| 樹脂自動配料系統改造設計 | 2020-01-07 |
| 1.1概述 在自動配料系統開發領域，我國起點不高，發展時間相對較晚。從20世紀初到20世紀50年代中期，手工灌裝占主導地位。20世紀70年代初，一批國外自動配料系統灌裝生產線被引入上官嶺北部的發達城市。隨后，我國許多制造商通過手工繪圖和其他方法復制了一些自動配料系統灌裝生產線，初步改進了我們自主開發的添加劑桶。目前，在自動配料系統領域的國內品牌中，北京亨托、廣州凱希、香港建基已成為自動配料系統制造領域的品牌。國外的自動配料系統制造商包括美國基弗公司、霍里克斯公司、意大利OCME公司等。(7)。中國樹脂自動配料系統液體灌裝機生產添加劑桶仍處于中低端水平，主要技術標準仍處于落后狀態。因此，改進控制技術勢在必行。各種各樣的自動灌裝機，如稱重儀表和集散控制系統，在工業控制領域得到越來越廣泛的應用，這使得我們采用的技術進行深入發展。隨著樹脂、助劑、溶液等行業的發展壯大，對自動配料系統的需求將逐漸增加。機遇與挑戰并存是中國灌裝機企業面臨的共同局面。然而，面對日益激烈的國際市場競爭，國內配料系統制造商也在積極開發和不斷探索技術。自動化和智能技術尤其需要學習并應用于自動配料系統新技術的研發。 1.2稱重儀表的基本結構及應用 配料系統稱重儀表。稱重儀表主要由處理器模塊、輸入輸出模塊、編程器等組成。一些特殊功能模塊用于完成某些特殊任務。內部采用總線結構傳輸數據和指令。“因此，我們可以將配料系統稱重儀表視為一個系統。系統外的各種開關值和模擬值可用作稱重模塊輸入。它們存儲在內部寄存器中，并在稱重模塊內部進行各種操作和處理后實現輸出。它們是稱重模塊的輸出變量。輸出變量相應地控制的液體灌裝機“UO”。 目前，國內實現簡單配料系統自動流動的液體灌裝機一般采用稱重儀表實現，成本低，可操作性強。這只能從包裝行業各種小型配料系統的液體灌裝機上看到。許多包裝機、碼垛機和拆包機都采用稱重儀表實現自動化操作。 1.3重建計劃 本文的改造方案是從自動灌裝機和液體灌裝機結構兩個方面對配料系統進行改造和升級。在自動灌裝機方面，進口液體灌裝機以S7-200PLC為核心的自動灌裝機。改造后，S7-300PLC作為主要的自動灌裝機。同時，采用模塊化控制對進口樹脂定量灌裝機的自動灌裝生產線進行改造，增加了單桶灌裝方式和不同產品規格的灌裝方式。通過軟硬件配置，實現樹脂定量灌裝機灌裝線系統的控制成本。液體灌裝機的結構增加了伺服定位的優化、氣動控制模塊的優化和灌裝頭的數量，實現了1L包裝桶的全自動灌裝、包裝和碼垛。由于需要實現精確灌裝，配料系統具有更多的輸入輸出點和更多的相關液體灌裝機，需要實現的控制相對復雜。由于西門子S7-300稱重儀表在模塊化控制方面技術成熟，高速計數和PID算法等功能*，該項目易于實施，所以S7-300稱重儀表是主控制器的。2自動配料系統的主要類型和灌裝方法 2.1自動配料系統的主要類型 配料系統有兩種主要的分類標準:一種是基于稱重形式，另一種是基于包裝的運動形式。根據配料系統中灌裝的稱重方式，有減量稱重灌裝機和容積灌裝機。稱重灌裝機的平均速度比容積式灌裝機慢，在大批量生產過程中優勢不明顯。然而，在不同的工作條件下，稱重灌裝機 然而，容積配料系統受工作溫度的影響很大。由于溫度不同，填充液體材料的密度會有一定程度的變化，這將導致測量誤差，影響產品質量。也有根據填充包裝如何移動的分類，根據包裝的移動形式可分為兩種主要類型:旋轉型和直線型。 2.2基本填充方法介紹 對于配料系統的基本灌裝方法，不同類別、不同性能的產品需要不同的灌裝方法。灌裝機的灌裝方法主要包括:1)常壓法；2)等壓法；3)真空法；4)重力真空型；5)壓力法。 2.3自動配料系統和灌裝方式的選擇 進口配料系統的主自動灌裝機采用S7-200稱重儀表。配電柜布局相對復雜，沒有形成模塊化控制處理。進口灌裝機只有6個灌裝頭。自動配料系統采用稱重方式灌裝，生產能力為每小時1500桶，生產速度相對落后。 