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| 基于PLC的自動灌裝機生產(chǎn)線的分析 | 2020-01-15 |
| 摘要：本文介紹了三菱FX系列PLC控制的自動灌裝生產(chǎn)線自動灌裝機，其主要功能包括桶的輸送、灌裝、壓蓋等功能，形成一體化自動灌裝機.為了保證自動灌裝機正常運行，能夠快速對自動灌裝機的錯誤進行修復(fù)，自動灌裝機設(shè)置了急停開關(guān)等按鈕.灌裝生產(chǎn)線的工作速度比傳統(tǒng)的手動覆蓋封口速度快，灌裝能力誤差小，容量灌裝誤差小. 1引言 油脂工業(yè)的發(fā)展與各式各樣的油脂機械是密不可分的，特別是灌裝類的機械產(chǎn)品，有大約三分之二的機械產(chǎn)品的制造目的是為了便于油脂的生產(chǎn)和灌裝.尤其是飲料工業(yè),更是與液體灌裝機密不可分E.隨著人們生活質(zhì)量的提升,對油脂的安全要求愈來愈高，需要對液體灌裝機有更高的精確度與更快的響應(yīng)和更準(zhǔn)確的定位.傳統(tǒng)的控制與制作方式已不能滿足于現(xiàn)代生產(chǎn)力的發(fā)展,迫切需要新的更、更高效和更智能的控制方式取而代之.目前國內(nèi)大多的產(chǎn)品灌裝機存在很多問題:如低灌裝速度，灌裝量準(zhǔn)確率不高(大于3%的誤差).因此，研制經(jīng)濟、環(huán)保且更智能化的液體灌裝機是順應(yīng)國情的發(fā)展，也是市場的急需 本設(shè)計利用PLC的功能和特點設(shè)計出了一款飲料自動灌裝生產(chǎn)流水線控制自動灌裝機，采用PLC控制，傳送帶傳送、流量計計量，光電稱重模塊收發(fā)信號等確保了灌裝的速度和精度. 2自動灌裝生產(chǎn)線的工作原理 自動灌裝生產(chǎn)線的硬件布局圖如圖1所示，當(dāng)稱重模塊1感應(yīng)到有桶放入傳送帶后，傳送帶開始啟動.到達稱重模塊2所位置時，傳送帶停止，開始對桶灌裝.灌裝完畢后，緩沖一段時間后，傳送帶重新開始啟動.當(dāng)灌裝好的桶到達稱重模塊3所位置時，傳送帶停止動作,開始對灌裝好的桶進行壓蓋操作.壓蓋完畢后，緩沖一段時間，傳送帶再次啟動,將灌裝壓蓋完畢的桶送出自動灌裝機. 3硬件設(shè)計 自動灌裝機的組成部分包括： (1)輸入元件:是整個控制自動灌裝機的啟動裝置.按鈕控制灌裝機的啟動、停止、復(fù)位、急停等各種控制;重要的輸入元件主要通過安裝在灌裝設(shè)備上各種稱重模塊實現(xiàn)檢測，啟動要求包括是否完成有瓶位的灌裝、瓶蓋的正確安裝位置檢測、勻速的容量瓶周轉(zhuǎn)效率和出瓶過程. (2)控制中心:液體灌裝機特定的工藝流程決定了它的主控中心要處理較多的輸入/輸出信號，并且需要信號傳遞得快而準(zhǔn),時間延遲小;控制對象有開關(guān)量和模擬量，還需要對減速電機、步進電機和協(xié)調(diào)一致的執(zhí)行機構(gòu)的運動進行控制，因此，控制中心采用PLC是勢在必行的，也是目前工業(yè)控制中常用的控制形式. (3)執(zhí)行元件:灌裝機自動灌裝機中的伺服自動灌裝機，在PLC自動灌裝機的控制下準(zhǔn)確完成灌液動作;一套壓蓋頭連接一臺伺服電機，專為壓蓋工序工作.自動灌裝機中步進電機共有兩套：包括步進馬達和步進驅(qū)動器，主要用于控制傳送帶的動作，而減速電機共有一套:包括減速馬達和調(diào)速器，用于金屬轉(zhuǎn)盤的運轉(zhuǎn)動作. (4)電動機:包括各種不同類型的電動機四套,其中有一套減速電動機、一套電動推桿電機、一套灌裝機電機、一套空壓機電機. (5)電磁體:包括壓蓋電磁體和灌裝電磁體. (6)指示燈:顯示自動灌裝機的運行狀態(tài). 