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技术论坛多工位液体灌装机的控制原理及技术特点

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多工位液体灌装机的控制原理及技术特点2022-07-13
液体灌装机主要由分桶器、缓冲辊道、选桶器流量控制器、称重系统、压盖机和电气控制系统等七大部分组成。电气部分由 PLC、称重仪表、人机操作界面、变频器等部分组成。可根据用户个性化设置,对进桶、分桶、桶定位、称重灌装桶输送和压盖等过程进行全自动控制,可实现快速、高精度的多工位灌装(为叙述方便以12头灌装机为例进行说明)。
自动灌装机采用12台高精度称重仪表,对12个工位的灌装过程进行同步控制。称重仪表可方便的设置目标灌装重量值、大投提前量、中投提前量、皮重比较值等参数。动态响应速度快,可自动去除环境振动的影响,完全能够保证灌装精度的要求。
称重灌装机具备人性化人机界面,人机界面的设计以人为操作习惯为设计出发点,各种模式均具备人性化的操作界面,提供便利的同时也具备各种保护功能,用户可根据实际需要设定个性化工作参数,设定后即可直接进人工作状态。操作简单、便捷,无需等待重启等复杂操作。
整条生产线具备全面动态自检功能,能自动检测线上任何位置桶拥塞、过载等异常。发现异常可以自动暂停,异常排除后可迅速恢复工作,操作简单,恢复速度快,安全可靠。
多工位灌装系统经过一年多的生产实践证明:该称重系统安全稳定、运行可靠、精度高.完全满足用户的要求。该称重系统可应用于各种液体灌装,有着良好的经济效益和社会效益意义,在国内灌装机行业中处于领先地位。
多工位称重灌装机的主要技术参数:
(1)包装桶规格:4Kg或6Kg
(2) 灌装工位:12
(3)电源:50/60HZ 380VAC+10%
(4)灌装0.5号
(5装(最高):4Kg:1800桶/小时6K-1600桶/小时
称重系统组成与功能介绍
(一)分桶器和定桶器
灌装系统的灌装桶是由输送链板传送过来的。规格一致的包装桶在进人生产线时,首先由分桶然将车结坚贴的桶按照一定的间距愿离开来,形成有一定间距的包装桶序列。实现方法为:以前后两个挡板将前面的桶与后续的桶隔离开,两个挡板按一定的周期交替开关,借助辊道的运动将桶的间距拉开,形成等距的灌装桶序列(每组12个桶)。
定桶器是将一组分离开来的桶固定在特定位置上,然后处于等待状态。用光电开关检测桶的位置,PLC计算桶到达预定位置的时间,将定桶气缸伸出,将桶定位。一旦上一次的灌装桶进入灌装位,送桶辊道便处于空闲状态。此时,推桶横梁将一组包装桶直接推送至送桶辊道上面,为下一次灌装环节做好准备。
(二)辊道拖板
在环形的链条传送带上等间距的安装N 个托板,带动灌装桶前行。托板之间的距离等于两个喷枪之间的距离,以便制12个灌装桶与12个喷枪相对应。带动托板的电机由变频器控制,便于调整辊道托板的运行速度及定位。在辊道托板的侧面固定安装一个光电开关,通过测量托板的数量控制辊道的运行周期。恰当的调整光电开关的位置就能保证桶口与喷枪相对应。
(三) 多桶灌装
在送桶辊道上的12个灌装桶由辊道拖板带动,送到 12 个灌装头下。12 个桶分别在 12 个秤台上,桶口定位器对桶口进行定位,喷枪下降到桶口内后,桶口定位器归位,称重系统进行去皮操作。根据设定的灌装重量值,由称重仪表和PLO进行快加料、慢加料的控制。加料结束后喷枪提升到桶口上,辊道拖板带动灌装后的桶送到下一个工序。
