摘 要：本文介绍了西门子 S7-200 SMART PLC、SMART LINE 触摸屏在啤酒自动计量灌装机上的应用，阐述了设备工艺流程、控制系统的配置选型、软件设计和实现的功能。经测试，该方案能完全满足新型啤酒自动计量灌装机的各项技术要求，运行稳定，性能良好。
关键词：S7-200 SMART SMART LINE 啤酒灌装
1 引言
我国啤酒行业经过 30 多年的持续增长，到 2011 年，全国啤酒产量达 490 亿升，居世界第一位，占世界总产量的 1/4。但与发达国家相比，我国的人均消费水平还很低，仍有很大的上升空间。尤其是我国居民收入水平的提高将会给啤酒的需求带来新的增长。而啤酒灌装设备在啤酒行业的稳步发展中扮演了非常重要的角色。
目前，啤酒灌装设备都已经实现了自动化控制，但自动化程度参差不齐。有些定容灌装设备采用简单的逻辑控制器，给用户操作带来了很多不便之处，例如：参数不易修改控制、各种设备故障信息无法获取、灌装精度比较差 ( 由于是定容灌装，容积取决于啤酒桶的大小，而市面上的啤酒桶质量参差不齐，容积大小没有统一标准，无法实现精确灌装 )、无法统计灌装啤酒的总量。对于双桶灌装设备，一般采用两个逻辑控制器，由于该类控制器本体点数较少，采用了两个独立的控制器进行操作和接线都很不方便。
2 技术路线
鉴于客户提出的新工艺需求，如使用流量计实现计量灌装、能方便设定各种参数、能显示灌装的数量和总的灌装量，本系统采用 PLC 取代简易的逻辑控制器。
由于客户装备的流量计是脉冲输出，需要 PLC 具备高速计数功能，同时PLC需要具备较高的处理速度。根据客户的新需求，本系统采用西门子 S7-200 SMART PLC 及 SMART LINE 触摸屏，将原始系统的两个独立工序流程由一个控制器统一处理，既满足了客户的工艺要求，也节约了设备成本。
灌装机主要技术参数如表1所示。
3 工艺流程
啤酒自动计量灌装机工艺流程简单概括为 3 个步骤：定位→备压→注酒。其 中， 定 位：将注酒阀准确对准啤酒桶口;备压：向酒桶内充气打压，同时可将浮球开关击落;注酒：关闭备压后开始注酒，根据容积或流量测量，灌酒结束整个流程结束。控制工艺流程图如图 1 所示。
4 硬件架构设计
本系统使用的 I/O 点数较少，共 10DI/8DO，并且需要两路单向高速计数器。由于设备电控柜空间狭小，对 PLC 的体积要求非常严格。客户对成本控制要求较高，不能接受专用编程电缆带来的额外成本。针对以上要求，最终选用 S7-200 SMART 的 CPU SR20 模块做为 PLC 配置。
原始的灌装设备没有配备触摸屏，人机交互很不方便，无法方便的设定参数、获取设备的故障信息。该自动计量灌装机增加了 HMI 设备，选用了 SMART LINE 触摸屏， 64K 色真彩显示。SMART LINE 还集成了以太网接口，可与 S7-200 SMART 通过普通网线直接连接，比串口通讯速度有大幅提升。硬件配置如表 2 所示：
5 软件设计
5.1 PLC 编程设计
自动计量灌装机分清洗和灌装两种工作模式。清洗模式下，点启动按钮后系统经过定位、备压然后注酒，只是此时系统不会测量灌装的酒量，直到人为点击停止按钮。灌装模式下有两种模式可选：定容模式和计量模式。前者根据啤酒桶的容积进行灌装，当满桶时通过导流阀将浮球顶起灌装结束;后者通过流量计给定的脉冲进行计量计算，当数值达到设定容积以后灌装结束。实现方式如下：
(1) 流量计。本系统是双桶灌装系统，采用了两个流量计，流量计给 PLC 的是单相脉冲信号，106 个脉冲为 1L，据此将系统中设定的灌装容量转换成容量脉冲数 ( 容量脉冲数 =106× 灌装容量 )，然后将实际的灌装量与设定的灌装容量进行比较控制注酒阀的开闭;
(2) 高速计数器。S7-200 SMART 集成了 4 路高速计数器，在本系统中只使用了 HSC0 与 HSC1 两个高速计数器，占用 I0.0 和 I0.1 两个输入点。由于是单相计数，选择工作模式 0 即可。Micro/WIN SMART 集成了 HSC 向导，在向导中直接选择 HSC0、HSC1。由于系统默认模式 0，直接点击生成按钮，便生成两个高速计数程序 (HSC0_INT 与 HSC1_INT);
(3) 高速计数编程。主程序中仅需用 SM0.1 或沿触发调用生成的子程序一次即可，然后可以在 HC0 和 HC1 读出当前的脉冲数，然后在程序中比较计算。至于内部复位高速计数器，只需用沿触发调用生成的子程序一次，程序图如图 2 所示：
5.2 HMI 画面设计
(1) 参数画面如图 3 所示：可设定定位时间、备压时间、灌装容量、灌装系数及选择清洗及灌装模式，可实现灌装的数量及灌装的总容积，并且用户可在非工作状态及开锁的情况下清除;
(2) 灌装画面如图 4 所示：可显示当前灌装的工作模式、设备的工作状态及灌装量，能够动态显示定位及当前的灌装量。
6 结束语
S7-200 SMART 基本指令执行时间达 0.15μs，CPU 本体集成了以太网口，只需普通的网即可下载和调试程序，最大限度的降低编程电缆的成本，也非常容易获取。 SMART LINE 触摸屏相比第一代有很大的提高，颜色更加丰富，增加了以太网接口，无论是下载程序还是与 PLC 通讯都比较方便。
STEP 7-Micro/WIN SMART 软件相比其它软件非常的小巧，兼容性非常好，可以打开 S7-200 的程序。向导功能有了很大的改进，相比传统的向导操作更加灵活，比如高速计数器向导，可同时对多个高速计数器进行设置，可在同一页面下显示，能同时生成多个计数程序。其次软件的窗口设计非常实用，比如将“变量表”、“符号表”、“状态图表”、“数据块”、“输出窗口”、“交叉引用”功能都做成了单独的窗口，点击相应的标签便可自由切换。这些窗口可以与程序编辑界面同时显示，在编程调试时非常实用。
（转载）
