1 引言     

隨著人們對食品衛生的要求不斷提高， 食品的灌裝包裝過程顯得越來越重要。 自動化的灌裝方式不僅能減輕操作人員的勞動強度， 而其能最大限度的減少人員與裸露食品的接觸， 對食品的質量保證起到很好的作用。 目前應用較為廣泛的非含汽液體灌裝方式主要有兩種： 低真空式灌裝和K8凯发登录入口計式灌裝。 而稱重灌裝屬於一種新興灌裝方式， 以其適應麵廣、 灌裝精度高、 運行穩定、 維護簡單等優勢得到快速的發展。

2 各種灌裝方式的特點概述

（ 1 ） 低真空灌裝

這種灌裝方式是在瓶中的壓力低於大氣壓下進行灌裝， 利用真空的作用， 使得料罐中的產品進入到瓶子中去， 並且將瓶中高出設定液位的液體吸出， 達到定量灌裝的目的， 這種灌裝方式灌裝機結構較為簡單， 生產效率高， 前期運用相當廣泛， 是較早的自動灌裝方式［1］ 。

但由於其定量的方式是固定灌裝的液位， 但容器由於製造過程中的偏差， 每個瓶子的容量差別較大， 液位相同時淨含量偏差較大， 特別是類似 PET 、 PE 罐子， 在灌裝過程中， 受負壓的影響， 容器容積變化較大［2］ 。 此外， 由於負壓灌裝要求容器在灌裝過程中是密閉的， 所以灌裝設備的灌裝閥門必須與瓶口接觸， 這就容易導致一些敏感性的食品受到汙染。 目前這種灌裝方式由於設備結構相對簡單， 設備成本相對低廉， 在一些低附加值的飲料行業應用非常廣泛。

（ 2 ） K8凯发登录入口計式灌裝

K8凯发登录入口計式灌裝方式是在每個灌裝閥門上安裝一個K8凯发登录入口計用以計量流過該閥門液體體積， 當液體體積達到設定值時關閉閥門， 從而達到定量灌裝的目的。 這種灌裝方式相對低真空灌裝方式定量精度高， 且非接觸式灌裝， 避免了瓶口汙染的隱患， 閥門結構簡單， 易於清洗， 且不受容器軟硬程度的影響， 保持灌裝容量的恒定。 該灌裝方式的缺點是適應麵相對較窄， 無法處理易產生氣泡或者低導電率的液體， 若產品已產生氣泡， 例如醬油、 牛奶等， 則液體的密度不均勻，液體體積與重量不能相對應， 因此K8凯发登录入口計無法正確定量。 而對於低導電率或者不導電的液體， 例如食用油等， K8凯发登录入口計無法進行體積計量。

（ 3 ） 稱重式灌裝

稱重式灌裝方式類似於K8凯发登录入口計灌裝， 每個灌裝閥門和一個動態電子秤對應， 瓶子置於電子秤上， 當秤上的重量達到設定值時， 關閉閥門， 從而達到定量的目的。 該灌裝方式不僅具有K8凯发登录入口計灌裝方式的優點， 還克服了K8凯发登录入口計灌裝方式適應麵窄的問題， 不僅適用於液體灌裝， 也適用於低粘稠度醬料、 膏狀物料等物料的灌裝。

從上述對比可以看出， 將稱重技術應用到液體灌裝上可以有效的解決常規灌裝方法所存在的一些問題。 因此目前國內行業內一些知名的灌裝設備製造企業都在大力開發稱重式的灌裝設備。

3 一種稱重式灌裝係統的簡介

這裏介紹的一種稱重式灌裝係統是由編者組織自主研發並應用於生產的一套灌裝設備， 主要包括主控單元、 計數單元、 快灌閥門控製單元、 慢灌閥門控製單元的 PLC 控製器［ 3 ］ ， 以及連接儲液罐的快灌閥門和慢灌閥門。

其基本工作原理是， 主控單元用於驅動履帶控製器，用於傳輸待灌裝的瓶子， 在接收到計數單元的觸發後［ 4 ］ ， 驅動推瓶控製器將等待灌裝的瓶子傳輸至電子秤上，快速閥門、 慢速閥門位於電子稱上方，快灌閥門控製單元、 慢灌閥門控製單元分別用於開啟快灌閥門、 慢灌閥門進行灌裝［ 5 ］ 。 當電子秤檢測到灌裝重量達到第一設定值時， 觸發快灌閥門單元關閉快灌閥門， 當電子秤檢測到灌裝重量達到第二設定值時， 觸發慢灌閥門單元關閉慢灌閥門。
 

下麵結合基本原理圖說明該套稱重灌裝係統的具體工作過程。

進瓶輸送帶 8 將待灌裝瓶子送入機器內部並排列整齊。 計數傳感器 7記錄進入機器的瓶子數量並將信號傳遞到 PLC 控製器， 當達到設定數量時，PLC 控製器控製止瓶氣缸阻擋後麵的瓶子繼續進入。 這樣就完成了第一步的進瓶過程。

