1、百事汽水现调机 PLC 改进设计第 1 页 共 26 页摘 要百事汽水现调机是百事饮料有限公司为适应市场销售需求所生产的一款小型机电商品，在世面上也得到了广泛的应用。本文所介绍的是百事公司一款应用普遍的汽水机 DURAFLEX150，文章通过图片展现了它的外观，详细介绍了它内部的工作原理。恰当应用了现在在工业控制领域扮演重要角色的 PLC 技术，介绍了 PLC 技术的相关知识以及如何在汽水现调机上得到了应用。在着重介绍汽水现调机的 PLC 应用时，还适当介绍了汽水的发展史，生产工艺，原材料等相关知识，是文章内容更加详细、充实。同时也对三菱 FX2NPLC 的内部结构作了详细的介绍。关键词：现调
2、机；PLC；市场销售百事汽水现调机 PLC 改进设计第 2 页 共 26 页AbstractHundred matters soft drinks present assignment of aircraft is hundred matters drink limited company for adapts a section small mechanical and electrical commodity which the market sale demand produces, also obtained the widespread application in the worl
3、d. What this article introduced is hundred matters companies section application universal soft drink machine DURAFLEX 150, the article has unfolded its outward appearance through the picture, in detail introduced its interior principle of work. Appropriately has applied now in the industry control
4、domain acting strong character PLC technology, introduced how the PLC technology related knowledge as well as did obtain the application on the soft drink present assignment of aircraft.When emphatically introduces the soft drink present assignment of aircraft the PLC application, but also suitably
5、introduced the soft drink history, the production craft, correlation knowledge and so on raw material, is the article content more detailed, is substantial. Simultaneously also has made the detailed introduction to the Mitsubishi FX2NPLC internal structure.Key words: mixing machine; PLC; market sale
6、s百事汽水现调机 PLC 改进设计第 3 页 共 26 页第一章 绪论1.1 课题的研究及意义经过了三个多世纪的演变，汽水已成为了一款为全世界人们所喜爱的饮料，如果说咖啡茶这些在人们生活中不可缺少的饮料还存在区域性的差异，不能真正得到普及的话，那么汽水完全不存在这样的问题，它的存在不受地域的限制，在世界上任何一家商店都可以看到它的踪影，亚洲、非洲、美洲也都可以看见孩子们饮用汽水时的欢笑。人们对于汽水似乎有着不同寻常的喜爱，它在人们的日常生活中也扮演了一个重要的角色。大街上汽水的广告总是在比较显眼的位置，人们也习惯了在众多场合下来饮用汽水，体验汽水给自己带来的轻松感觉。在今后的时间里，汽水不会在
7、人们的视线里褪去，而是将会继续扮演它不可获缺的角色。将 PLC 技术应用到汽水现调机中，是一次尝试，改变了生产制作过程，提高了工作效率。1.2 PLC 的概述可编程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，简称 PC）。与个人计算机的 PC 相区别，用 PLC 表示。PLC 是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会（IEC）颁布了对 PLC 的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它
