間的無線鏈路正常可用。網(wǎng)關(guān)實(shí)時偵測與每個節(jié)點(diǎn)之間的無線鏈路的狀態(tài)，設(shè)備間進(jìn)行雙向通訊一旦發(fā)現(xiàn)中斷，除提供相應(yīng)故障代碼以做提示外，相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的輸出端可以輸出用戶預(yù)先定義好的狀態(tài)。當(dāng)無線鏈路重建后又能自動回復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)，最大程度上保障現(xiàn)場設(shè)備安全。解決了信號的傳遞問題，還需要重視供電問題。這里有兩個方案，一是旋轉(zhuǎn)部分采用大的鋰電池供電，根據(jù)現(xiàn)場儀表數(shù)量三個月左右需更換備用電池一次，還面臨電池充放電次數(shù)問題等。二是采用磁感應(yīng)式耦合器，體積像兩只對著的接近開關(guān)，其有出類拔萃的應(yīng)用靈活性和體積小巧性，以非接觸方式可靠地傳遞電能。產(chǎn)品能利用5mm的氣隙，以非接觸方式可靠高效地傳輸電源能量，防護(hù)等級達(dá)到IP67，而且無需保養(yǎng)，因?yàn)椴粫佼a(chǎn)生機(jī)械磨損，小巧安裝靈活方便,，確定采用此方式。

2改造方案實(shí)施

改造的核心是“集中噴吹二氧化碳，定數(shù)排放酒缸上部氣相區(qū)，酒缸液位自控。”所謂集中噴吹二氧化碳是指把二氧化碳背壓管在酒缸內(nèi)分三段，三斷管下部開孔位置高度和酒針關(guān)閉位置一致，一個空對應(yīng)一個閥位，三段管路各有一只噴吹電磁閥根據(jù)灌裝位置循環(huán)動作，在背壓開始位置打開，灌裝結(jié)束時關(guān)閉，也就是此間斷的噴吹閥打開噴吹，過了此間斷立即關(guān)閉，三只閥循環(huán)往復(fù)即保證背壓灌裝效果又節(jié)約二氧化碳的流量，同時減輕了酒缸背壓自控閥的波動，由無線節(jié)點(diǎn)模塊輸出點(diǎn)精確控制。所謂定數(shù)排放酒缸上部氣相區(qū)是指酒缸上部氣相區(qū)不純凈的二氧化碳根據(jù)灌裝啤酒的數(shù)量定數(shù)收集排放，由一只電磁閥總控制，由無線節(jié)點(diǎn)模塊數(shù)字輸出點(diǎn)控制。灌裝機(jī)酒缸液位能否自動、精確控制又是衡量灌裝質(zhì)量好壞的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。液位太低灌裝啤酒的液位偏低，液位太高灌出的啤酒全是沫，所以灌裝機(jī)酒缸液位的自動調(diào)節(jié)是灌裝機(jī)自動控制部分的一個重要環(huán)節(jié)。這里采用電容式液位變送器精確采樣酒缸液位高度，通過無線節(jié)點(diǎn)模塊模擬量輸入點(diǎn)發(fā)送4~20mA信號到電氣柜，無線網(wǎng)關(guān)模塊接收并轉(zhuǎn)入PLC控制系統(tǒng)，經(jīng)PID運(yùn)算控制灌裝機(jī)進(jìn)酒量，采樣值達(dá)到0.6毫秒，達(dá)到精確控制酒缸液位高度。見架構(gòu)圖：

3控制要點(diǎn)

3.1定數(shù)排放酒缸上部氣相區(qū)。編程時根據(jù)進(jìn)瓶接近開關(guān)感應(yīng)到的進(jìn)瓶數(shù)量也就是灌裝啤酒的實(shí)際數(shù)量，作灌裝數(shù)量控制，如計數(shù)到6000瓶排放一次，這樣會避免灌裝機(jī)空轉(zhuǎn)時此排放閥誤打開。機(jī)器停止計數(shù)器保持再次運(yùn)轉(zhuǎn)則又繼續(xù)計數(shù)，這樣既能保證氣相區(qū)的純度，又能節(jié)約二氧化碳。

3.2集中噴吹二氧化碳三段管道。要精準(zhǔn)達(dá)到背壓位置打開，下酒結(jié)束時關(guān)閉，應(yīng)用時使用兩只接近開關(guān)實(shí)現(xiàn)，一只放在背壓開始位置另一只放在灌裝結(jié)束位置。一只接近開關(guān)怎樣準(zhǔn)確判斷三根二氧化碳噴吹管的位置呢？編程小竅門是首先確定1號管上有1個感應(yīng)鐵，2號管有2個感應(yīng)鐵，3號管有3個感應(yīng)鐵，對應(yīng)管上的閥門號則是1號、2號、3號，當(dāng)灌裝機(jī)旋轉(zhuǎn)時接近開關(guān)位置固定1號管到達(dá)時則收到1個脈沖，2號管到達(dá)時則收到2個脈沖，3號管到達(dá)時則收到3個脈沖，程序分別用三個計數(shù)器分別計數(shù)C1計數(shù)1次、C2計數(shù)2次、C3計數(shù)3次。以2號管為例介紹，當(dāng)2號管到達(dá)時，C1和C2都計數(shù)到接通，C1自鎖導(dǎo)通Y1噴吹閥，C2自鎖導(dǎo)通Y2噴吹閥，同時Y2常閉點(diǎn)串入Y1自鎖回路，則Y1不會輸出，也就是說不管計數(shù)器全部接通否，最后高計數(shù)（對應(yīng)閥號）優(yōu)先，這樣就實(shí)現(xiàn)了一個接近開關(guān)在不同位置打開不同的噴吹閥。另一只接近開關(guān)負(fù)責(zé)只要感應(yīng)到噴吹管的到來就關(guān)閉噴吹閥，保證灌裝區(qū)間的準(zhǔn)確性。

3.3無線網(wǎng)關(guān)和節(jié)點(diǎn)的數(shù)字點(diǎn)D01設(shè)置成無線連接中斷時輸出報警信號，警示操作者無線連接中斷并進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)。當(dāng)異常發(fā)生時，無線網(wǎng)關(guān)模擬輸出端設(shè)置成最大信號輸出，這樣酒缸液位模擬量不管在什么位置，都認(rèn)為液位到達(dá)設(shè)定位置，則關(guān)閉進(jìn)酒調(diào)節(jié)閥;無線節(jié)點(diǎn)數(shù)字輸出端設(shè)置成無信號輸出，這樣三個二氧化碳噴吹閥和一個氣體排放閥都進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)，以避免灌裝機(jī)停機(jī)有的閥誤打開，浪費(fèi)二氧化碳。

4結(jié)束語

啤酒生產(chǎn)過程的很多設(shè)備由于特殊性都可以使用無線通信連接技術(shù)，如發(fā)酵罐體的采樣溫度和冰水閥的開啟、卸碼垛機(jī)機(jī)器人的活動抓頭部分等等。無線通信技術(shù)在灌裝機(jī)的成功應(yīng)用，滿足了工業(yè)現(xiàn)場通信的實(shí)時性，說明無線連接在未來具有廣闊的發(fā)展前景，其將在遠(yuǎn)程自動化中發(fā)揮出越來越大的作用。

作者：張方波車玉瑩單位：華潤雪花啤酒濱州有限公司