无线通信在啤酒灌装机中的改造范文

1可行性分析

此无线网络采用先进的工业级无线收发模块，利用跳频扩频技术(FHSS)和时分多路(TDMA)控制网络架构确保可靠地传送所有模拟量数据和数字量信号。无线通讯采用了早先应用于军事通讯的跳频扩频(FHSS)技术，具有极强的抗干扰能力。网关与节点之间的通讯频率依据随机序列码生成的跳频表周期性地在不同频率之间跳变。这样不仅可以避免受到其他同频率无线信号的干扰，而且也不会对其他无线信号产生干扰，极大地提高了无线的现场生存能力。为进一步确保通讯可靠，还采用了循环冗余校验（CRC），所有网络设备都采用CRC进行数据和确认信息准确性的校验。为了避免网络冲突，采用时分多址（TDMA）技术，给每个节点分配一个通讯时隙，确保节点与网关之间循环不间断连接。无线网络运行期间，网关会周期性地发出查询命令，检查每一个节点的工作状态，同时确认两者之间的无线链路正常可用。网关实时侦测与每个节点之间的无线链路的状态，设备间进行双向通讯一旦发现中断，除提供相应故障代码以做提示外，相应节点的输出端可以输出用户预先定义好的状态。当无线链路重建后又能自动回复到正常运行状态，最大程度上保障现场设备安全。解决了信号的传递问题，还需要重视供电问题。这里有两个方案，一是旋转部分采用大的锂电池供电，根据现场仪表数量三个月左右需更换备用电池一次，还面临电池充放电次数问题等。二是采用磁感应式耦合器，体积像两只对着的接近开关，其有出类拔萃的应用灵活性和体积小巧性，以非接触方式可靠地传递电能。产品能利用5mm的气隙，以非接触方式可靠高效地传输电源能量，防护等级达到IP67，而且无需保养，因为不会再产生机械磨损，小巧安装灵活方便,，确定采用此方式。

2改造方案实施

改造的核心是“集中喷吹二氧化碳，定数排放酒缸上部气相区，酒缸液位自控。”所谓集中喷吹二氧化碳是指把二氧化碳背压管在酒缸内分三段，三断管下部开孔位置高度和酒针关闭位置一致，一个空对应一个阀位，三段管路各有一只喷吹电磁阀根据灌装位置循环动作，在背压开始位置打开，灌装结束时关闭，也就是此间断的喷吹阀打开喷吹，过了此间断立即关闭，三只阀循环往复即保证背压灌装效果又节约二氧化碳的流量，同时减轻了酒缸背压自控阀的波动，由无线节点模块输出点精确控制。所谓定数排放酒缸上部气相区是指酒缸上部气相区不纯净的二氧化碳根据灌装啤酒的数量定数收集排放，由一只电磁阀总控制，由无线节点模块数字输出点控制。灌装机酒缸液位能否自动、精确控制又是衡量灌装质量好坏的关键环节。液位太低灌装啤酒的液位偏低，液位太高灌出的啤酒全是沫，所以灌装机酒缸液位的自动调节是灌装机自动控制部分的一个重要环节。这里采用电容式液位变送器精确采样酒缸液位高度，通过无线节点模块模拟量输入点发送4~20mA信号到电气柜，无线网关模块接收并转入PLC控制系统，经PID运算控制灌装机进酒量，采样值达到0.6毫秒，达到精确控制酒缸液位高度。见架构图：

3控制要点

3.1定数排放酒缸上部气相区。编程时根据进瓶接近开关感应到的进瓶数量也就是灌装啤酒的实际数量，作灌装数量控制，如计数到6000瓶排放一次，这样会避免灌装机空转时此排放阀误打开。机器停止计数器保持再次运转则又继续计数，这样既能保证气相区的纯度，又能节约二氧化碳。

3.2集中喷吹二氧化碳三段管道。要精准达到背压位置打开，下酒结束时关闭，应用时使用两只接近开关实现，一只放在背压开始位置另一只放在灌装结束位置。一只接近开关怎样准确判断三根二氧化碳喷吹管的位置呢？编程小窍门是首先确定1号管上有1个感应铁，2号管有2个感应铁，3号管有3个感应铁，对应管上的阀门号则是1号、2号、3号，当灌装机旋转时接近开关位置固定1号管到达时则收到1个脉冲，2号管到达时则收到2个脉冲，3号管到达时则收到3个脉冲，程序分别用三个计数器分别计数C1计数1次、C2计数2次、C3计数3次。以2号管为例介绍，当2号管到达时，C1和C2都计数到接通，C1自锁导通Y1喷吹阀，C2自锁导通Y2喷吹阀，同时Y2常闭点串入Y1自锁回路，则Y1不会输出，也就是说不管计数器全部接通否，最后高计数（对应阀号）优先，这样就实现了一个接近开关在不同位置打开不同的喷吹阀。另一只接近开关负责只要感应到喷吹管的到来就关闭喷吹阀，保证灌装区间的准确性。

3.3无线网关和节点的数字点D01设置成无线连接中断时输出报警信号，警示操作者无线连接中断并进入停机状态。当异常发生时，无线网关模拟输出端设置成最大信号输出，这样酒缸液位模拟量不管在什么位置，都认为液位到达设定位置，则关闭进酒调节阀;无线节点数字输出端设置成无信号输出，这样三个二氧化碳喷吹阀和一个气体排放阀都进入关闭状态，以避免灌装机停机有的阀误打开，浪费二氧化碳。

4结束语

啤酒生产过程的很多设备由于特殊性都可以使用无线通信连接技术，如发酵罐体的采样温度和冰水阀的开启、卸码垛机机器人的活动抓头部分等等。无线通信技术在灌装机的成功应用，满足了工业现场通信的实时性，说明无线连接在未来具有广阔的发展前景，其将在远程自动化中发挥出越来越大的作用。

作者：张方波车玉莹单位：华润雪花啤酒滨州有限公司