回轉式灌裝機的灌裝定量有多種形式, 常用的有注塞式、容積式、液位式、稱重式等多種方式。隨著控製技術的提高, 稱重傳感器技術的成熟, 稱重式定量灌裝是回轉式灌裝機的發展趨勢。稱重式定量灌裝很好的解決包裝計量不準確的難題, 提高了包裝定量的精度。

1 主電機控製

1.1 主電機控製的主要控製原理

主電機主要是通過變頻器控製, 主電機有灌裝和清洗兩個運行速度, 灌裝速度通過PLC 中的模擬輸出模塊控製, 清洗速度由變頻器參數設定, 運行模式由 PLC 給出

1.2 主電機的主要控製要求

在變頻器中設置最高轉速, 第 2 轉速( 清洗速度) 等變頻器的必要參數。在人機界麵上設置主電機運行頁麵, 包括運行狀態( 灌裝 / 清洗)、主機開、關, 灌裝速度, 產量計數。主電機的運行受開機按鈕、關機按鈕和人機界麵設置按鈕的雙重控製。

1.3 旋轉編碼器的選擇

選用增量型編碼器, 分辨率為 300 , 通過A 、 B 項加 Z 項複位計數, 對於 24 頭灌裝機,計數數據進行雙倍頻處理, 計數 25 為一個灌裝回轉工位周期。

1.4 設備零位和絕對零位

對於旋轉編碼器, 每旋轉一周, 給 PLC 發送 300 個脈衝, 通過 Z 相發給 PLC 一個複位信號,使 PLC 中高速計數器從 1 計到 300 後複位,我們把 300 稱之為絕對計數零位。

對於每台灌裝機, 把 1 號灌裝閥對準入瓶口,計數器複位開始計數稱之為設備計數零位。在實際控製中, 由於編碼器安裝的位置是一個變數, 因此,不同的設備, 絕對計數零位不同。對於每一台設備, 需要進行設備零位的設置。

1.5 設備零位的尋找和設定

點動設備, 使 1 號閥對準入瓶口,將高速計數器 C 的數據傳入寄存器 C 1中,寄存器 C 2 =300- C 1 , 寄存器 C 3 =C- C 1 ( C≥C 1 ) 或 C 3 =C 2 +C ( C

2 稱重控製器的定量控製方案

是兩組利用稱重控製器稱重計量的控製原理圖。采用稱重控製器控製各個灌裝閥的灌裝, 對於回轉運動的灌裝料缸、灌裝閥、稱重平台等的接線簡化了難度

 AB 1 為控製器 A 1 的稱重傳感器, Y 1 為對應灌裝閥的快速開閥灌裝電磁閥, Y 2 為對應灌裝閥的慢速開閥灌裝電磁閥, IN 1 開始灌裝信號( 脈衝), IN 2 為強製關灌裝閥信號( 脈衝)。它們組成一個完整的控製係統。通過 RS485 對控製器進行參數設置、配方選擇等。

2.1 碳刷滑環的設計要求及接線方法

灌裝料缸、灌裝閥、稱重平台等是回轉運動,灌裝稱重過程均在回轉運動中完成,, 控製器的控製信號線、電源線要通過碳刷滑環連接

碳刷滑環的碳刷引線, 如表 1 所示, 碳刷引線共 9根,其中 B 1 、 B 2 為控製器 A 1 、 A 2 等的供電電源, B 3 、 B 4 為灌裝開閥汽缸提供 DC24V電源, B 5 為控製器 A 1 、 A 2 等提供開閥信號,B 6為控製器 A 1 、 A 2 等提供強製關閥信號, B 7 為備用,B 8 、 B 9 是 RS485 的連線。

分段滑環解決簡化接線問題, 由於灌裝機有 24 個灌裝頭, 因此, 輸入信號需要 48個,利用分段滑環 B 5 、 B 6 等份為 24段, 分別接在 24 個控製器的 IN 1 和 IN 2上,進行灌裝開閥和強製關閥。

值得注意的是, 滑環導體之間的間隔距離必須大於碳刷寬度, 否則, 無法將信號分開。通過表 1 和表 2 的接線, 巧妙的解決和簡化了控製器的接線問題。

2.2 控製器的要求

稱重控製器必須具有很強的抗幹擾、抗震動能力, 提供一種常用的通訊協議。自動零位跟蹤、上電自動清零、取皮。對控製器的所有參數、配方參數和配方選擇, 快 / 慢加料及快加料百分比設定等能通過上位機調整。輸入 IN 1 定義為灌裝開閥開始脈衝信號( PNP ), 該信號的輸入, 自動取皮稱量,開始快加料( Out 1 =1 、 Out 2 =0 ) , 達到設定百分比後慢加料( Out 2 =1 、 Out 1 =0 ), 達到定量後, 關閥( Out 2 =0 、 Out 1 =0 ), 如果在未達到設定量, IN 2 有信號, 關閥( Out 2 =0 、Out 1 =0 ) 並報警, 上傳到 PLC 。在人機界麵上設定,通過 PLC 控製, 從 RS485 總線發送信號,對任何灌裝閥進行開閥和關閥, 手動定量灌裝功能, 對任意一個灌裝閥進行稱重灌裝。