(四)储液槽控制
由于多工位灌装线的生产效率很高,在灌装系统的上部设计了两个储液槽,两个槽由管路联通。储液槽的下部通过柔性管路与灌装头相连,槽体的上部为进料管路,管路上安有气动截止代,用于控制进料速度。槽内安装液位开关,当液位低于低料位时,启动物料泵,将物料源源不断的送到储液槽中;当液位到达高料位时,关闭物料泵。
(五)压盖机
压盖机的主要功能是使用收口冲头将未压紧未收紧的铝圈盖子压紧收牢,最多每次处理6个桶盖。在压盖机的入口处也要进行分桶、挡桶处理。压盖机的挡桶、分桶、下压等动作由独立的 PLC控制系统进行控制,而进桶、出桶环节的控制则由主控制柜控制,由主控制柜的PLC产生控制信号,控制进桶辊道的启停进而控制压盖机的进桶数量,对灌装过程进行整体协调控制。
(六)电气控制系统
多工位液体灌装机由可编程控制器(PLC)对分桶定位、辊道运行、称重灌装、料槽物料等进行整体协调控制。采用人机界面进行手动、自动等多种模式的控制,省去了面板上的大量按钮、开关等器件,方便了操作;同时在触摸屏上有很多状态显示,便于操作者了解系统的运行状态。选用高精度的称重模块和高稳定性的称重仪表对灌装过程进行控制,完全满足系统的精度和速度要求。
灌装系统控制方式有手动和自动两种方式。手动时可实现单台灌装、辊道单独运行、喷枪升降等动作。自动方式是按规定的程序控制系统的分桶、定位、拖桶、辊道周期运行、灌装等过程。在系统启动前还可以设定桶的规格,适用多种类似桶形的灌装。
主要过程的控制方法
(一)分桶器和定桶器的控制
分桶器和定桶器的前挡板和后挡板配合链板输送机完成分桶的功能。分桶器启动前,先在前挡板和后挡板之间放一个桶,两个挡板的距离恰好是一个桶的距离(挡板的距离可调,以适应桶形改变的情况)。挡板的动作由定时器控制,每次放行12个桶。初始时两个挡板全是伸出状态,分桶时挡板的动作如下:前挡板收回,延时T1,后挡板收回。再延时T2;前挡板伸出,延时 T3,后挡板伸出。这四个动作重复12次,就完成了12个桶的分离。分离后桶的间距通过调节链板的输送速度和延时时间实现。
定桶的控制也是通过定时器实现的。共有12个定桶器,分别由气缸带动。定桶位之间的距离与辊道托板的间距一致。由分桶器分离后的第一个桶经过光电开关时,定时器10开始计时,通过设定的时间T10后,第一个定桶气缸伸出,把第一个桶挡住定位;第二个桶经过光电开关时,定时器11开始计时,通过设定的时间T11后第二个定桶气缸伸出。如此往复,完成12个桶的定位。实践中,由于链板的运行速度较快,12个桶是连续前行的,挡桶器的伸出时间需精确控制,需经过多次试验才能确定各个定时器的准确时间。
定位后的12个桶在灌装过程停止时由推板推到桶暂存区,为拖板带动灌装桶到灌装位做好准备。
(二)托板与多桶灌装控制
为了保证灌装桶准确送到喷枪口下,必须对拖板的停止位进行精确的控制。拖板的速度控制由变频器实现,适当地设置变频器的启动和停止时间能使拖板的控制更准确和稳定。我们采用光电开关检测拖板位置的方法进行定位,利用光电开关检测拖板的脉冲前沿作为基准,当最后一个拖板到达前的1秒,控制变频器慢速运转,使托板停止在较准确的位置。经过多次测试,拖板的位置误差最大不超过5mm,通常情况下是2mm左右。
为保证喷枪下降时可靠地进入桶口内,在灌装位的两测安装有桶口机械定位装置,在喷枪下降前启动桶口定位装置,可确保喷枪顺利进人桶内。
