论述

随着企业规模的扩大和生产任务的增加，生产车间的自动化程度也随之提高，称重灌装机得到了广泛的应用。结合实际操作，阐述了灌装秤的称重设备在聚氨酯灌装中的应用。在聚氨酯灌装自动化生产线中，液体物料的灌装是一个重要环节。通常，容量为200公斤液体物料的铁桶用于灌装和配料。在早期的包装中，反应后的液体材料被添加到出料室的出料槽中，灌装设备被重力进料到铁桶中，并通过电子秤进行测量。液态聚氨酯排放时温度控制在70-80y之间，甲醇挥发产生的有毒气体对工人的人身健康有一定影响。此外，随着温度降低，产品的粘度变得越来越大，从而延长了排出时间。在实际操作中，为了缩短出料时间，工人经常在高于工艺要求的温度下出料，极易烫伤操作人员。此外，温度越高，挥发量越大，气体扩散到整个放电室，给操作人员的人身安全带来很大威胁。因此，对出料和灌装装置进行自动改造尤为重要。自动灌装机通过扩展称重设备输入输出，配合系统实现出料自动化方案的设计和控制改造。

液体灌装机是对散状物料进行连续称量给料的理想设备，是集输送、称重计量和定量控制为一体的高科技产品，根据我国现有工艺工况改进后的新一代产品，以技术先进、稳定可靠、性价比高、经久耐用而著称。能适应各种生产环境，对各种块、液体物料进行连续给料、计量，为各种工业现场的生产控制、管理提供准确的计量数据。配有RS485上位机通讯接口，可与中央控制机组成DCS系统。

针对传统自动灌装机控制中存在的自动化程度低的问题，基于PLC的PID控制算法的物料液体灌装机计量装置，能够有效的满足工业物料定量给料过程的实际情况，下文阐述了称重灌装机的结构及PLC的硬件组成;根据工艺过程的技术要求，从称重灌装机的硬件配置到应用程序的设计。结果表明该灌装机性能稳定、运行可靠、称重仪表直观灵活，实现的各项功能均满足工艺要求，取得了良好的应用效果。

1结构设计

自动填充机由称重仪表控制，按照工艺设计方案分为三部分:桶进口设备控制、计量、灌装控制和桶出口设备控制。对于灌装送桶设备的控制，在手动开桶定位完成后，检测到开关动作，称重设备扫描各输入/输出端口，启动步进电机，推动装桶小车将桶送至灌装装置电子秤的称重平台。排放泵运行，排放电磁阀打开，灌装，电子秤开始测量。当计量满时，排放电磁阀关闭，循环电磁阀打开，排放泵继续运行。当液体灌装机械计量满且卸料电磁阀工作时，同步进电机启动，将液体桶推出，直至卸料室门口，然后工人用叉车将其转移至仓库。灌装设备采用两个步进电机分别推动携带配料桶的小平板车沿轨道进出，小平板车通过灌装机位置检测称重模块定位，只需简单定位，无需西门子步进电机控制模块FM353控制。电磁阀用来连接手推车。这种设计的目的是确保精确测量。当装载铲斗的小型平板车被推到称重平台上后，其他设备会与之分离，以便电子秤可以对其进行单独称重。为提高称重灌装机的可靠性，以触摸屏作为交互界面，配以各种输人输出专用模块和专用信号调理电路组成一个完整的控制称重灌装机。

1.1测控时序

称重灌装机储液箱在料位最低点时，控制输出装料生成指令，装料阀接受打开指令后打开，进人体积给料期。经过一个时间延迟后，装料阀全部打开，并发出装料阀全开反馈信号给控制称重灌装机，经过一个设定的时间延迟后，空气打开，灌装进人快速加料阶段。当物料加到料位最高点时，灌装检测到料斗满料信号而输出装料阀关闭指令，装料阀接受指令开始关闭，运行到装料阀全关时，输出蝶阀关闭信号，到此装料过程结束，进人出料阶段。经过一段稳定时间后运行到重量给料开始点，此时体积给料结束，进人到重量给料阶段，测量和控制周期开始，持续到给定的下一个料位最低时，又发出装料控制的指令。以此循环交替进行给料作业。

1.2电气控制

称重灌装机由上位机和下位机称两部分构成。

1.2.1上位机

触摸屏计算机作为上位机，主要实现监督控制级和管理级的功能。及时处理用户的输人指令并显示运行信息。由于触摸屏计算机自带了与PLC通信的功能，而不用编写专用的通信程序，只要设计良好的界面，使用十分方便。

1.2.2下位机

下位机主要由以下几部分组成:

①称重显示器是下位机的控制中心，一方面担负着与上位机的通信功能;另一方面根据上位机的指令，控制各执行机构的动作。考虑到负载情况和控制的需要，选用了三菱公司的FR-540-5.5K-CH变频器。其输出额定功率为9.1kV，适应的电机为5.5kW。控制方式为柔性PWM(V/F控制)。运行频率的输出控制由模拟量进行(0一5V)，此模拟量值由PLC的2D/A模块给定。

②接收调理电路。接收现场传送来的差分信号并将其转换成开关信号后送给PLC的高速计数器计数。

③转速检测模数转换电路。将电机运行的速度转换成数字量送给PLC灌装。

④电参数检测功能模块。将电机运行的电流、功率、效率等转换成数字量并送给PLC灌装和上位机。

⑤数模转换功能模块。将经PLC灌装计算后的转速控制数据转换成模拟信号送给变频器以控制下料电机的转速，从而达到给料量控制的目的。

⑥重量检测模块。称重模块是传统的电阻应变式压力称重传感器。

1.3机械本体与机电接口

称量灌装机现场部分主要是机电一体化的执行机构，主要包括机械本体、动力部分、测量传感部分、执行机构、驱动部分等要素，各要素之间通过接口相联系。

①加料电磁阀及蝶阀。由PLC的输出继电器的闭、合，来控制加料电磁阀的通断，通过该执行机构实现料斗中物料间隙自动加人。

②测量传感部分。对运行中所需要的重量信息进行检测，变成电信号，经信号调理电路处理后以差分信号发送到控制室。

③输送螺旋及驱动机构。称重灌装机的主要执行机构，通过一级摆线针轮减速器减速后拖动主轴运行，变频电动机的运转速度由变频器控制。

2PID算法

灌装PID控制具有原理简单、使用方便、适应性强、鲁棒性强等特点，计量装置利用PLC的控制计算能力取代模拟调节器，直接通过数字运算，使被调量保持在给定值。

PID指令的许多参数都可以由用户根据自己的需要设置或设定，从控制开始到PID循环达到装置控制要求的困难是找到一个好的控制起始点。调节PID值时一定要保证操作的安全性，以避免对计量灌装设备的损坏。

3结论

计量灌装装置根据人机工程学的原理进行计量装置界面设计，采用彩色液晶显示和专门的机柜设计，以保证操作的方便和正确;以PLC为控制中枢，以螺旋输送等为物料的推进器，配以相关的执行驱动器件，使称重灌装机可自动运行。整个称重灌装机给料量进行闭环控制，采用面向对象的编程方法，和面向过程的编程方法相结合，进行优化的接口和流程设计，可以方便地进行功熊扩展;并且具有远程通信接口，在需要时可以组成网络，以适应工厂现代化发展的需要，精度达到0.5%级。该装置已在企业应用，运行状况良好。