2.3 稱重的控製

機器運行周期, 前麵講過, 灌裝機每旋轉一周, 編碼器計數 600 個,每個工位 25 個數,即為一個機器運行工位周期。

根據 PLC 的編程指令, 高速計數器的值等於 24 個數據範圍, 對中間寄存器輸值, 這個中間計存器便產生周期性變化。如: 10+K× 25≤C 0 ≤15+K× 25 ( K=0 , 23 ) 成立, 令 M 0 =1 , M 0 在程序運行中, 隨著 C 0 的變化周期性的規律變化。

灌裝的控製, 檢測到一個瓶子進來,根據機器周期移位 n位,n 為檢測瓶子到灌裝初位的工位數。根據第 n 位的狀態, 通過 PLC 的 DO 1進行輸出, 控製無瓶不開閥。隻要機器運行, 通過 DO 2 輸出強製關灌裝閥。

2.4 稱重控製器的調試方法

控製器的參數設置, 對於每一個控製器, 均要進行參數設置, 包括控製器地址、常用稱重量程、快開閥比例值等參數的設置, 通信功能的調試。建立稱重測試實驗台, 利用灌裝閥、稱重托瓶機構建立稱重測試實驗台, 對每一個控製器進行測試, 調試到滿意的效果後上機調試, 降低上機調試難度, 提高整機調試速度。

上機靜態調試, 通過通訊總線,在機器停止情況下, 對每一個灌裝閥進行定量灌裝調試,調試出快開閥、量程參數, 記錄數據。上機動態調試, 動態上機調試是稱重調試的最後一步,必須在前三步調試完成後進行。

2.5 灌裝罐內殘留物料的回收

灌裝結束後, 灌裝罐內有剩餘的殘留物料,清洗之前進行回收, 減少浪費和環境的汙染。在灌裝稱重畫麵, 設置物料回收按鈕,選擇該按鈕後, 回收槽汽缸動作,灌裝入口不再進瓶,液位控製關閉, 進料閥關閉。 PLC 根據旋轉編碼器的運行位置, 判斷灌裝閥的開閉狀態,通過總線傳送給控製器進行開和關灌裝閥。

3  PLC 進行稱重定量的控製方案

如圖 4 所示, PLC 為控製核心, 稱重傳感器通過放大器將信號轉換成 4- 20mA 的標準信號,經過 PLC 處理, 控製灌裝閥的快灌裝和慢灌裝, 達到稱重控製灌裝。本方案的主要缺點是 PLC 處理的數據量比較大, 要求 PLC 運行速度、 A/D 轉換模塊精度采樣周期高,對於一台設備,需要雙 PLC 控製, 軟件編程工作量大, 優點是接線簡單

碳刷滑環的設計要求及接線方法相對控製器方案比較簡單, 如表 3 所示, 碳刷滑環的碳刷引線共 6根,其中 B 1 、 B 2 為 PLC 等的 DC24V供電電源, B 3 為無瓶檢測信號, B 4 為備用,B 5 、B 6 是 PLC 與人機界麵的 RS485 通訊連線

4 灌裝機液位控製(灌裝過程)

4.1 灌裝機液位控製原理

在灌裝過程中, 料缸液位的穩定,可以提高灌裝稱重定量的精度。液位探測器采用電容式直杆連續檢測和限位探頭。含有抗冷凝屏蔽管,對物料粘結補償能力, 使探頭在粘結嚴重場合下亦能維持穩定, 精確的開關點, 無需對其進行清洗或重複標定等優點。

控製器采用模擬量輸入輸出模塊, 物料進料控製采用氣動薄膜閥,通過氣電轉換器 A2 控製物料的進量。

4.2 液位控製要求

在人機界麵上建立液位探測器的參數設置畫麵, 設置液位探測器上下限位值,設置值、測量值。模擬量輸入輸出模塊的參數表, PID 調節設置參數, 電流輸出顯示,采樣次數, 輸出頻率等的設置, 根據該模塊的技術數據的要求進行編程。

5 結束語

稱重式定量灌裝是一個發展方向和趨勢,稱重控製是一個完整複雜的控製係統, 對於各種回轉式灌裝機的稱重控製有不同的要求, 不是一篇兩篇文章能夠解決的, 在具體的實現中,需要解決很多實際出現的問題, 本文隻是對控製原理進行了論述, 僅供參考。

參考文獻:

[ 1 ] 張有良 . 全自動高速紙箱包裝機的設計及電氣控製[ J ] . 包裝與食品機械, 2007 , ( 6 ) .

[ 2 ] 張有良 . 碼垛機械手的設計及電氣控製[ J ] . 包裝與食品機械, 2007 , ( 5 ) .

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