自動灌裝機的硬件設(shè)計框圖如圖2所示: 4灌裝工作分析 本文主要介紹自動灌裝生產(chǎn)線的灌裝部分，自動灌裝機的灌裝部分是由氣缸與灌裝頭所組成，灌裝部分原理圖如圖3所示.灌裝機的基本結(jié)構(gòu)由氣缸與灌裝頭構(gòu)成，把氣缸的輸氣管接入空壓機后，當(dāng)氣缸排氣時，活塞開始吸水，吸水口是由一個雙層活塞體組成.當(dāng)活塞吸水時，由于內(nèi)外水壓差，外側(cè)水壓將活塞體推開，使液體能從外部進入活塞內(nèi)；當(dāng)氣缸進氣時,活塞壓縮，使出水口處的活塞體打開,液體從活塞被壓進灌裝口處，因為活塞體具有單向性，因此在吸水口處的水不會回流,而出水口處也 是如此. 4.1精準(zhǔn)度分析 由于灌裝所要求的精準(zhǔn)度非常高，因此灌裝部分的稱重模塊安裝的位置位于瓶嘴處.因為桶為類似椎體的結(jié)構(gòu)，并且瓶身的玻璃比較厚，因此，這樣做能夠有效提高灌裝的精準(zhǔn)度.并且在設(shè)計自動灌裝機程序時，應(yīng)盡量避免在灌裝部分設(shè)置延時程序，因為由于傳送帶的速度的不同與每個桶的重量差，所以當(dāng)傳送帶停止時桶的慣性也會有所不同，那么就會導(dǎo)致灌裝頭不能對準(zhǔn)瓶口，而且傳送帶的與自動灌裝機其他部分的摩擦力也會影響灌裝的精準(zhǔn)度. 4.2灌裝量調(diào)節(jié)分析 為了使自動灌裝機能夠適應(yīng)不同容量的桶的灌裝要求，必須對灌裝量進行調(diào)節(jié).而自動灌裝機的灌裝量調(diào)節(jié)是通過氣缸上的磁性開關(guān)組去實現(xiàn)的，磁性開關(guān)組是由一個固定磁性開關(guān)與一個活動磁性開關(guān)所組成，當(dāng)兩個開關(guān)間的距離越短，灌裝量則越少,反之則越多. 4.3灌裝速度調(diào)節(jié)分析 由于灌裝量的不同，在同樣的氣壓下,灌裝的速度也會有所不同.因為本自動灌裝機灌裝部分所允許的誤差范圍在2~5mm內(nèi)，因此，過快的灌裝速度會使水壓過大,從而會使灌裝液體濺到桶外.為了防止這種事情發(fā)生，灌裝速度的調(diào)節(jié)也就顯得尤為重要了. 在固定的灌裝量前提下,可以通過調(diào)節(jié)氣缸進氣速度來調(diào)節(jié)灌裝的速度.為灌裝部分的氣缸的原理為:當(dāng)氣體進入氣缸時,氣缸內(nèi)氣體容量會增加，使活塞壓縮，從而使活塞內(nèi)的水壓進灌裝口內(nèi)，然后因為灌裝口內(nèi)外氣壓差，使水壓出至桶中.因此，將氣缸上的進氣閥扭緊過程中，氣缸進氣的速度會不斷減慢，從而使灌裝速度減慢.但是需要注意氣缸的進氣與排氣的速度需要配合好，不然氣缸會無法運行. 而在相同的進氣速度前提下，灌裝量越多，灌裝的速度越慢. 5壓蓋工作分析 本次設(shè)計釆用氣動壓蓋機，原理與灌裝機大致相同，通過空壓機為氣缸供氣，使氣缸帶動活塞把蓋子壓到瓶口上.通過調(diào)節(jié)磁性開關(guān)控制氣缸的行程，即可調(diào)節(jié)活塞的位置,可為不同高度的桶進行壓蓋. 5.1壓蓋高度調(diào)節(jié)分析 為了滿足不同高度桶的灌裝與壓蓋,本自動灌裝機壓蓋部分能夠通過旋轉(zhuǎn)壓蓋口的螺絲對壓蓋機的長度進行調(diào)節(jié).順時針旋轉(zhuǎn)壓蓋口將升高壓蓋高度;逆時針旋轉(zhuǎn)壓蓋口則降低壓蓋高度.壓蓋前的高度應(yīng)調(diào)節(jié)到與所要壓蓋的桶的瓶口相距1.5cm合適. 需要注意的是,壓蓋機上方螺母可以用來調(diào)整壓蓋距離，在同等的力度下，距離越長，壓蓋的力度越大.因此，調(diào)整壓蓋距離也同樣重要，因為一旦距離過長,桶壓蓋完畢后壓蓋機會把桶吸起來. 