8、采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料：在工业控制领域中，PLC 控制技术的应用必将形成世界潮流PLC 程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运行平台，同时，还为 PLC 程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。1.2.1 PLC
9、 的产生背景在 PLC 诞生之前，工业控制设备的主流品种是以继电器、接触器为主体的控制装置。继电器、接触器是一些电磁开关。其结构是由励磁线圈、铁心磁路、触点等部件组成。其中触点是接通或断开电路的部件，按励磁线圈通电前的状态又可分为常开和常闭两种类型。线圈通电前呈断开状态的为常开触点，呈接通状态的为常闭百事汽水现调机 PLC 改进设计第 4 页 共 26 页触点。同一只接触器或继电器常有多对常开、常闭触点。当励磁线圈通电，衔铁在磁力作用下被铁心吸合时，常开触点接通，常闭触点断开，以完成电路连接的切换。触点又分为主触点及辅助触点。用于主回路，控制较大电流的触点是主触点。用于控制电路，只能通过较小电
10、流的触点称为辅助触点。通过继电器、接触器及其它控制元件的线路连接，可以实现一定的控制逻辑，从而实现生产设备的各种操作控制。人们将由导线连接决定器件间逻辑关系的控制方式称为接线逻辑。随着工业自动化程度的不断提高，使用继电器电路构成工业控制系统的缺陷不断暴露出来。首先是复杂的系统使用成百上千个各种各样的继电器，成千上万根导线连接得密如蛛网。只要有一个继电器、一根导线出现故障，系统就不能正常工作，这就大大降低了这种接线逻辑系统的可靠性。其次是这样的系统维修及改造很不容易，特别是技术改造，当试图改变设备的工作过程以改善设备的功能时，人们宁愿新生产一套控制设备也都不愿意将继电器控制柜中的线路重接。而在
11、20 世纪 60-70年代，社会的进步要求制造业生产出小批量、多品种多规格、低成本、高质量的产品以满足市场需要，不断地提出改善生产机械功能的要求。加上当时电子技术已经有了一定的发展，于是人们开始寻求一种以存储逻辑代替接线逻辑的新型工业控制设备。这就是 PLC。1.2.2 PLC 的发展过程1968 年，美国通用汽车公司(GM)为适应汽车型号的不断翻新，想寻找一种能减少重新设计控制系统和接线、降低成本、缩短时间的措施，并设想把计算机功能的完备、灵活通用和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，并把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用面向控制过程、面
12、向用户的，自然语言，编程，使不熟悉计算机的人也能方便地使用。1969 年美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第 1 台 PLC，并在 GM 公司的汽车自动装配线上首次使用，获得成功。从此，这项新技术便迅速发展起来。1971 年日本从美国引进了该项新技术，很快就研制出了日本第 1 台PLC。1973-1974 年，西德和法国也相继研制出了自己的第 1 台 PLC。中国从 1974年开始研制，1977 年应用于工业生产。限于当时的元器件条件和计算技术的发展水平，早期的 PLC 主要由分立元件和小规模集成电路组成。1959-1973 年是 PLC 的初创时期。在这个时期，PLC 从有触点不可编程的
13、硬接线顺序控制器发展成为小型机的无触点可编程逻辑控制器，可靠性比以往的继电器控制系统有较大提高，灵活性也有所增强。其主要功能限于逻辑运算、计时、计数和顺序控制，CPU 由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器。1974-1977 年是 PLC 的发展中期。在这个时期，由于 8 位单片 CPU 和集成存储器芯片的出现，PLC 得到了迅速发展和完善，并逐步趋向系列化和实用化，普遍应用于工业生产过程控制。PLC 除了原有功能外，又增加了数值运算、数据的传递和比较、模拟量的处理和控制等功能，可靠性进一步提高，开始具备自诊断功能。百事汽水现调机 PLC 改进设计第 5 页 共 26 页1978-198
14、3 年，PLC 进入成熟阶段。这个时期，微型计算机行业已出现了 16 位CPU，MCS-51 系列单片机也由 Intel 公司推出，使 PLC 也开始朝着大规模、高速度和高性能方向发展，PLC 的生产量在国际上每年以 30%的递增量迅速增长。在结构上，PLC 除了采用微处理器及 EPROM，EEP-ROM，CMCS RAM 等 LSI 电路外，还向多微处理器发展，使 PLC 的功能和处理速度大大提高；PLC 的功能又增加了浮点运算、平方、三角函数、相关数、查表、列表、脉宽调制变换等，初步形成了分布式可编程控制器的网络系统，具有通讯功能和远程 I/O 处理能力，编程语言较规范和标准化。此外自诊断
