| S7-200PLC在自動灌裝機上的應用 | 2020-01-16 |
［摘要］自動灌裝機主要組成及功能某油漆廠生產的我油漆具有活性大、易燃燒等特點，因此產品灌裝采用DCS50-C1型自動液體灌裝機。該自動灌裝機由S7-200PLC控制，采用重力式自流給料方式，通過給料控制器控制給料速度，具有操作簡便、自動化程度高、密封性能好、計量精度高、結構可靠和生產率高等特點。工作時，除人工套桶外，夾桶、落料、計量、放料、鐵桶等工作均自動依次完成。DCS50-C1型自動液體灌裝機主要由稱重儀表、稱重模塊、料倉、螺旋輸送機、精度控制閥、充氣抽塵裝置、夾桶器升降機構、夾桶器、電氣控制系統、氣動控制控系統及機體等組成。人工將灌裝桶放置在供桶機的供桶盤上，供桶機自動取桶、送桶，裝桶機自動取桶、開桶。上游物液體靠重力由儲液體倉落入自動液體灌裝機中進行全自動稱重，稱重后的定量物液體落入灌裝桶中，以滿桶每桶25kg裝桶。裝完物液體的液體桶在立桶輸送機的輸送過程中，經夾口整形、折邊熱封口工序后，輸送至倒桶輸送機。倒桶輸送機將液體桶放倒，放倒的液體桶輸送至壓平輸送機上壓平整形后，進入金屬檢測機進行金屬雜質檢測。金屬檢測后的液體桶輸送至電子復檢秤上進行重量復檢，含有金屬雜質或重量不合格的液體桶被揀選機剔除，合格的液體桶由揀選機輸送至皮帶輸送機上。液體桶在皮帶輸送機的輸送過程中，由噴墨打號機打印批號，打印批號的液體桶由皮帶輸送機輸送至碼垛單元的斜坡輸送機。斜坡輸送機將液體桶提升至碼垛高度，經整形壓平機壓平整形后，由緩停輸送機輸送至轉位輸送機上，由轉位輸送機按預定編組方式轉位（桶口朝里，2-3、3-2編組，見圖2-1）后，送至編組機上進行編組，編組后的液體桶被推桶機推送至緩停板上等待碼垛。在推桶壓桶機、分層機和升降機的協調工作下，一層液體桶被碼放到托盤倉、托盤輸送機自動供應到垛盤輸送機的托盤上，直至碼完一垛。垛盤由垛盤輸送機送出，由垛盤輸送機輸送至垛盤輸送機上，由叉車下線入庫。 （1）稱重儀表選用梅特勒托力多公司的PAN-THER2000T600工業稱重終端（定值及配料控制）。該儀表可靠性高、抗干擾能力強、使用維護方便，具有重量顯示、自動去皮.、自動校零、自動落差修正、超差報警等功能。 （2）稱重模塊選用寧波柯力電氣制造有限公司生產的單點式傳感器，其額定載荷為50kg,靈敏度為（2.0士0.002）mV/Vo （3）料倉上有蓋，使用快速夾頭與料倉體相連。料倉上設有1個氮氣充入閥及1個排氣閥，用于置換料倉中的空氣。當產品料罐與料倉連接時，取下料倉蓋，使料倉下法蘭通過刀閘閥與法蘭連接，并用快速夾夾緊，打開氮氣充入閥向料倉內充入氮氣，同時打開排氣閥排出料倉內的空氣。 （4）螺旋輸送機用于給自動灌裝機強制給料。物料從料倉進入螺旋輸送機，螺旋輸送機的螺旋葉片旋轉將物料絞入葉片并輸送到出料口。螺旋葉片的軸由變頻電機驅動，軸體的旋轉速度通過變頻器調節，可獲得快速及慢速兩種速度，以滿足計量精度要求。 （5）精度控制閥安裝在螺旋輸送機的出料口上。一旦檢測到給料結束，螺旋輸送機便停轉，精度控制閥也關閉，這樣能避免因螺旋輸送機慣性轉動而引起的計量誤差，保證了計量精度。 （6）充氣抽塵裝置安裝在1個雙層落料筒上，物料從內層筒通過，內層筒與外層筒間的夾層安裝氮氣充入閥及抽塵閥。計量開始前向灌裝桶內充入氮氣，計量開始后停止充氣，同時打開抽塵閥，將灌裝過程中產生的灰塵回收到除塵器。 （7）夾桶器升降機構采用絲杠升降，以滿足灌裝不同灌裝桶的要求。 （8）夾桶器是根據用戶灌裝桶是塑料薄膜而專門非標設計的，夾緊部位充分考慮塑料薄膜灌裝桶的特性，釆用柔軟材質，以保護灌裝桶在灌裝過程中不致損壞。 （9）機體是整個自動灌裝機的支撐，自動灌裝機的其它部件都安裝在此剛性機體上，共同組成一套完整的自動灌裝機。 