瓶子進入機器後， 推瓶氣缸將待灌裝的瓶子推到電子秤 5 上， 電子秤數量可以根據生產線的速度要求， 設置若幹套。 磁感應開關確認推瓶到位後， 氣缸退回。 與此同時， 電子秤已經完成空瓶重量的稱量並將此重量清零， 及完成 “去皮” 過程。 完成去皮過程後， PLC 控製灌裝閥門打開， 開始灌裝。 電子秤實時將重量信息傳遞給PLC ， PLC 將數值與設定的灌裝目標值進行對比， 當重量最終達到設定目標值時， PLC 控製灌裝閥門關閉。 此時完成了瓶子的灌裝。

在灌裝的同時， 下一個進瓶過程同步已經完成， 在推瓶氣缸的作用下， 空瓶再一次被推到電子秤上， 同時空瓶將已經灌裝結束的滿瓶推到出瓶輸送帶上，出瓶輸送帶將灌裝滿的瓶子輸送出機器， 這樣就完成了整個灌裝過程。

該係統關鍵的一項要求是配置快灌閥門和慢灌閥門，目的在於精確的控製灌裝淨含量。 在剛開始灌裝時， 為了減輕物料落入空瓶時的衝擊， 防止物料濺起，灌裝的流速不易過大， 因此可以隻是開啟慢灌閥門， 此狀態下閥門的K8凯发登录入口較小， 物料衝擊較小， 當灌裝的物料達到一定量時，可以開啟快灌閥門， 以加大K8凯发登录入口， 加快灌裝速度。 正如前麵所述， 當達到電子秤的第一設定值時， 快灌閥門會關閉， 此時隻有慢灌閥門繼續灌裝。 目的在於， 在接近目標灌量時， 為了減少物料衝擊及從灌嘴到瓶口這段沒有落入瓶子的物料的重量偏差 （稱之為 “飛行誤差”） 所導致的最終灌裝量偏差， 柔和的慢速灌裝更有利於減少這種偏差。

除合理控製灌裝閥門的流速外， 控製液位儲罐的液位也十分重要， 保持儲罐內壓力和液位的恒定， 是有效控製“飛行誤差” 關鍵。 因此該係統配置了 PID 壓力調節係統和液位傳感器， 用於將儲罐內的壓力和液位控製在一定的範圍。

4 灌裝係統在實際應用中的優勢

該係統通過電子秤結合 PLC 對物料進行自動稱量， 對液體物料實現連續式自動灌裝， 可以提高效率， 減輕工人勞動強度。 由於每個瓶子在灌裝前， 電子秤都對瓶子進行了 “去皮” 處理， 因此消除了容器皮重偏差對灌裝結果的影響， 確保灌裝精度。 通過調整電子秤設定值可方便調整灌裝量， 無需機械調整。通過儲液罐加壓方式， 極大的提高了灌裝速度， 儲液罐壓力控製采用 PID 控製原理， 有效降低壓力波動， 保證了壓力的穩定性。 采用兩種灌裝速度控製方式，既提高了灌裝的速度， 又保證了灌裝精度。 如果配合分揀係統使用， 一台設備可以同時罐裝不同重量的產品， 提升了生產線的柔性和設備利用率。

對於灌裝的淨含量偏差， 按照一種 5kg 的產品規格計算， 相對於定容積的灌裝方式， 由原來的平均正偏差 15克降低至現在的 6 克， 減少了灌裝偏差損耗， 每年減少的灌裝偏差損耗是一筆十分可觀的收入， 這樣的淨含量控製水平是人工或者其它灌裝方式不可比擬的。

由於產品種類規格較多， 一條生產線生產多種規格產品的情況較多， 而應該改係統的設備在轉換品種的過程中，幾乎不需要更換任何機械件， 隻需要在控製係統中修改灌裝目標值即可， 大大提高了設備的利用率， 因此這樣的灌裝設備得到了廣泛的應用。 目前該種灌裝方式也以其明顯的優勢， 在國內外飲料食品行業得到了快速的發展和應用。

5 結束語

稱重式灌裝機利用高精度的動態稱重稱， 結合快灌閥門和慢灌閥門， 實現了容器的精確定量灌裝， 能最大限度的降低產品的損耗， 它的成功應用， 對保證產品質量、 提高生產效率以及節省成本發揮了十分重要的作用。

參考文獻：

［ 1 ］ 孫智慧， 徐克非 . 包裝機械概論 ［ M ］ . 北京： 印刷工業出版社， 2007.

［ 2 ］ 鄭曉 . 液位定量式灌裝機的灌裝精度概率模型與可靠度計算模型 ［ J ］ . 包裝工程， 2002 （ 02 ）： 28-33.

［ 3 ］ 陳誌新， 宋學軍 . 電器與 PLC 控製技術 ［ M ］ . 北京： 北京大學出版社， 2006.

［ 4 ］ 張文明 . 全自動液體灌裝機 ［ J ］ . 機電一體化， 2003 （ 6 ）：46-49.

［ 5 ］ 史建華， 史淑君 . 氣動技術在全自動灌裝機中的應用 ［ J ］ . 包裝與食品機械， 2004 ， 22 （ 2 ）： 38-40.

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