灌装过程由PLC和称重仪表共同完成,一台称重仪表对应一个秤台。灌装前系统自动判别皮重值是否在设定的范围内。如果小于设定的皮重值,仪表不进行去皮操作,不启动灌装过程。这一功能可以避免由于桶不到位而出现的误灌装情况。
(三)压盖机控制
由灌装机完成灌装后的一组桶送到传送链板、人工上盖后进行分组。即在压盖机前安装有一个光电开关,当检测到通过6个桶后,自动停止输送链板的运行,完成一次分组。分组后的桶依次进人到压盖机的链板上继续前行。压盖机由六个工位组成,每次完成6个桶的压盖动作。在第一个桶进来时,第一个工位的挡桶装置伸出,将第一个桶挡住;以此类推,共挡住6个桶。然后,6个压头同时下压、收紧完成压盖动作,经延时后压头升起,完成一次压盖循环。
(四)防拥塞控制
灌装生产线的核心设备是灌装机与压盖机。承担着精确灌装与灌装后压盖的主要职责,这两者之间的传输机构是一条长度约5m的S形输送链
板。此链板的速度可根据实际情况进行变频调整,实际工作时要为压盖机的进桶环节提供受控(控速度,控数量)的进桶操作。
由于S形输送链板的特殊位置与功能产生了一个无法忽视的安全性问题,即如何通过对S链板的运动参数控制保证链板上面的桶簇之间的疏密程度在一种自适应的状态下进行传送,有效防止桶簇间隔过密而导致容器挤压(挤压会导致灌装机的出桶链条在向外送桶时产生自身强度无法承受的负荷,不但干扰到正常的灌装过程,严重时可能毁损链条)。因此必须对S链板的运动进行严格控制,确保桶簇间隔在合理的范围内。一般情况下拥塞是由于压盖机出现故障时不能将桶及时送出压盖机而导致。
用两种方法判断拥塞的产生:
(1)让PLC产生一个周期性的方波(方波的高电平时间7秒宽度要远大于低电平的时间0.3秒宽度),把这个方波的高电平的时段作为考察的基准。在S形辊道接近压盖机处安装一个光电开关。当桶经过该光电开关时产生一个脉冲。在周期性方波高电平这段时间内,累加脉冲的持续时间,记录脉冲个数。当累加的脉冲持续时间超过设定值(实验确定)和脉冲个数少于预定值时,判断为拥塞。
(2)盖机每次工作前后的进桶和出桶数量比较,一旦发现不一致的情况马上产生拥塞信号。
以上两点作用为或逻辑,即只要任何一种情况发生系统马上生成相应信号。
拥塞产生后的系统处置措施:
(1) S形辊道立即停止输送;
(2) 灌装机在最为临近的一次灌装周期末尾,提起喷枪,后续动作挂起不向下进行(仅仅是暂停动作,而不是终止灌装机的工作进程),拖动链板不运行。等待拥塞被排除后,人为解除暂停状态,启动拖动链板,继续下一次灌装周期。
结束语
自动灌装线等设备的稳定性与安全性是不可忽视的重要产品属性。除了在硬件上采用高质量的元器件和可靠的设备结构外,在软件上的完善控制方法也是极其重要的。我们在研制多工位液体灌装线的软件设计中采用防拥塞算法、皮重判别、入口和出口计数等方法有效地保证系统的稳定运行。相当一部分的算法在系统的正常状态下是很少被激活的,但是一日出现异常的情形(如:传输环节拥塞,灌装位环节出现容器异常)相关算法内容的启动就会对整体系统的运行安全起到关键性作用。安全性是稳定性的大前提,是系统正常运行与产品核心品质的基础,也是先决条件。在自动化控制方面如果做“地基”前考虑问题不够周全的话,任何小的细节的纰漏都将有可能造成安全问题甚至导致人员受伤,进而直接影响整个设备品质,所以如何在细微之处不放过任何安全问题隐患是自动化控制环节设计人员不可忽视的一项基本功。
 
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