2025年04月04日 12:29:04 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：2
| 基于PLC的自动灌装机生产线的分析 | 2020-01-15 |
| 摘要：本文介绍了三菱FX系列PLC控制的自动灌装生产线自动灌装机，其主要功能包括桶的输送、灌装、压盖等功能，形成一体化自动灌装机.为了保证自动灌装机正常运行，能够快速对自动灌装机的错误进行修复，自动灌装机设置了急停开关等按钮.灌装生产线的工作速度比传统的手动覆盖封口速度快，灌装能力误差小，容量灌装误差小. 1引言 油脂工业的发展与各式各样的油脂机械是密不可分的，特别是灌装类的机械产品，有大约三分之二的机械产品的制造目的是为了便于油脂的生产和灌装.尤其是饮料工业,更是与液体灌装机密不可分E.随着人们生活质量的提升,对油脂的安全要求愈来愈高，需要对液体灌装机有更高的精确度与更快的响应和更准确的定位.传统的控制与制作方式已不能满足于现代生产力的发展,迫切需要新的更、更高效和更智能的控制方式取而代之.目前国内大多的产品灌装机存在很多问题:如低灌装速度，灌装量准确率不高(大于3%的误差).因此，研制经济、环保且更智能化的液体灌装机是顺应国情的发展，也是市场的急需 本设计利用PLC的功能和特点设计出了一款饮料自动灌装生产流水线控制自动灌装机，采用PLC控制，传送带传送、流量计计量，光电称重模块收发信号等确保了灌装的速度和精度. 2自动灌装生产线的工作原理 自动灌装生产线的硬件布局图如图1所示，当称重模块1感应到有桶放入传送带后，传送带开始启动.到达称重模块2所位置时，传送带停止，开始对桶灌装.灌装完毕后，缓冲一段时间后，传送带重新开始启动.当灌装好的桶到达称重模块3所位置时，传送带停止动作,开始对灌装好的桶进行压盖操作.压盖完毕后，缓冲一段时间，传送带再次启动,将灌装压盖完毕的桶送出自动灌装机. 3硬件设计 自动灌装机的组成部分包括： (1)输入元件:是整个控制自动灌装机的启动装置.按钮控制灌装机的启动、停止、复位、急停等各种控制;重要的输入元件主要通过安装在灌装设备上各种称重模块实现检测，启动要求包括是否完成有瓶位的灌装、瓶盖的正确安装位置检测、匀速的容量瓶周转效率和出瓶过程. (2)控制中心:液体灌装机特定的工艺流程决定了它的主控中心要处理较多的输入/输出信号，并且需要信号传递得快而准,时间延迟小;控制对象有开关量和模拟量，还需要对减速电机、步进电机和协调一致的执行机构的运动进行控制，因此，控制中心采用PLC是势在必行的，也是目前工业控制中常用的控制形式. (3)执行元件:灌装机自动灌装机中的伺服自动灌装机，在PLC自动灌装机的控制下准确完成灌液动作;一套压盖头连接一台伺服电机，专为压盖工序工作.自动灌装机中步进电机共有两套：包括步进马达和步进驱动器，主要用于控制传送带的动作，而减速电机共有一套:包括减速马达和调速器，用于金属转盘的运转动作. (4)电动机:包括各种不同类型的电动机四套,其中有一套减速电动机、一套电动推杆电机、一套灌装机电机、一套空压机电机. (5)电磁体:包括压盖电磁体和灌装电磁体. (6)指示灯:显示自动灌装机的运行状态. 自动灌装机的硬件设计框图如图2所示: 4灌装工作分析 本文主要介绍自动灌装生产线的灌装部分，自动灌装机的灌装部分是由气缸与灌装头所组成，灌装部分原理图如图3所示.灌装机的基本结构由气缸与灌装头构成，把气缸的输气管接入空压机后，当气缸排气时，活塞开始吸水，吸水口是由一个双层活塞体组成.当活塞吸水时，由于内外水压差，外侧水压将活塞体推开，使液体能从外部进入活塞内；当气缸进气时,活塞压缩，使出水口处的活塞体打开,液体从活塞被压进灌装口处，因为活塞体具有单向性，因此在吸水口处的水不会回流,而出水口处也 是如此. 4.1精准度分析 由于灌装所要求的精准度非常高，因此灌装部分的称重模块安装的位置位于瓶嘴处.因为桶为类似椎体的结构，并且瓶身的玻璃比较厚，因此，这样做能够有效提高灌装的精准度.并且在设计自动灌装机程序时，应尽量避免在灌装部分设置延时程序，因为由于传送带的速度的不同与每个桶的重量差，所以当传送带停止时桶的惯性也会有所不同，那么就会导致灌装头不能对准瓶口，而且传送带的与自动灌装机其他部分的摩擦力也会影响灌装的精准度. 4.2灌装量调节分析 为了使自动灌装机能够适应不同容量的桶的灌装要求，必须对灌装量进行调节.