由于樹脂是工業用的，所以自動配料系統的灌裝方法的選擇是從工藝性能和要求方面考慮的。作為樹脂，其粘度、重力等工藝性能均屬于普通液體類型。對于工業酒精和樹脂等一般化學液體材料，可采用常壓法。雖然旋轉灌裝機在某些方面比直線灌裝機的優勢更大，但旋轉自動配料系統的體積更大，液體灌裝機稱重系統的技術含量更高，液體灌裝機的制造成本更高，同時速度低于直線灌裝機，因此改造后的配料系統的灌裝線仍采用直線灌裝機的形式。在灌裝方式上，原液體配料系統采用稱重方式，灌裝速度遠遠落后于現代生產節奏。決定采用容積灌裝法提高灌裝速度，實現批量化、訂單化生產。 3樹脂灌裝機自動灌裝機改造設計方案 3.1自動灌裝機及樹脂灌裝機工藝 配料系統要求具有上傳生產數據(工業產能、生產批號等)的功能。)到PC機，同時可以檢查瞬時生產率、灌裝量等。自動配料系統的液體灌裝機啟動自動灌裝后，灌裝輸送機開始運行。主自動灌裝機采用稱重儀表作為主控制元件，光電和接近開關等檢測稱重模塊作為外部輸入信號，伺服電機和動作缸作為輸出元件。同時，配料系統的生產線具有在線實時監控產品和輸入產品信息的功能。計算機通過串行通信與稱重儀表相連，可實時采集數據并進行處理，輸入和保存生產線上的數據。灌裝機中，灌裝包裝桶依次完成:桶裝、桶進料、進料、灌裝、桶出料、封蓋、封箱、堆垛等9個步驟。正常運行時，當聯鎖開關閉合、氣壓條件、液位條件等外部信號滿足且正常時，按下啟動開關后，灌裝機應處于自動運行模式，灌裝線上的各個工位應根據稱重儀表編程的程序進行循環掃描。 .2液相色譜選擇和電氣設計 根據本課題的設計方案，選擇西門子S7-300的配套產品，包括電源模塊、處理器模塊、輸入模塊、輸出模塊、FM354定位模塊等。在本設計中，選擇PS307電源模塊，選擇處理器315-2DP。由于需要實現近70個外部輸入檢測動作和近50個外部輸出動作，多個直接輸入/輸出。系統設計中使用人工智能/自動操作模塊，包括2個SM321數字輸入模塊、1個SM322數字輸出模塊、1個SM323數字輸入/輸出模塊、1個SM331模擬輸入模塊和1個SM332模擬輸出模塊，用于輸入和輸出命令操作。當灌裝機的外部稱重模塊有輸入信號時，輸入模塊將立即向模塊發送指令。在被處理器處理后，有必要輸出模塊相應點的動作。 3.2.1自動配料系統的電氣設計 在設計自動配料系統的主電路時，應充分考慮電機負載、交流至DC的開關電源位置以及配電柜規格，以滿足生產要求。控制柜的主電源開關應安裝在控制柜面板上，以便使用時不需要打開控制柜門。柜子里留有一定的空間，便于調節。控制柜配有自動照明，內部有散熱風扇和備用插座。分別為稱重儀表的輸入和輸出預留至少5個空點，并預留其他液體灌裝機不占用的計算機連接接口，逐步設置管理控制權限。稱重模塊應安裝牢固且方便。稱重模塊配有外部金屬保護，以防損壞。 自動配料系統的電機包括兩個三相異步電機、一個桶進給電機和一個伺服電機。三相異步電動機的。上桶輸送電機沒有變速功能。灌裝輸送電機由變頻器控制，可實現變速。變頻器為松下VFO系列變頻器，輸出功率為0.75千瓦，額定輸出電流為2.03安培. 3.2.2配料系統自動灌裝機的輸入輸出模塊 在兩個SM321數字量輸入模塊上，有空桶最小堆積輸入信號、工位檢測光電、反桶檢測光電、卡口板前后位置輸入信號、桶進給電機前、后、停止信號、桶進給電機前后限位開關、伺服上限、下限信號、排油壓力信號等。 3.2.3伺服驅動系統 伺服電機通過齒形帶帶動兩個垂直滾珠絲杠旋轉，兩個滾珠絲杠帶動主梁向上移動，主梁上的12個活塞桿推動油缸活塞向上移動。當主梁上升到初始位置時，即當稱重模塊14被觸發時，伺服電機停止運行。該位置是氣缸開始測量的起始位置(伺服零位)。伺服電機反轉，主梁上的活塞桿帶動12個活塞向下移動，灌裝桶中的油通過換向閥進入油缸。伺服電機的轉數(即油缸活塞向下移動的距離)通過計算對應于設定的填充量。