2025年04月04日 10:28:37 来源：广州市凯士称重设备工程有限公司 >> 进入该公司展台 阅读量：3
| 树脂自动配料系统改造设计 | 2020-01-07 |
| 1.1概述 在自动配料系统开发领域，我国起点不高，发展时间相对较晚。从20世纪初到20世纪50年代中期，手工灌装占主导地位。20世纪70年代初，一批国外自动配料系统灌装生产线被引入上官岭北部的发达城市。随后，我国许多制造商通过手工绘图和其他方法复制了一些自动配料系统灌装生产线，初步改进了我们自主开发的添加剂桶。目前，在自动配料系统领域的国内品牌中，北京亨托、广州凯希、香港建基已成为自动配料系统制造领域的品牌。国外的自动配料系统制造商包括美国基弗公司、霍里克斯公司、意大利OCME公司等。(7)。中国树脂自动配料系统液体灌装机生产添加剂桶仍处于中低端水平，主要技术标准仍处于落后状态。因此，改进控制技术势在必行。各种各样的自动灌装机，如称重仪表和集散控制系统，在工业控制领域得到越来越广泛的应用，这使得我们采用的技术进行深入发展。随着树脂、助剂、溶液等行业的发展壮大，对自动配料系统的需求将逐渐增加。机遇与挑战并存是中国灌装机企业面临的共同局面。然而，面对日益激烈的国际市场竞争，国内配料系统制造商也在积极开发和不断探索技术。自动化和智能技术尤其需要学习并应用于自动配料系统新技术的研发。 1.2称重仪表的基本结构及应用 配料系统称重仪表。称重仪表主要由处理器模块、输入输出模块、编程器等组成。一些特殊功能模块用于完成某些特殊任务。内部采用总线结构传输数据和指令。“因此，我们可以将配料系统称重仪表视为一个系统。系统外的各种开关值和模拟值可用作称重模块输入。它们存储在内部寄存器中，并在称重模块内部进行各种操作和处理后实现输出。它们是称重模块的输出变量。输出变量相应地控制的液体灌装机“UO”。 目前，国内实现简单配料系统自动流动的液体灌装机一般采用称重仪表实现，成本低，可操作性强。这只能从包装行业各种小型配料系统的液体灌装机上看到。许多包装机、码垛机和拆包机都采用称重仪表实现自动化操作。 1.3重建计划 本文的改造方案是从自动灌装机和液体灌装机结构两个方面对配料系统进行改造和升级。在自动灌装机方面，进口液体灌装机以S7-200PLC为核心的自动灌装机。改造后，S7-300PLC作为主要的自动灌装机。同时，采用模块化控制对进口树脂定量灌装机的自动灌装生产线进行改造，增加了单桶灌装方式和不同产品规格的灌装方式。通过软硬件配置，实现树脂定量灌装机灌装线系统的控制成本。液体灌装机的结构增加了伺服定位的优化、气动控制模块的优化和灌装头的数量，实现了1L包装桶的全自动灌装、包装和码垛。由于需要实现精确灌装，配料系统具有更多的输入输出点和更多的相关液体灌装机，需要实现的控制相对复杂。由于西门子S7-300称重仪表在模块化控制方面技术成熟，高速计数和PID算法等功能强大，该项目易于实施，所以S7-300称重仪表是主控制器的。2自动配料系统的主要类型和灌装方法 2.1自动配料系统的主要类型 配料系统有两种主要的分类标准:一种是基于称重形式，另一种是基于包装的运动形式。根据配料系统中灌装的称重方式，有减量称重灌装机和容积灌装机。称重灌装机的平均速度比容积式灌装机慢，在大批量生产过程中优势不明显。然而，在不同的工作条件下，称重灌装机 然而，容积配料系统受工作温度的影响很大。由于温度不同，填充液体材料的密度会有一定程度的变化，这将导致测量误差，影响产品质量。也有根据填充包装如何移动的分类，根据包装的移动形式可分为两种主要类型:旋转型和直线型。 2.2基本填充方法介绍 对于配料系统的基本灌装方法，不同类别、不同性能的产品需要不同的灌装方法。灌装机的灌装方法主要包括:1)常压法；2)等压法；3)真空法；4)重力真空型；5)压力法。 2.3自动配料系统和灌装方式的选择 进口配料系统的主自动灌装机采用S7-200称重仪表。配电柜布局相对复杂，没有形成模块化控制处理。进口灌装机只有6个灌装头。