基于PLC实现酱料灌装机生产线控制系统设计

工业控制与应用IndustryControlandApplications

基于PLC实现酱料灌装机生产线控制系统设计

熊家慧

（常州刘国钧高等职业技术学校,江苏常州213025）

摘

要:本文从自动灌装机的生产工艺出发，详细介绍了自动灌装机的工作流程，基于PLC控制实现酱料罐装机生产线控制系统的

设计，包括硬件电路的设计、程序的分析及触摸屏的设计，实现自动分装机的有效控制。

关键词:灌装机;PLC；程序设计中图分类号：TP273

文献标志码:A

文章编号:1003-7241(2019)06-0024-05

DesignofControlSystemforSauceFillingMachine

ProductionLineBasedonPLC

XIONGJia-hui

(ChangzhouLiuGuojunVocationalandTechnicalSchool,Changzhou213025China)

Abstract:Fromtheproductionprocessofautomaticfillingmachine,thispaperintroducestheworkingprocessofautomatic

fillingmachine,andrealizesthedesignofthecontrolsystemoftheproductionlineofthesaucecanningmachinebasedonPLCcontrol,includingthedesignofthehardwarecircuit,theanalysisoftheprogramandthedesignofthetouchscreen,soastorealizetheeffectivecontroloftheautomaticpackingmachine.

Keywords:fillingmachine;PLC;programdesign

1引言

自动灌装机是一种自动包装液体的一种机械自动化设备[1]。液体储存在成品容器中,一般通过重力的方式被灌装到要包装的目标容器中。以自动包装的液体为食用酱举例说明,要把食用酱包装到空瓶中[4]。首先空瓶通过输送带被输送到末端,然后进入到自动灌装机中,第一道工艺为空瓶内壁清洗位,通过电磁阀打开冲水机构,向瓶中高压灌水,延时一定时间后;灌装机回转本体电机旋转,进入下一个工位——烘干/消毒位,烘干电机运行把空瓶烘干,并且使用高温加热器进行消毒;然后进入下一个工位进行食用酱自动称重、灌装,通过重力方式,把食用酱灌装到空瓶中;然后进入封盖/贴标位,动作完成后剔除下线,进入满瓶输送线,输送至末端,由装箱机械手抓取,把满瓶的食用酱进行装箱,这样就完成了一瓶食用酱的加工过程。

酱料罐装机生产线是集自动清洗、自动烘干/消毒、

收稿日期:2018-04-18

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TechniquesofAutomation&Applications自动称重灌装、自动封盖/贴标剔除、装箱等工艺一体的自动化技术控制系统。具有系统运行稳定,可靠性高,故障率低等特点。

2系统总体方案设计

2.1

酱料灌装机控制工艺分析

酱料灌装机的外形图如图1所示,基于系统控制功能及工艺的分析,系统由输送电机用来驱动输送带的运行;回转机构电机为单向旋转,旋转过程中会触发每个工位的位置信号,从而可以判断回转机构所处的位置;烘干电机为固定安转,起到对空瓶进行烘干的作用[4]。

整套系统的工艺动作流程如下：空瓶经由输送带被输送到旋转分装机处,在输送带的末端安装有一个检测开关用来检测空瓶是否到位;如有空瓶,分装机完成一个循环回到了初始位,即自动清洗位,则输送带运行把空瓶输送到灌装机中,同时遮挡到位光电开关;如没有空瓶,则输送带一直运行,直到把空瓶输送到末端[2];

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当空瓶进入到灌装机后,灌装机中装有一个检测开关检测空瓶到位,当检测信号为ON,认为空瓶已经就位,可以进行下一个时序的操作。随后打开清洗阀放高压清水对空瓶进行清洗,延时一段时间后,清洗动作完成,灌装机开始旋转,进入到烘干/消毒工位;

当灌装机由清洗工位转至烘干/消毒工位后,烘干/消毒工位检测传感器信号为ON,打开烘干电机对空瓶进行吹干,同时打开高温加热器,延时一段时间后,吹干/消毒动作完成,分装机开始旋转,转到灌装工位进行食用酱的灌装;