15、功能及容错技术发展迅速，使 PLC 系统的可靠性得到了进一步提高。1984 年后，PLC 的规模更大，存储器的容量又提高了 1 个数量级（最高可达896K） ，有的 PLC 已采用了 32 位微处理器，多台 PLC 可与大系统一起连成整体的分布式控制系统，在软件方面有的已与通用计算机系统兼容。编程语言除了传统的梯形图、流程图语句表外，还有用于算术的 BASIC 语言、用于机床控制的数控语言等。在人机接口方面，采用了现实信息等更多直观的 CRT，完全代替了原来的仪表盘，使用户的编程和操作更加方便灵活。PLC 的 I/O 模件一方面发展自带微处理器的智能 I/O 模件，另一方面也注意增大 I/O
16、点数，以适应控制范围的增大和在系统中使用 A/D，D/A 通讯及其他特殊功能模件的需要。同时，各 PLC 生产厂家还注意提高I/O 的密集度，生产高密度的 I/O 模件，以节省空间，降低系统的成本。1.2.3 PLC 的特点一、控制结构简单，通用性强，使用方便。由于 PLC 产品的系列化和模块化，PLC 配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，当控制对象的硬件配置确定以后，就可通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。二、功能性强，适应面广。现代 PLC 不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，而且还具有 A/D 和 D/A 转换、数值运算、数据处理等功能。因此，它既可对开关量进行
17、控制，也可对模拟量进行控制，既可控制 1 台生产机械、1 条生产线，也可控制 1 个生产过程。PLC 还具有通讯联络功能，可与上位干扰信号有良好的抑制作用。软件方面，设置故障检测与诊断程序。采用以上抗干扰措施后，PLC平均无故障时间大大延长。三、抗干扰能力强，可靠性高。继电器接触器控制系统虽有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触头，使设备连线复杂，由于器件的老化、脱焊、触头的抖动及触头在开闭时受电弧的损害，大大降低了系统的可靠性。而 PLC 采用微电子技术，带领的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和复杂的连线呗软件程序所取代，故其寿命长，可靠性大大提高。微机虽然有很强的功能但
18、抗干扰能力差，工业现场的电磁干扰、电源波动、机械振动、温度和湿度的变化，都可能使一般通用微机不能正常工作。而 PLC 在电子线路、机械结构及结构上都吸取了生产控制经验，主要模块都采用了大规模与超大规模集成电路，I/O 系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、百事汽水现调机 PLC 改进设计第 6 页 共 26 页防潮、防尘、抗震都有精确考虑；在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施；在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施所有这些使 PLC 具有较高的抗干扰能力，目前各生产厂家生产的 PLC，平均无故障期都大大超过了 IEC 规定的10 万小时，有的甚至达到了几十万小时
19、。四、编程方法简单，容易掌握。PLC 配备有易于接受和掌握的梯形图语言。该语言编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。五、控制系统的设计、安装、调试方便。PLC 用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等部件，硬软件齐全，且为模块化积木式结构，并已商品化故可按性能、容量（输入、输出点、内存大小）等选用组装。又由于用软件编程取代了硬接线实现控制功能，使安装接线工作量大大减小，设计人员只要有一台 PLC 就可进行控制系统的设计并可在实验室进行模拟调试，而继电接触器系统需在现场调试，工作量大且繁琐。六、体积小，质量小，功耗低，由于 PLC 是将微电子技术应
20、用于工业控制设备的新型产品，因而结构紧凑，坚固，体积小，质量小，功耗低，而且具有很好的抗震性和适应环境温度湿度变化的能力,因此 PLC 很容易装入机械设备内部，是实现机电一体化较理想的控制设备。七、维修方便工作量小 PLC 具有完善的自诊断、履历情报存储及监视功能，对于其内部工作状态、通信状态异常状态和输入输出点的状态均有显示。工作人员通过它可以检查出故障原因，工作人员通过它可以查出故障原因，便于迅速处理，及时排除。控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。百事汽水现调机 PLC 改进设计第 7 页 共 26 页第二章 汽水现调机2.1 汽水现调机在商场和一些快餐店中，都可以看见汽水现调机的身影。
