２０ｌ４．３ 啤酒灌装生产线自动控制系统的研究与开发 张赛昆 （北京电子科技职业学院，１００１７６） 摘要：本文主要研究ＭＯＤＢＵＳ及ＩＮＴＴＥＲＢＵＳ现场总线以及Ｍｏｄｂｕｓ ｐｌｕｓ总线三种总线搭建啤酒全自动灌装生产线控制系统， 提高啤酒灌装生产线的全集成自动化的程度，从而提高啤酒灌装生产的速度。并且加入上位机组态控制更好的对现场设备进 行监控，提高设备可靠性。 关键词：控制系统；啤酒灌装；总线技术；ＭＯＤＢＵＳ；ＩＮＴＴＥＲＢＵＳ；上位机 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｂｅｅｒ ｉｆｌｌｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｌｉｎｅ Ｚｈａｎｇ Ｓａｉｋｕｎ （ｂｅｉｊｉｎｇ ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，１００１７６） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉ ｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ＭＯＤＢＵＳ ａｎｄ ＩＮＴＴＥＲＢＵＳ ｆｉｅｌｄ ｂｕｓ ａｎｄ Ｍｏｄｂｕｓ ｐｌｕｓ ｂｕｓ ｔｈｒｅｅ ｂｕｓ ｔｏ ｂｕｉｌｄ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｂｅｅｒ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｆｉｌｌｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ １ｉｎｅ ｏｆ ｂｅｅｒ ｆｉ１ｌｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｌｉｎｅ，ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌ，ｔｈｅｒｅｂｙ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｂｅｅｒ ｆｉｌｌｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ．Ａｄｄｉｎｇ ｍｏｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ＰＣ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｆｉｅｌｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｉｍｐｒｏｖｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ；ｂｅｅｒ：ｆｉｅｌｄｂｕｓ：ＭＯＤＢＵＳ：ＩＮＴＴＥＲＢＵＳ：ＰＣ ０ 引言 能太长。ＰＥＴ瓶不能预先抽空或巴氏杀菌，需采用特殊的灌装程 灌装是啤酒生产的最后一道工序，对保持啤酒的质量，赋予 序，以避免摄入空气和污染杂菌。本文设备为瓶装生产线。 啤酒的商品外观形像有直接影响。灌装后的啤酒应符合卫生标准 无论是国产生产线，还是引进生产线，传统控制系统与现场设 ，尽量减少ｃ０损失和减少封入容器内的空气含量。 备之间的传输数据方式可由现场总线代替。连接自动化控制系统 桶装：桶的材质为铝或不锈钢，容量为１５、２０、２５、３０ 和现场智能设备之间的多分支结构、双向传输、数字化的通讯网络 即为现场总线。要想获得设备中大量数据，、５０１ 其中３０１为常用规格。