第一部分是中下部的称重料斗,这个料斗采用悬挂式安装结构。和上方连接处有2个重量传感器,用来检测料斗中酱料的重量,如果重量达到了包装要求,则系统自动打开落料阀门机构,经过一定的延时后,阀门关闭,上方继续向料斗中放料;

第二部分是位于最上方的送料机构,上方锥形部分内是加工好的酱料,最下放是自动送料装置,由伺服电机驱动。如果下方料斗中的酱料被放空或没有酱料时,控制器控制伺服电机把自动送料的机构打开,当料斗中的酱料即将到达酱料包装重量时,伺服电机把送料机构关小,并不完全关闭,经过一定的延时时间后,伺服电机高速的把送料机构完全关闭,完成一次酱料的自动称重。

上面介绍的控制过程是一个非常典型的闭环控制系统。采用尤尼帕斯F701自动称重控制器,通过采集重量传感器反馈回的重量值控制伺服系统,自动的对送料机构的开度进行调整。当称重结束后,把称重完成联锁信号传递给灌装机PLC系统,PLC检测是否有空瓶运行到灌装位,如果运行到位,则把空瓶到位联锁信号反馈给称重系统,称重系统会控制落料阀门机构打开,对称重完成的酱料进行灌装[3]。

图1食用酱分装生产线

当灌装机旋转至灌装工位时,当称重结束后,打开卸料阀,开始对空瓶进行灌装,由于是重力控制食用酱流入空瓶,空瓶体积一定,所以使用延时时间控制空瓶是否装满,延时一定时间后,空瓶装满,灌装机开始旋转,转到封盖/贴标工位;

当灌装机到达封盖/贴标工位时,首先打开封盖阀,使用气动方式带动封盖机构对满瓶食用酱进行封盖,同时对其进行贴标,动作完成后,在灌装机侧面安装有一个剔除气缸,剔除阀得电,带动气缸把灌装好的满瓶食用酱剔除出去,剔除后再次旋转至初始位等待下一个空瓶的进入,完成下一个循环的动作[5]。

当满瓶食用酱被剔除到满瓶输送带上时,沿着输送带前进,输送到尾端时,装箱机械手动作,把满瓶食用酱抓取码放到空箱内,至此完成了一瓶食用酱的生产过程。

图2酱料自动称重部分

2.3系统控制方案的选择及要求

选择PLC对酱料灌装机进行控制,设计的系统框图

2.2酱料自动称重部分

酱料的自动称重是整个灌装机系统的核心,本研究

如图3所示。

所设计的酱料自动称重部分如图2所示。整个称重部分主要由2部分组成。

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回转机构各个位置的检测开关,系统根据机体所在位置进行每道工艺的执行;SG1为检测空瓶的超声波接近开关,PLC收到传感器发来的信号控制输送带电机的运行状态;KM1-KM3为输送带电机、灌装机体回转电机、烘干电机的控制接触器,接收PLC发来的命令控制触点的吸合和断开,交流接触器采用24V供电线圈,可直接接在PLC的输出点;YV1-YV4分别为本控制系统的各个电磁阀,同样接收PLC发来的控制命令,线圈为24V供电。

2.5系统程序设计

系统程序设计流程图如图6所示。PLC程序设计（部分）分析如下：

如图7中,网络4和网络5是当空瓶进入到初始位后,

打开清洗阀对空瓶进行清洗部分的程序。系统运行后

图3酱料灌装机控制系统框图

M0.0接通,当灌装机机体回到初始位时,I0.2信号为ON,延时2S后,输送带把空瓶输送到灌装机机体中,空瓶到位信号I0.7为ON,满足以上条件后,会出现一个上升沿,置位Q0.3,清洗阀打开,对空瓶进行清洗。当清洗阀打开5S后,定时器T41接通,复位清洗阀Q0.3。