2自動灌裝機的工作流程 2.1自動工作過程 首先，按下“置換開關”，“料倉排氣”、“料倉進氣”指示燈亮，同時料倉上的排氣、進氣電磁閥動作，置換空氣開始；設置的置換時間（可通過控制柜內的置換延時繼電器來調整）到后，“料倉排氣”、“料倉進氣”指示燈熄滅，同時排氣、進氣電磁閥關閉，置換空氣完畢。然后，人工將灌裝桶套在自動灌裝機的出料口上用夾桶器夾緊，撥動下料口旁（或控制柜上）的“自動下料”開關，吹桶閥打開，脹桶開始；脹桶時間（可通過控制柜內的脹桶延時繼電器來調整）到后，吹桶閥關閉，同時截止閥打開，“下料”指示燈亮，電機快速旋轉喂料。下料2s后，除塵閥打開，開始抽塵。當物料重量達到稱重儀表所設定的大投重量值時，電機自動轉換成慢速后旋轉喂料；當物料重量達到稱重儀表所設定的灌裝目標重量值后，電機停轉，“下料”指示燈關，除塵閥關閉，隨后稱重儀表等待2s開始檢查有無超差。若有超差，則“超差”指示燈點亮并保持2s后熄滅，程序復位，人工卸下灌裝桶，進行超差處理；若無超差，則“滿秤”指示燈點亮并保持2s后熄滅，程序復位。最后，人工卸下灌裝桶，用螺旋輸送機送至真空自動灌裝機，進行抽真空、充氮氣、熱合封口等工作，完成一次工作循環。 自動灌裝機的氣動系統的氣動原理是：由主干線來的壓縮空氣中含有水分和雜質，經氣水分離過濾器后，將水分分離出來冰排出氣動系統，同時對雜質進行過濾，得到凈化后的壓縮空氣再經減壓閥減壓和穩壓，最后經電磁換向閥提供給執行元件-氣缸，通過電氣系統控制電磁換向閥的閥芯的動作。從氣缸排出的壓縮空氣經過消音器后排放到大氣中，因消音器可減小壓縮空氣快速排放時產生的的噪音，因此使整個氣動系統的噪音降到程度。利用調速閥可調節壓縮空氣進入或流出氣缸速度，從而可調節氣缸動作的運動速度。自動灌裝機的控制系統按功能單元分為電子秤控制系統、液體灌裝機控制系統、輸送段控制系統和碼垛機控制系統，這四個自動灌裝機根據各自的末端信號連鎖運行。在電子秤進入自動運行后，控制相應的執行元件伺服電機來完成粗給液體、精給液體動作，并向灌裝控制系統發出投液體信號；灌裝控制系統在其液體桶準備好后（指取桶、開桶等一系列動作），向電子秤控制系統發出允許卸液體信號，電子秤控制系統控制卸液體門氣缸液體門打開，將物液體投入液體桶中，灌裝控制系統控制裝好的液體桶經封口后進入輸送段。用于物液體稱重，顯示稱重結果，循環示意圖見圖3-2所示。當物液體靠重力進入電子稱重箱后，稱重傳感器開始采集稱重信息，此時稱重箱翻門關閉，落液體箱落液體閘門打開，進行粗給液體，當稱重達到設定值時，落液體閘門關閉至細流口，進行精給液體，稱重達到落液體閘門關閉而計量的重量尚有欠缺，可在伺服電機的控制下，快速將閘門打開細流口進行“補秤”，直到達到規定的重量值，并迅速關閉。灌裝部分啟動后，將給輸送段一個啟動信號，同時，輸送段控制元件給灌裝部分一個正常信號；如果灌裝控制器在自動運行過程中沒有接收到輸送段的正常信號，灌裝部分將停止運行，在輸送段的故障排除后，才能正常運行。在生產線正常運行時，當自動灌裝和碼垛部分建立連鎖時，自動碼垛控制器向自動灌裝控制器發出正常運行信號，當自動碼垛部分出現故障報警停止時，自動碼垛部分的正常信號自動斷開，自動灌裝部分也相應的停止，直到自動碼垛部分正常運行為止；當自動灌裝和碼垛部分解除聯鎖時，各自都可以獨立工作，且互不影響。自動灌裝機以可編程控制器為邏輯控制核心，它根據現場實際情況來驅動伺服電機完成初始化及加液體等動作，同時接收電子秤傳來的信息協調雙秤的投液體關系，并控制超差投液體；稱重部分以稱重控制器為控制核心，將稱重傳感器檢測到的模擬量信號轉換成數字量信號，進行運算比較，并將相關數據（如粗加液體、精加液體、補液體等）傳遞給可編程控制器，同時檢測可編程控制器傳來的允許投液體及超差投液體信號。 4影響液體灌裝機正常運行的因素 在實際生產過程中，液體灌裝機能否正常生產運行主要受電氣、稱重顯示器元件以及灌裝液體、灌裝桶等因素的影響。 2.2手動工作過程 手動工作方式主要是為設備檢修、調試提供方便，只需在開機后撥動“手動下料”開關即可。