桶装啤酒一般是未经巴氏杀菌的鲜 对故障点及时判断，可 啤酒。鲜啤酒口味好，成本低，但保存期不长，适于当地销售。 以依靠诊断功能，将发生故障的时间降低，实现了对实时数据的远 瓶装：为了保持啤酒质量，减少紫外综的影响，一般采 程监控。因此，采用现场总线，是外界与自动化、底层现场设备之间 用棕色或深绿色的玻璃瓶。空瓶经浸瓶槽（硷液２～５％， 的信息交换、综合自动化的有效实施、集成企业信息实现的前提。 ４Ｏ～７０＂Ｃ）浸泡，然后通过洗瓶机洗净，再经灌装机灌入啤酒 现场总线相比较传统设备之间一对一的接线方式，简化了所有连 ，压盖机压上瓶盖。经杀菌机巴氏杀菌后，检查合格即可装箱出 线，大大减少维护、安装、设计的工作量，大量节省了曹家、电缆及 厂。 相应接口设备，还可连接ＥＲＰ系统，一体化管、控、测。 罐装：罐装啤酒于１９３５年起始于美国。第二次世界大战中 １ ＭＯＤＢＵＳ总线 因军需而发展很快。战后经一系列技术改造，需要量逐步上升。 １９６６年，美国的瓶装与罐装之比已为５２：４６。罐体材料为铝或 在上世纪七十年代ＭＯＤＢＵＳ总线协议诞生，该协议为完全开 铜。罐装啤酒体轻，运输携带和开启饮用方便，因此很受消费 放的通讯协议，而这种协议目前在自动化仪表方面得以广泛应用。 者欢迎，发展很快。ＰＥＴ（聚对苯二甲酸乙二酯）塑料瓶装：自 ＭＯＤＢＵＳ协议已经成为工业通用标准，网络经由网络、控制器相互 １９８０年后投放市场，数量逐年增加。其优点为高度透明，重量轻 之间通过该协议可以通信，是在电子控制器上应用的通用语言。 不同厂商通过ＭＯＤＢＵＳ总线所生产的控制设备能够以工业网络的 ，启封后可再次密封，价格合理。主要缺点为保气性差，在存放 过程中，ｃＯ逐渐减少。增添涂层能改善保气性，但贮存时间也不 方式实现集中监控。采用主站查询从站的方式作为ＭＯＤＢＵＳ总线协 议，而ＲＪ４５、ＲＳ４２２、ＲＳ４８５、ＲＳ２３２等均可以作为物理接口，光纤 Ｉ ７８ 自ｇｇ日蜘 ２０１４．ａ 或屏蔽双绞线可作为通讯介质。但用双绞线、并采用ＲＳ２３２接口布 袋中继器的通讯速率为２０Ｋｂｐｓ，最大距离为１５米。 将七个ＰＬＣ现场控制站设置与整线中，这七个ＰＬＣ现场控制 站分别是酒瓶清洗工作站、酒瓶传送工作站、酒瓶杀菌工作站、包 装箱卸箱工作站、包装箱输送工作站、分道装箱工作站、ＣＩＰ工作 站。现场控制站需要负责发送控制指令、并完成数据的采集，可以 ２ ＩＮＴＴＥＲＢＵＳ总线 ＩＮＴＴＥＲＢＵＳ现场总线能够构的拓扑形式诸多，其串行总线较 说现场控制站是控制的核心，在Ｉ／Ｏ基板上插入其处理器适配器 为开放。嵌套连接方式允许有十六级，在不适用中继器网络时， 与通信适配器就能够按照功能模块进行工作，在ＤＩＮ导轨上安装 设备之间的最大距离为１３公里。本地总线和远程总线构成了 Ｉ／０基板，所有的Ｉ／Ｏ模块采用ＩＮＴＥＲＢＵＳ通讯电缆就能够连接起 ＩＮＴＴＥＲＢＵＳ总线，远距离传送数据采用远程总线，网络自身不供电， 来。分布式ｉ／ｏ模块、ＩＮＴＥＲＢＵＳ—Ｓ通讯适配器、ＭＥ＋选项适配器、 采用ＲＳ一４８５进行传输。ＩＮＴＴＥＲＢＵＳ同时传送电源和数据，其有着 ＣＰＵ等，都是现场控制站的主要硬件。与主控室相关的数据的输出 自身独特的环路结构，环路采用了标准电缆。环路允许智能终端仪 表的直接接入，能够连接数字、模拟设备，还可以将连接复杂的执 行器和传感器。ＩＮＴＴＥＲＢＵＳ总线能够对整个网络系统运行状态进 行监控，具有很高监视诊断功能。与此同时，它还能够按照设计要 求，利用总线网络自身具有的变结构功能，将总线的某个子总线段 连接和关断。在现场的维护、诊断、调试、安装等方面，监控功能是 有效的工具。对部件错误和安装错误进行识别和确定是现场总线 具体功能，具有输出、输入状态显示，输出状态可在调试时设置，同 时智能设备的参数也可以保存。 ３ ｌＩ１０陷ＵＳ ＰＬＵＳ总线 ＭＯＤＢＵＳ ＰＬＵＳ总线协议适用于工业实时控制局域网的建立， 主计算机数据采集、连接操作员接口、远程编程、上传与下载程序、 数据监测、过程控制等等是其典型应用。ＭＯＤＢＵＳ ＰＬＵＳ总线协议物 理接口时ＲＳ４８５，通讯速率为ＩＭｂｐｓ，最大节点数位６４个，为一种 异步半双工通讯对等网络协议。ｉＭｂｐｓ为ＭＯＤＢＵＳ ＰＬＵＳ总线网络 通讯速率。其实时控制装置不会因通讯量或加载等原因而降低性 能，例如：Ｉ／Ｏ装置的能力。因此，ＭＯＤＢＵＳ ＰＬＵＳ总线网络能够对 过程数据进行快速存取。它具有诸多特点，如易于安装、对等通讯、 综合高速等，通过使用低成本的光纤电缆或成本低廉的双绞线电 缆，是的其他数据源、可编程逻辑控制器、计算机等作为同位体在 整个网络中进行通信。 ４设计自动控制系统 企业安装一条啤酒全自动灌装生产线，产量为２４０００瓶／Ｈ， 贴标机工作站、灌装机工作站、封箱机工作站为进口设备，其他工 作站设备为国产设备。ＭＯＤＢＵＳ以及ＩＮＴＴＥＲＢＵＳ工业现场总线应用 于国产工作站设备控制系统连接，而且以ＭＥ＋网的标准来连接整 条生产线上ＰＬＣ，并且连接上位机，通过组态监控整条生产线。 ４．１网络构架 整体自动控制系统为双层网络，ＩＮＴＥＲＢＵＳ网作为下层，串接 ＭＯＭＥＮＴＵＭ分布式Ｉ／Ｏ模式；而船＋网作为上层，即采集数据及信 息管理层，用于循环、快速地域现场设备交换数据，其可挂节点为 三十二个。 ４．２功能 和采集可通过远程Ｉ／Ｏ节点、Ｉ／Ｏ模块、ＭＥ＋通信适配器共同构成。 采用硬双机热备系统作为中间信息处理部分，正常运行状态 下，相应程序由主机执行，主控室远程Ｉ／０节点与现场控制站之间 的数据可进行转换，当ＣＲＰ、ＮＯＭ、ＣＰＵ、主机电源等失效的情况下， 在５０ｍｓ的时间内，实现备机工作状态的自动切换。在此，来看一下 中间信息处理部分的硬件组成。采用同轴电缆网络的相互连接为 远程Ｉ／Ｏ处理模块；而同步模块包括接受和发送两个光纤通讯端 口；扩展通讯能力由ＭＥ＋通讯模块为系统提供；ＣＰＵ含有两个通 讯端口，分别是ＭＢ＋、ＭＯＤＢＵＳ。采用开放的ＭＥ＋网作为通讯网络，用 ＢＭ＋网线电缆、ＭＥ＋分支器、ＭＢ＋站分支电缆连接ＭＢ＋通讯模块， 主网上所能够连接的节点有３２个，根据情况还可以再扩展３２个 节点，但需要通过ＭＢ＋通讯模块。每个现场控制站的操作员站可由 一个触摸屏担当，连接ＭＯＭＥＮＴ ＣＰＵ自带的ＭＯＤＢＵＳ口与触摸屏，就 能对各个机台的情况进行监控了。在查询和监控各机台的状态时， 可通过动画、图形、图表等直观方式，应用组态软件来实现。上位机 还能够在主控室中进行扩展，在对整条生产线情况进行监控时，作 为ＭＢ＋的节点，上位机可采用组态软件，查询和监控生产线上各台 设备的状态时，通过动画、图形、图表等直观的方式来实现控制。 ５结束语 企业自２０１０年投入使用该系统后，运行可靠、稳定。啤酒灌装 生产线自动控制系统现场总线技术节约了电缆量，很大程度上减 少了维护、安装、设计系统的工作量。ＣＯＮＣＥＰＴ软件可以编写多种 编程语言，而啤酒灌装设备的标准功能由现场控制站控制程序实 现。而将现场总线联网技术应用整条生产线中，有效地实现了企业 管、控、测一体化，在整线中还可通过扩展上位机来增加社会效益。 参考文献 ［１］侯升杰．丁明玉．阳离子交换色谱法同时测定啤酒和鲱鱼 精脱氧核糖核酸中的碱基和核苷［Ｊ］．分析化学，２０１１（３）． ［２］左锋，申德超，钱丽丽，吴艳．挤压大米啤酒辅料糖化工 艺参数对糖化过程的影响［Ｊ］．农业机械学报，２０１ １（２）． ［３］陈士恒，王建伟，李伟伟，彭虹，关亚风．顶空低温液相 微萃取技术分析水中杂醇油和啤酒挥发性成分［Ｊ］．分析 化学，２０１１（５）．