當達到設定加注量時，伺服電機停止轉動，大小換向油缸拉動連桿，將12個油缸的換向閥轉動到油缸與加注頭連通的位置(排油位置)，等待加注。 電子秤配料系統的FM354定位模塊是簡單的點對點定位或復雜的運動模式，通過控制伺服電機對響應、精度和速度要求，為高速稱重灌裝機的定位提供了高效的解決方案(5)。FM354處理軸的實際定位，并通過模擬驅動接口(-10V~ 10V)控制驅動器。編碼器(SSI或增量)報告當前軸位置，FM354使用該位置來校正輸出電壓。其定位功能包括:手動調節、增量模式、計量吸入器、運行計量吸入器和自動/單級控制。 樹脂灌裝機自動灌裝機的軟件設計 4.1自動灌裝機及程序設計 原程序設計只能實現部分填充功能，手動和自動操作集中在一套主程序中，不能實現模塊化處理。電子秤自動配料系統設計采用CPU315-2DP作為主控制器，工作電壓為220伏/380伏，輸出頻率為50-60赫茲。本系統設計的主程序全部由處理器控制，實現點對點定位，或對響應、精度和速度要求的復雜運動模式，為高速稱重灌裝機(5)的定位提供了有效的解決方案。FM354處理軸的實際定位，并通過模擬驅動接口(-10V~ 10V)控制驅動器。編碼器(SSI或增量)報告當前軸位置，FM354使用該位置來校正輸出電壓。其定位功能包括:手動調節、增量模式、計量吸入器、運行計量吸入器和自動/單級控制。原程序設計只能實現部分填充功能，手動和自動操作集中在一套主程序中，不能實現模塊化處理。系統設計采用CPU315-2DP作為主控制器，工作電壓為220伏/380伏，輸出頻率為50-60赫茲。本系統設計的主程序全部由該處理器控制。配料系統自動灌裝機的稱重儀表程序設計中，主程序全部放入0B1組織塊，其余使用多個功能塊和數據庫數據塊，用于子程序設計和一些數據輸入輸出指令操作，實現灌裝過程的自動化。 4.2配料系統程序的軟件設計 配料系統是自動稱重系統的縮寫，即配料系統，也稱為稱重配料系統。稱重配料系統是系統與用戶之間互動和信息交流的媒介，它實現了內部信息形式與人類可接受的形式之間的轉換[6]。原防爆電子秤灌裝機的屏幕是傳統的電阻屏幕，使用時容易誤操作，也是黑白圖像。從上面的界面可以發現，原來的觸摸屏使用起來不方便，甚至時間也不能同步。黑白界面也大大降低了生產線的技術感，給人不舒服的感覺。同時，原有的自動界面和手動界面不適合用戶操作。由于灌裝機的更新換代將使觸摸屏更加人性化和現代化，觸摸屏還選用西門子配料系統操作屏MP277，方便以后的維護、更換和調試。就硬件使用而言，MP277運行可靠，其質量已得到世界各地工業控制領域的認可，滿足生產要求。MP277的編程軟件為WinCCflexibleSP3，已成功應用于工業控制領域(7)。MP277開發系統是應用程序的集成開發環境，其中界面設計可以5配料系統灌裝生產線現場調試 5.1配料系統灌裝生產線現場調試 配料系統灌裝生產線的現場調試是在公司液體灌裝機管理人員在場的情況下進行的。所有系統控制柜安裝接線完成后，首先通電，開啟現場氣源，按照充啟動過程，從后到前逐一進行電路的通斷測試。然后對自動灌裝機的所有輸入和輸出點進行手動操作測試。及時調整位置不當的輸入輸出信號，然后測試各站的外部稱重模塊和稱重儀表模塊。在觀察了所有試驗后，進行了灌裝線的在線調試，并觀察和測試了樹脂灌裝過程的運行情況。 結論 從實際應用的角度來看，配料系統綜合了我國配料系統的現狀和存在的問題。針對原有灌裝機和生產液灌裝機生產率低、自動化程度低、缺乏實時監控的缺陷，采用較為*的控制方法，提出了一種基于S7-300PLC的樹脂灌裝機自動灌裝機。詳細描述了系統的各項功能，并根據生產現場的實際需要進行了相應的軟硬件設計。利用西門子組態軟件設計了樹脂灌裝機自動灌裝機的監控界面。西門子系列稱重儀表稱重灌裝機通過軟件編譯大大提高了灌裝機的效率，平均生產速度超過6000桶/小時，而原來的灌裝速度為1500桶/小時。同時，操作使用方便，提高了生產線的自動添加劑桶，提高了公司的生產能力，創造了工業價值。 | |