5.2壓蓋力度調(diào)節(jié)分析 由于不同桶的材質(zhì)也有所不同，為了避免部分桶的材質(zhì)比較薄而壓蓋力度過大導(dǎo)致桶變形或者碎裂，壓蓋力度的調(diào)節(jié)對自動灌裝機的實用性也顯得尤為必要，通過調(diào)節(jié)壓蓋機氣壓表上的黑色旋鈕，往“+”方向則是通過加強氣壓對壓蓋的力度進行加強;往方向則是通過釋放部分空氣使氣壓變?nèi)酰瑥亩顗荷w力度變小. 6自動灌裝機調(diào)試過程分析 在電腦上安裝PLC仿真軟件GXDeveloper,進行軟件仿真調(diào)試.在程序編寫過程的同時，搭建好灌裝生產(chǎn)線的各部分硬件，并將PLC和觸摸屏按照相關(guān)協(xié)議連接好.測試程序完成后，將PLC程序?qū)懭氤绦蚩刂破鳎詣庸嘌b機進入工作模式.自動灌裝機已設(shè)置為兩種運行模式,分別是自動運行模式和手動運行模式，手動運行模式是通過各個功能按鈕來實現(xiàn)的.這兩種運行模式可以通過按鈕面板來操作實現(xiàn),也可以通過觸摸屏來實現(xiàn). 在進行灌裝調(diào)試時，先將灌裝機連接水源，壓蓋機連接空壓機.根據(jù)桶移動的速度、停止的位置，調(diào)整，電機的轉(zhuǎn)速和稱重模塊的位置，以確保自動灌裝機的精準(zhǔn)度與生產(chǎn)效率. 在調(diào)試過程中，需注意一些問題.由于剛開始灌裝時，精度并未調(diào)整完畢，當(dāng)傳送帶急停急運會令桶晃支，灌裝的液體會濺到周圍，有導(dǎo)致自動灌裝機線路短路的危險.為避免這種狀況發(fā)生,在灌裝調(diào)試過程中，可用一個塑料盒子裝著桶進行灌裝.在調(diào)試結(jié)束后,用線槽將線路裝起來,并用木塊將線槽架起來避免液體流入線槽. 兩種運行模式的調(diào)試是設(shè)計的關(guān)鍵點.選擇手動模式時,需要分別通過各實體按鈕控制或觸摸屏界面的各按鈕分別對自動灌裝機的各個工序進行測試.自動模式則只需用按下“自動運行”實體按鈕或觸摸屏界面對應(yīng)的“按鈕”即可.特別要注意的是，在手動模式下，稱重模塊不應(yīng)該動作，所以在PLC程序中要屏蔽稱重模塊的信號. 通過仿真調(diào)試，可以發(fā)現(xiàn)觸摸屏與PLC連接后協(xié)同工作時的各種問題，如PLC程序是否編寫合理,有沒有出現(xiàn)語句重復(fù)運行的情況;觸摸屏的軟元件設(shè)置是否與PLC內(nèi)部寄存器一_對應(yīng)等.經(jīng)過自動灌裝機的運行調(diào)試，可以及時發(fā)現(xiàn)PLC程序編譯中的問題，檢查所設(shè)計的程序是否能實現(xiàn)所需的功能,如果不能實現(xiàn),則需進行反復(fù)修改.使用仿真軟件對程序進行調(diào)試，可以不斷地重復(fù)進行試驗，直到程序能實現(xiàn)所需功能后，再將程序?qū)隤LC設(shè)備中.但是要注意的是，觸摸屏與PLC的通信仿真只能在軟件與軟件之間進行,不能用實際的設(shè)備與軟件進行通信仿真. 7結(jié)語 本文介紹了PLC控制自動灌裝生產(chǎn)線自動灌裝機的工作原理,硬件組成，灌裝精準(zhǔn)度分析、灌裝量調(diào)節(jié)分析，灌裝速度調(diào)節(jié)分析,壓蓋工作分析和自動灌裝機調(diào)試.該自動灌裝機利用PLC與硬件協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)了快速灌裝、壓蓋等功能，自動化程度較高，可以大大提高生產(chǎn)效率. | |
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