当自动运行时,清洗阀的动作程序,当系统处于停止状态时,可以通过触摸屏上的手动清洗电磁阀按钮来调试,按下该按钮,清洗阀动作,释放该按钮,清洗阀复位。

如图8中,网络10和网络11为卸料阀的动作程序。当灌装机机体旋转至灌装位后,即I0.4信号状态为ON,此时空瓶到位信号I0.7一直为ON,满足这些条件后,会触发卸料阀开始卸料,对空瓶进行饮料的灌装,当卸料阀

酱料灌装机处理的液体是食品级的,故灌装机自动化设备系统应该满足清洁等级需求;整套设备的生产能力应该满足工厂的需求;该套自动化设备应该容易维修维护,并且故障率低;整套设备的电气系统程序友好,便于用户操作使用;设备的动作流程连贯,能够最大限度的节约时间。

2.4系统硬件电路设计

根据灌装机工艺流程进行有效的电气元件选型确定

自动灌装机的主控原理图如图4、5所示。

图5中,SB1和SB2分别作为系统的启动按钮和停止按钮来控制整个系统的启动和停止;H1-H4为灌装机体

图4

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TechniquesofAutomation&Applications旋转型灌装机主回路图

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图5旋转型灌装机控制回路图

打开2S后,时间继电器T43接通,复位卸料阀Q0.4。

当系统停止时,可以通过触摸屏上的手动卸料电磁阀按钮来对卸料阀进行调试,按下该按钮时,卸料阀动作,释放时,卸料阀复位。

根据系统的工艺流程,使用触摸屏编写了人机交互的程序,如图9所示,系统的启动运行程序界面,在该界面能够看到PLC的输入信号和输出信号的状态变化,调试系统时,可以观察该界面进行PLC的接线校对。在界面的下方,可以按下启动按钮,和操作面板上的启动按钮作用相同,当工艺要求停止系统时,也可以在该界面按下停止系统按钮,和操作面板上的停止安妮作用相同,当点击运行监控界面按钮时,会跳到另外一个界面。

如图9所示,为本系统的监控界面,在该界面同样可以启动或停止系统。也可以在系统停止时,通过左侧的手动测试按钮区对系统的各个组成部分进行调试测试,按下相应的按钮,系统会执行相应的动作。

在屏幕的右上方,能够观察到本系统已经生产的成品数量,当每个班组交接班时,可以按下计数清零按钮对显示的计数进行清零。

在屏幕的右下角,能够监控到本系统的当前故障,如果发生故障,在该文本框中会有相应的提示,当处理完故障并解除报警后,该文本区内容会清除。

图6程序流程框图

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延时,即落料阀门完全打开后经过一定的延时时间后,认为酱料完全掉落在空瓶中。

本研究结合PLC、光电开关、交流接触器和电磁阀初步实现了对旋转型灌装机的系统控制,同时使用仿真软件验证了PLC程序的正确性。但是所有的研究成果均处在探索阶段,对于酱料的物理特性变化考虑不够周全,对于灌装机的各个位置检测应该增加限位开关进行保护,避免系统飞车。下一步的研究工作应该围绕着上述提到的问题进行研究探索,并且把灌装的物理对象进行扩展。

参考文献:

图7

清洗阀运行程序

[1]夏田.200kg桶装树脂灌装机PLC控制系统设计与研究[J].自动化及表,2008,23（3）：82-84.

[2]刘承.李小刚.PLC在包装机械上的应用[J].包装工程2004,12（2）：22-24.

[3]陈港殿.基于PLC的无菌灌装系统设计研究[D].北京:华北电力大学,2009.

[4]CAOHUI,HUANGJUNNAI.Circuitdesignandimplementation

for

digital

temperature

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measurementandcontrol.ASIC2001Proceedings[C],4thInternationalConferenceon,2001:502-505.

[5]刘南,马春翔.高速自动装瓶机控制系统设计[D].上海：上海交通大学机械与动力学院,2002.

图8卸料阀运行程序

图9触摸屏设计

3结束语

本研究目前尚处于理论方法探索阶段,把酱料考虑成流动性稍好的粘稠液体,认为其在一定的时间内的流速和流量是固定的。把称重好的酱料放入空瓶中是采用

作者简介:熊家慧（1985-），女，讲师，研究方向：电气工程及其自动化。

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