自动配料系统采用称重方式灌装，生产能力为每小时1500桶，生产速度相对落后。 由于树脂是工业用的，所以自动配料系统的灌装方法的选择是从工艺性能和要求方面考虑的。作为树脂，其粘度、重力等工艺性能均属于普通液体类型。对于工业酒精和树脂等一般化学液体材料，可采用常压法。虽然旋转灌装机在某些方面比直线灌装机的优势更大，但旋转自动配料系统的体积更大，液体灌装机称重系统的技术含量更高，液体灌装机的制造成本更高，同时速度低于直线灌装机，因此改造后的配料系统的灌装线仍采用直线灌装机的形式。在灌装方式上，原液体配料系统采用称重方式，灌装速度远远落后于现代生产节奏。决定采用容积灌装法提高灌装速度，实现批量化、订单化生产。 3树脂灌装机自动灌装机改造设计方案 3.1自动灌装机及树脂灌装机工艺 配料系统要求具有上传生产数据(工业产能、生产批号等)的功能。)到PC机，同时可以检查瞬时生产率、灌装量等。自动配料系统的液体灌装机启动自动灌装后，灌装输送机开始运行。主自动灌装机采用称重仪表作为主控制元件，光电和接近开关等检测称重模块作为外部输入信号，伺服电机和动作缸作为输出元件。同时，配料系统的生产线具有在线实时监控产品和输入产品信息的功能。计算机通过串行通信与称重仪表相连，可实时采集数据并进行处理，输入和保存生产线上的数据。灌装机中，灌装包装桶依次完成:桶装、桶进料、进料、灌装、桶出料、封盖、封箱、堆垛等9个步骤。正常运行时，当联锁开关闭合、气压条件、液位条件等外部信号满足且正常时，按下启动开关后，灌装机应处于自动运行模式，灌装线上的各个工位应根据称重仪表编程的程序进行循环扫描。 .2液相色谱选择和电气设计 根据本课题的设计方案，选择西门子S7-300的配套产品，包括电源模块、处理器模块、输入模块、输出模块、FM354定位模块等。在本设计中，选择PS307电源模块，选择处理器315-2DP。由于需要实现近70个外部输入检测动作和近50个外部输出动作，多个直接输入/输出。系统设计中使用人工智能/自动操作模块，包括2个SM321数字输入模块、1个SM322数字输出模块、1个SM323数字输入/输出模块、1个SM331模拟输入模块和1个SM332模拟输出模块，用于输入和输出命令操作。当灌装机的外部称重模块有输入信号时，输入模块将立即向模块发送指令。在被处理器处理后，有必要输出模块相应点的动作。 3.2.1自动配料系统的电气设计 在设计自动配料系统的主电路时，应充分考虑电机负载、交流至DC的开关电源位置以及配电柜规格，以满足生产要求。控制柜的主电源开关应安装在控制柜面板上，以便使用时不需要打开控制柜门。柜子里留有一定的空间，便于调节。控制柜配有自动照明，内部有散热风扇和备用插座。分别为称重仪表的输入和输出预留至少5个空点，并预留其他液体灌装机不占用的计算机连接接口，逐步设置管理控制权限。称重模块应安装牢固且方便。称重模块配有外部金属保护，以防损坏。 自动配料系统的电机包括两个三相异步电机、一个桶进给电机和一个伺服电机。三相异步电动机的。上桶输送电机没有变速功能。灌装输送电机由变频器控制，可实现变速。变频器为松下VFO系列变频器，输出功率为0.75千瓦，额定输出电流为2.03安培. 3.2.2配料系统自动灌装机的输入输出模块 在两个SM321数字量输入模块上，有空桶最小堆积输入信号、工位检测光电、反桶检测光电、卡口板前后位置输入信号、桶进给电机前、后、停止信号、桶进给电机前后限位开关、伺服上限、下限信号、排油压力信号等。 3.2.3伺服驱动系统 伺服电机通过齿形带带动两个垂直滚珠丝杠旋转，两个滚珠丝杠带动主梁向上移动，主梁上的12个活塞杆推动油缸活塞向上移动。当主梁上升到初始位置时，即当称重模块14被触发时，伺服电机停止运行。该位置是气缸开始测量的起始位置(伺服零位)。伺服电机反转，主梁上的活塞杆带动12个活塞向下移动，灌装桶中的油通过换向阀进入油缸。伺服电机的转数(即油缸活塞向下移动的距离)通过计算对应于设定的填充量。