21、什么是现调饮料？现调饮料是通过一台机器（包括制冷系统） ，分配出的高质量碳酸饮料，这台机器就称为现调机，犹如一个小型汽水厂一样。现调饮料生产过程：A：自来水过滤后，进入碳化器与二氧化碳气体混合成为碳酸水。B：碳酸水与糖浆通过独立的管道进入现调机内冷却。C：碳酸水与糖浆经搅拌棒混合，通过分配阀释放，成为冰冻的碳酸饮料。糖浆/水 比例 1：5 1 加仑（美制）=3.75 公升 1 盎司=29.6 毫升一桶（5 加仑/18 公升）的糖浆可生产 16 箱瓶装（10 盎司）碳酸饮料。因此现调机具有空间小、简易方便、效率高等优点。2.2 现调机工作原理现调机系统构造并不十分复杂，有以下几个部分组成：过滤器
22、：机器所用的水源一般均为市政自来水，而自来水是不能直接饮用的，因此就需要过滤器。过滤器需要要清除自来水中一定的杂质，因此内置了纤维滤芯，也同时需要消除水中的气味，这就需要用到活性碳滤芯，所以过滤器内选用了纤维与活性炭合一的滤芯。百事汽水现调机 PLC 改进设计第 8 页 共 26 页净水过滤器二氧化碳（CO2）气瓶：CO2 气瓶是整个系统中至关重要的一部分，它能否正常工作是直接影响到汽水质量的好坏。CO2 气瓶是与现调机配套使用的，一般常温下瓶内压力为 5070 公斤（7501000 帕斯卡） ，正常工作时间最高压力为 1800 帕斯卡。气瓶上的减压阀是用来调节压力的，以次来调节碳酸水中 CO
23、2 含量，另外 CO2 气瓶也与糖浆桶相连，CO2 含量过高或过低都将会使汽水变味，含气量不足。另外气瓶上的减压阀的指示表也分初级表和二级表，两者外观相同。初级表是直接与气瓶相连，最低进入压力为 500 帕斯卡。二级表是接受由初级表减压后而来的压力，最高进入压力为 300 帕斯卡。糖浆桶：糖浆是指将制作汽水做需的相关配料（除碳酸水）全部压缩制作好，每款饮料都有相应的糖浆桶，只需要与碳酸水按比例混合，就制出了饮料。冷冻系统:现调机内有一个贮存冰块的冰库。压缩机提供了致冷能量造成了冰库，冰库也受一个温控器控制，当外部温度一定时，会相应的启动或停止压缩机工作。冰库的百事汽水现调机 PLC 改进设计第
24、 9 页 共 26 页保存同时结合了压缩机的制冷能力，两者构成了机器的总冷却能力。冷冻(循环)系统主要组件：压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器。冷凝器压缩机毛细管蒸发器机器内的为小型压缩机2.3 百事汽水现调机下面简单来介绍一款百事公司的汽水现调机型号：DURAFLEX150阀门：5 道电压：230V 电流：2.5A尺寸：56宽 76.2深 91高百事汽水现调机 PLC 改进设计第 10 页 共 26 页百事公司现调机可分为两个款型：冰板式桌上型、冰板式下嵌型，以上这款便是前者。第 3 章 现调机 PLC 改进设计3.1 PLC 的结构及其基本配置一般讲，PLC 分为箱体式和模块式两种。但它们的组
25、成是相同的，对箱体式PLC，有一块 CPU 板、I/O 板、显示面板、内存块、电源等，当然按 CPU 性能分成若干型号，并按 I/O 点数又有若干规格。对模块式 PLC，有 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的 PLC，都属于总线式开放型结构，其 I/O 能力可按用户需要进行扩展与组合。PLC 的基本结构框图如下：一、CPU 的构成PLC 中的 CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，每台 PLC 至少有一个 CPU，它按 PLC 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时
26、，诊断电源和 PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路， 与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成单元。CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。CPU 的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。CPU 的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU 虽然划分为以上几个部分，但 PLC 中的 CPU 芯片实际上就是微处理器，由