手動方式下儀表不啟動，吹桶閥不工作。工作流程如圖1所示。 |完成灌裝|侮而位 |真空熱合畫旋輸送K 圖1工作流程圖 3控制系統 控制系統釆用西門子S7-200PLC進行集中控制，選用CPU222CN(6ES7212-1BB23^OXB8,AC100~230V電源，DC24V輸入，繼電器輸出)。此系列PLC具有結構緊湊、模塊化、可擴展性強、指令集豐富等特點，提供8點數字量輸入和6點數字量輸出控制稱重模塊的輸岀與輸入，集成1個R手485通信接口便于聯機聯網、實時監控、遠程診斷和網絡化管理等。擴展模塊為數字量擴展模塊EM222CN(6ES7-222-lHF22-0XAB),有8點輸出繼電器。PLC控制結構框圖如圖2所示。 灌裝系統主要由開關量控制。料門的全部動作由氣缸驅動，而氣缸又由相應的電磁閥控制。設備均可采用自動和手動兩種操作方式。手動操作時，按鈕選擇手動位置，用按鈕對每步進行單獨操作；自動操作時，按鈕選擇自動位置，點擊啟動按鈕，設備便自動連續不斷地周期性循環工作。在工作中，若按下停止按鈕，則設備在繼續完成1個周期的動作，回到初始狀態后自動停運。 在COM接口通過PC/PPIcable(PPI)與計算機進行 自動灌裝機啟動后進行I/O狀態檢測，如果出現任何I/O錯誤，置位為1;置換延時時間到，料倉排氣和進氣閥門動作；吹桶延時時間到，打開吹桶閥門；延時幾秒后啟動儀表，快給料時啟動收塵器；手動下料及快給料時變頻器快速輸出；慢給料時變頻器慢速輸出；變頻器快速輸出時，沒有變頻故障，沒有慢速輸出，啟動變頻器，打開截止閥，輸出下料指示；延時幾秒打開除塵閥；慢輸出時延時幾秒，有超差輸出超差指示，無超差則滿秤指示；完成后置位。 （4）追溯開鎖記錄，考核作業行為。常規防盜鎖具無法對開鎖記錄進行存儲和上送，因此無法進行后期的追溯和跟蹤，限制了自動灌裝機科學管理水平。防盜鎖具內部配有存儲區，每次的相關開鎖記錄都記錄在存儲區中，特殊情況下可通過智能手持終端讀取相關記錄，實現對開鎖記錄的追溯功能。 （1）自動灌裝機組成和配置。自動灌裝機由應急中心、通信網絡和自動灌裝機組成，在應急中心就可實現對自動灌裝機的防盜門開閉監控和設備的防誤操作管理。應急中心配置一套自動灌裝機防誤軟件，自動灌裝機軟件在服務器上運行，運行環境為Win¬dows2008Sever操作系統、DB2-9.5數據庫。自動灌裝機軟件通過顯示所轄自動灌裝機的電氣接線圖和平面布置圖，實現對自動灌裝機內防盜鎖具和防誤鎖具的操作管理。系統配置防誤和防盜鎖具共用一把智能鑰匙，自動灌裝機具備3G/CDMA2000/WCDMA通信功能，可在自動灌裝機端直接通過3G網絡發送防盜鎖開閉信息到系統軟件。 （2）防盜報警功能。自動灌裝機防誤系統與輔助系統軟件之間實現信息交互，發送自動灌裝機操作的實時信息。輔助系統收到自動灌裝機信號后，與系統內所有動作的門自動灌裝機灌裝啟動時就開始吸塵，直至灌裝結束，運行半年，灌裝精度不大于0.2%；灌裝系統程序改為在快下料時吸塵，在慢下料時停止吸塵，灌裝精度有明顯提高，達到不大于0.1%。自動灌裝機一直運行穩定，能夠滿足工藝要求，保證了出廠產品的灌裝質量和灌裝速度，提高了生產效率。 （3）通信情況。在通道部分，根據現場的實際光纖通道和輔助系統的應用情況，分為兩種情況進行實施：對于少數已具備光纖通道和輔助系統的自動灌裝機，采用以太網方式直接接入觸摸終端；對于大多數不具備光纖通道和輔助系統的自動灌裝機，觸摸終端和門磁開關采用GSM通信轉換器上送應急中心，暫不接入有線網絡，等待改造后一并接入有線網絡。 4結束語 自動灌裝機運行一年半，給料控制機構與除塵系統相結合，給料速度與排塵速度相匹配，實現了灌裝速度的可控調節，灌裝現場的無粉塵污染。原灌裝系統程序設計為在信號進行匹配，若確認為同一個防盜鎖，則判斷為正常開鎖，否則有門磁開關信息而無防盜鎖開鎖信號的自動灌裝機判斷為非法闖入，彈出報警框提示處理。 | |