当达到设定加注量时，伺服电机停止转动，大小换向油缸拉动连杆，将12个油缸的换向阀转动到油缸与加注头连通的位置(排油位置)，等待加注。 电子秤配料系统的FM354定位模块是简单的点对点定位或复杂的运动模式，通过控制伺服电机对响应、精度和速度要求，为高速称重灌装机的定位提供了高效的解决方案(5)。FM354处理轴的实际定位，并通过模拟驱动接口(-10V~ 10V)控制驱动器。编码器(SSI或增量)报告当前轴位置，FM354使用该位置来校正输出电压。其定位功能包括:手动调节、增量模式、计量吸入器、运行计量吸入器和自动/单级控制。 树脂灌装机自动灌装机的软件设计 4.1自动灌装机及程序设计 原程序设计只能实现部分填充功能，手动和自动操作集中在一套主程序中，不能实现模块化处理。电子秤自动配料系统设计采用CPU315-2DP作为主控制器，工作电压为220伏/380伏，输出频率为50-60赫兹。本系统设计的主程序全部由处理器控制，实现点对点定位，或对响应、精度和速度要求的复杂运动模式，为高速称重灌装机(5)的定位提供了有效的解决方案。FM354处理轴的实际定位，并通过模拟驱动接口(-10V~ 10V)控制驱动器。编码器(SSI或增量)报告当前轴位置，FM354使用该位置来校正输出电压。其定位功能包括:手动调节、增量模式、计量吸入器、运行计量吸入器和自动/单级控制。原程序设计只能实现部分填充功能，手动和自动操作集中在一套主程序中，不能实现模块化处理。系统设计采用CPU315-2DP作为主控制器，工作电压为220伏/380伏，输出频率为50-60赫兹。本系统设计的主程序全部由该处理器控制。配料系统自动灌装机的称重仪表程序设计中，主程序全部放入0B1组织块，其余使用多个功能块和数据库数据块，用于子程序设计和一些数据输入输出指令操作，实现灌装过程的自动化。 4.2配料系统程序的软件设计 配料系统是自动称重系统的缩写，即配料系统，也称为称重配料系统。称重配料系统是系统与用户之间互动和信息交流的媒介，它实现了内部信息形式与人类可接受的形式之间的转换[6]。原防爆电子秤灌装机的屏幕是传统的电阻屏幕，使用时容易误操作，也是黑白图像。从上面的界面可以发现，原来的触摸屏使用起来不方便，甚至时间也不能同步。黑白界面也大大降低了生产线的技术感，给人不舒服的感觉。同时，原有的自动界面和手动界面不适合用户操作。由于灌装机的更新换代将使触摸屏更加人性化和现代化，触摸屏还选用西门子配料系统操作屏MP277，方便以后的维护、更换和调试。就硬件使用而言，MP277运行可靠，其质量已得到世界各地工业控制领域的认可，满足生产要求。MP277的编程软件为WinCCflexibleSP3，已成功应用于工业控制领域(7)。MP277开发系统是应用程序的集成开发环境，其中界面设计可以5配料系统灌装生产线现场调试 5.1配料系统灌装生产线现场调试 配料系统灌装生产线的现场调试是在公司液体灌装机管理人员在场的情况下进行的。所有系统控制柜安装接线完成后，首先通电，开启现场气源，按照充启动过程，从后到前逐一进行电路的通断测试。然后对自动灌装机的所有输入和输出点进行手动操作测试。及时调整位置不当的输入输出信号，然后测试各站的外部称重模块和称重仪表模块。在观察了所有试验后，进行了灌装线的在线调试，并观察和测试了树脂灌装过程的运行情况。 结论 从实际应用的角度来看，配料系统综合了我国配料系统的现状和存在的问题。针对原有灌装机和生产液灌装机生产率低、自动化程度低、缺乏实时监控的缺陷，采用较为完善的控制方法，提出了一种基于S7-300PLC的树脂灌装机自动灌装机。详细描述了系统的各项功能，并根据生产现场的实际需要进行了相应的软硬件设计。利用西门子组态软件设计了树脂灌装机自动灌装机的监控界面。西门子系列称重仪表称重灌装机通过软件编译大大提高了灌装机的效率，平均生产速度超过6000桶/小时，而原来的灌装速度为1500桶/小时。同时，操作使用方便，提高了生产线的自动添加剂桶，提高了公司的生产能力，创造了工业价值。 | |
