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| 基于PLC的自動灌裝機(jī)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(jī)，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(jī).為了保證自動灌裝機(jī)正常運(yùn)行，能夠快速對自動灌裝機(jī)的錯誤進(jìn)行修復(fù)，自動灌裝機(jī)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(jī)械是密不可分的，特別是灌裝類的機(jī)械產(chǎn)品，有大約三分之二的機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jì)、環(huán)保且更智能化的液體灌裝機(jī)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(diǎn)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(jī)，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(dá)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(dá)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(jìn)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(jī). 3硬件設(shè)計 自動灌裝機(jī)的組成部分包括： (1)輸入元件:是整個控制自動灌裝機(jī)的啟動裝置.按鈕控制灌裝機(jī)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(shí)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(jī)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(jī)、步進(jìn)電機(jī)和協(xié)調(diào)一致的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動進(jìn)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(jī)自動灌裝機(jī)中的伺服自動灌裝機(jī)，在PLC自動灌裝機(jī)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(jī)，專為壓蓋工序工作.自動灌裝機(jī)中步進(jìn)電機(jī)共有兩套：包括步進(jìn)馬達(dá)和步進(jìn)驅(qū)動器，主要用于控制傳送帶的動作，而減速電機(jī)共有一套:包括減速馬達(dá)和調(diào)速器，用于金屬轉(zhuǎn)盤的運(yùn)轉(zhuǎn)動作. (4)電動機(jī):包括各種不同類型的電動機(jī)四套,其中有一套減速電動機(jī)、一套電動推桿電機(jī)、一套灌裝機(jī)電機(jī)、一套空壓機(jī)電機(jī). (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(jī)的運(yùn)行狀態(tài). 自動灌裝機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)入活塞內(nèi)；當(dāng)氣缸進(jìn)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(jìn)灌裝口處，因?yàn)榛钊w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?yàn)橥盀轭愃谱刁w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(jī)程序時，應(yīng)盡量避免在灌裝部分設(shè)置延時程序，因?yàn)橛捎趥魉蛶У乃俣鹊牟煌c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(jī)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(jī)能夠適應(yīng)不同容量的桶的灌裝要求，必須對灌裝量進(jìn)行調(diào)節(jié).而自動灌裝機(jī)的灌裝量調(diào)節(jié)是通過氣缸上的磁性開關(guān)組去實(shí)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?yàn)楸咀詣庸嘌b機(jī)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(jìn)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(jìn)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(jìn)灌裝口內(nèi)，然后因?yàn)楣嘌b口內(nèi)外氣壓差，使水壓出至桶中.因此，將氣缸上的進(jìn)氣閥扭緊過程中，氣缸進(jìn)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(jìn)氣與排氣的速度需要配合好，不然氣缸會無法運(yùn)行. 而在相同的進(jìn)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(jī)，原理與灌裝機(jī)大致相同，通過空壓機(jī)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(jìn)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(jī)壓蓋部分能夠通過旋轉(zhuǎn)壓蓋口的螺絲對壓蓋機(jī)的長度進(jìn)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(jī)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?yàn)橐坏┚嚯x過長,桶壓蓋完畢后壓蓋機(jī)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(jī)的實(shí)用性也顯得尤為必要，通過調(diào)節(jié)壓蓋機(jī)氣壓表上的黑色旋鈕，往“+”方向則是通過加強(qiáng)氣壓對壓蓋的力度進(jìn)行加強(qiáng);往方向則是通過釋放部分空氣使氣壓變?nèi)?，從而令壓蓋力度變小. 6自動灌裝機(jī)調(diào)試過程分析 在電腦上安裝PLC仿真軟件GXDeveloper,進(jìn)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?，自動灌裝機(jī)進(jìn)入工作模式.自動灌裝機(jī)已設(shè)置為兩種運(yùn)行模式,分別是自動運(yùn)行模式和手動運(yùn)行模式，手動運(yùn)行模式是通過各個功能按鈕來實(shí)現(xiàn)的.這兩種運(yùn)行模式可以通過按鈕面板來操作實(shí)現(xiàn),也可以通過觸摸屏來實(shí)現(xiàn). 在進(jìn)行灌裝調(diào)試時，先將灌裝機(jī)連接水源，壓蓋機(jī)連接空壓機(jī).根據(jù)桶移動的速度、停止的位置，調(diào)整，電機(jī)的轉(zhuǎn)速和稱重模塊的位置，以確保自動灌裝機(jī)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(yùn)會令桶晃支，灌裝的液體會濺到周圍，有導(dǎo)致自動灌裝機(jī)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(jìn)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(yùn)行模式的調(diào)試是設(shè)計的關(guān)鍵點(diǎn).選擇手動模式時,需要分別通過各實(shí)體按鈕控制或觸摸屏界面的各按鈕分別對自動灌裝機(jī)的各個工序進(jìn)行測試.自動模式則只需用按下“自動運(yùn)行”實(shí)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(yùn)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(jī)的運(yùn)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(shí)現(xiàn)所需的功能,如果不能實(shí)現(xiàn),則需進(jìn)行反復(fù)修改.使用仿真軟件對程序進(jìn)行調(diào)試，可以不斷地重復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)，直到程序能實(shí)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(jìn)行,不能用實(shí)際的設(shè)備與軟件進(jìn)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(jī)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(jī)調(diào)試.該自動灌裝機(jī)利用PLC與硬件協(xié)調(diào)工作，實(shí)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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