而自动灌装机的灌装量调节是通过气缸上的磁性开关组去实现的，磁性开关组是由一个固定磁性开关与一个活动磁性开关所组成，当两个开关间的距离越短，灌装量则越少,反之则越多. 4.3灌装速度调节分析 由于灌装量的不同，在同样的气压下,灌装的速度也会有所不同.因为本自动灌装机灌装部分所允许的误差范围在2~5mm内，因此，过快的灌装速度会使水压过大,从而会使灌装液体溅到桶外.为了防止这种事情发生，灌装速度的调节也就显得尤为重要了. 在固定的灌装量前提下,可以通过调节气缸进气速度来调节灌装的速度.为灌装部分的气缸的原理为:当气体进入气缸时,气缸内气体容量会增加，使活塞压缩，从而使活塞内的水压进灌装口内，然后因为灌装口内外气压差，使水压出至桶中.因此，将气缸上的进气阀扭紧过程中，气缸进气的速度会不断减慢，从而使灌装速度减慢.但是需要注意气缸的进气与排气的速度需要配合好，不然气缸会无法运行. 而在相同的进气速度前提下，灌装量越多，灌装的速度越慢. 5压盖工作分析 本次设计釆用气动压盖机，原理与灌装机大致相同，通过空压机为气缸供气，使气缸带动活塞把盖子压到瓶口上.通过调节磁性开关控制气缸的行程，即可调节活塞的位置,可为不同高度的桶进行压盖. 5.1压盖高度调节分析 为了满足不同高度桶的灌装与压盖,本自动灌装机压盖部分能够通过旋转压盖口的螺丝对压盖机的长度进行调节.顺时针旋转压盖口将升高压盖高度;逆时针旋转压盖口则降低压盖高度.压盖前的高度应调节到与所要压盖的桶的瓶口相距1.5cm合适. 需要注意的是,压盖机上方螺母可以用来调整压盖距离，在同等的力度下，距离越长，压盖的力度越大.因此，调整压盖距离也同样重要，因为一旦距离过长,桶压盖完毕后压盖机会把桶吸起来. 5.2压盖力度调节分析 由于不同桶的材质也有所不同，为了避免部分桶的材质比较薄而压盖力度过大导致桶变形或者碎裂，压盖力度的调节对自动灌装机的实用性也显得尤为必要，通过调节压盖机气压表上的黑色旋钮，往“+”方向则是通过加强气压对压盖的力度进行加强;往方向则是通过释放部分空气使气压变弱，从而令压盖力度变小. 6自动灌装机调试过程分析 在电脑上安装PLC仿真软件GXDeveloper,进行软件仿真调试.在程序编写过程的同时，搭建好灌装生产线的各部分硬件，并将PLC和触摸屏按照相关协议连接好.测试程序完成后，将PLC程序写入程序控制器，自动灌装机进入工作模式.自动灌装机已设置为两种运行模式,分别是自动运行模式和手动运行模式，手动运行模式是通过各个功能按钮来实现的.这两种运行模式可以通过按钮面板来操作实现,也可以通过触摸屏来实现. 在进行灌装调试时，先将灌装机连接水源，压盖机连接空压机.根据桶移动的速度、停止的位置，调整，电机的转速和称重模块的位置，以确保自动灌装机的精准度与生产效率. 在调试过程中，需注意一些问题.由于刚开始灌装时，精度并未调整完毕，当传送带急停急运会令桶晃支，灌装的液体会溅到周围，有导致自动灌装机线路短路的危险.为避免这种状况发生,在灌装调试过程中，可用一个塑料盒子装着桶进行灌装.在调试结束后,用线槽将线路装起来,并用木块将线槽架起来避免液体流入线槽. 两种运行模式的调试是设计的关键点.选择手动模式时,需要分别通过各实体按钮控制或触摸屏界面的各按钮分别对自动灌装机的各个工序进行测试.自动模式则只需用按下“自动运行”实体按钮或触摸屏界面对应的“按钮”即可.特别要注意的是，在手动模式下，称重模块不应该动作，所以在PLC程序中要屏蔽称重模块的信号. 通过仿真调试，可以发现触摸屏与PLC连接后协同工作时的各种问题，如PLC程序是否编写合理,有没有出现语句重复运行的情况;触摸屏的软元件设置是否与PLC内部寄存器一_对应等.经过自动灌装机的运行调试，可以及时发现PLC程序编译中的问题，检查所设计的程序是否能实现所需的功能,如果不能实现,则需进行反复修改.使用仿真软件对程序进行调试，可以不断地重复进行试验，直到程序能实现所需功能后，再将程序导入PLC设备中.但是要注意的是，触摸屏与PLC的通信仿真只能在软件与软件之间进行,不能用实际的设备与软件进行通信仿真. 7结语 本文介绍了PLC控制自动灌装生产线自动灌装机的工作原理,硬件组成，灌装精准度分析、灌装量调节分析，灌装速度调节分析,压盖工作分析和自动灌装机调试.该自动灌装机利用PLC与硬件协调工作，实现了快速灌装、压盖等功能，自动化程度较高，可以大大提高生产效率. | |
