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1主電機(jī)控制
1.1主電機(jī)控制的主要控制原理
主電機(jī)主要是通過(guò)變頻器控制,其控制原理框圖如圖1所示,從圖1可以看出,主電機(jī)有灌裝和清洗兩個(gè)運(yùn)行速度,灌裝速度通過(guò)PLC中的模擬輸出模塊控制,清洗速度由變頻器參數(shù)設(shè)定,運(yùn)行模式由PLC給出。

1.2主電機(jī)的主要控制要求
在變頻器中設(shè)置最高轉(zhuǎn)速,第2轉(zhuǎn)速(清洗速度)等變頻器的必要參數(shù)。在人機(jī)界面上設(shè)置主電機(jī)運(yùn)行頁(yè)面,包括運(yùn)行狀態(tài)(灌裝/清洗)、主機(jī)開、關(guān),灌裝速度,產(chǎn)量計(jì)數(shù)。主電機(jī)的運(yùn)行受開機(jī)按鈕、關(guān)機(jī)按鈕和人機(jī)界面設(shè)置按鈕的雙重控制。
1.3旋轉(zhuǎn)編碼器的選擇
選用增量型編碼器,分辨率為300,通過(guò)A、B項(xiàng)加Z項(xiàng)復(fù)位計(jì)數(shù),對(duì)于24頭灌裝機(jī),計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙倍頻處理,計(jì)數(shù)25為一個(gè)灌裝回轉(zhuǎn)工位周期。
1.4設(shè)備零位和絕對(duì)零位
對(duì)于旋轉(zhuǎn)編碼器,每旋轉(zhuǎn)一周,給PLC發(fā)送300個(gè)脈沖,通過(guò)Z相發(fā)給PLC一個(gè)復(fù)位信號(hào),使PLC中高速計(jì)數(shù)器從1計(jì)到300后復(fù)位,我們把300稱之為絕對(duì)計(jì)數(shù)零位。
對(duì)于每臺(tái)灌裝機(jī),把1號(hào)灌裝閥對(duì)準(zhǔn)入瓶口,計(jì)數(shù)器復(fù)位開始計(jì)數(shù)稱之為設(shè)備計(jì)數(shù)零位。在實(shí)際控制中,由于編碼器安裝的位置是一個(gè)變數(shù),因此,不同的設(shè)備,絕對(duì)計(jì)數(shù)零位不同。對(duì)于每一臺(tái)設(shè)備,需要進(jìn)行設(shè)備零位的設(shè)置。
1.5設(shè)備零位的尋找和設(shè)定
點(diǎn)動(dòng)設(shè)備,使1號(hào)閥對(duì)準(zhǔn)入瓶口,將高速計(jì)數(shù)器C的數(shù)據(jù)傳入寄存器C1中,寄存器C2=300-C1,寄存器C3=C-C1(C≥C1)或C3=C2+C(C<
C1),C=C1時(shí),C3=0為設(shè)備零位,C3隨著C的變化,從1到300周期性的變化,寄存器C3即為設(shè)備運(yùn)行周期寄存器。建議將C3的數(shù)據(jù)顯示在人機(jī)界面上,設(shè)備運(yùn)行、調(diào)試比較直觀。

2稱重控制器的定量控制方案
如圖2所示,是兩組利用稱重控制器稱重計(jì)量的控制原理圖。采用稱重控制器控制各個(gè)灌裝閥的灌裝,對(duì)于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的灌裝料缸、灌裝閥、稱重平臺(tái)等的接線簡(jiǎn)化了難度。

圖中AB1為控制器A1的稱重傳感器,Y1為對(duì)應(yīng)灌裝閥的快速開閥灌裝電磁閥,Y2為對(duì)應(yīng)灌裝閥的慢速開閥灌裝電磁閥,IN1開始灌裝信號(hào)(脈沖),IN2為強(qiáng)制關(guān)灌裝閥信號(hào)(脈沖)。它們組成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)。通過(guò)RS485對(duì)控制器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、配方選擇等。
2.1碳刷滑環(huán)的設(shè)計(jì)要求及接線方法
灌裝料缸、灌裝閥、稱重平臺(tái)等是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),灌裝稱重過(guò)程均在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中完成,根據(jù)圖2所示,控制器的控制信號(hào)線、電源線要通過(guò)碳刷滑環(huán)連接。
碳刷滑環(huán)的碳刷引線,如表1所示,碳刷引線共9根,其中B1、B2為控制器A1、A2等的供電電源,B3、B4為灌裝開閥汽缸提供DC24V電源,B5為控制器A1、A2等提供開閥信號(hào),B6為控制器A1、A2等提供強(qiáng)制關(guān)閥信號(hào),B7為備用,B8、B9是RS485的連線。
分段滑環(huán)解決簡(jiǎn)化接線問(wèn)題,由于灌裝機(jī)有24個(gè)灌裝頭,因此,輸入信號(hào)需要48個(gè),利用分段滑環(huán)B5、B6等份為24段,結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示,分別接在24個(gè)控制器的IN1和IN2上,進(jìn)行灌裝開閥和強(qiáng)制關(guān)閥。

值得注意的是,滑環(huán)導(dǎo)體之間的間隔距離必須大于碳刷寬度,否則,無(wú)法將信號(hào)分開。通過(guò)表1和表2的接線,巧妙的解決和簡(jiǎn)化了控制器的接線問(wèn)題。
2.2控制器的要求
稱重控制器必須具有很強(qiáng)的抗干擾、抗震動(dòng)能力,提供一種常用的通訊協(xié)議。自動(dòng)零位跟蹤、上電自動(dòng)清零、取皮。對(duì)控制器的所有參數(shù)、配方參數(shù)和配方選擇,快/慢加料及快加料百分比設(shè)定等能通過(guò)上位機(jī)調(diào)整。輸入IN1定義為灌裝開閥開始脈沖信號(hào)(PNP),該信號(hào)的輸入,自動(dòng)取皮稱量,開始快加料(Out1=1、Out2=
0),達(dá)到設(shè)定百分比后慢加料(Out2=1、Out1=
0),達(dá)到定量后,關(guān)閥(Out2=0、Out1=0),如果在未達(dá)到設(shè)定量,IN2有信號(hào),關(guān)閥(Out2=0、Out1=0)并報(bào)警,上傳到PLC。在人機(jī)界面上設(shè)定,通過(guò)PLC控制,從RS485總線發(fā)送信號(hào),對(duì)任何灌裝閥進(jìn)行開閥和關(guān)閥,手動(dòng)定量灌裝功能,對(duì)任意一個(gè)灌裝閥進(jìn)行稱重定量灌裝。
2.3稱重的控制
機(jī)器運(yùn)行周期,前面講過(guò),灌裝機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周,編碼器計(jì)數(shù)600個(gè),每個(gè)工位25個(gè)數(shù),即為一個(gè)機(jī)器運(yùn)行工位周期。
根據(jù)PLC的編程指令,高速計(jì)數(shù)器的值等于24個(gè)數(shù)據(jù)范圍,對(duì)中間寄存器輸值,這個(gè)中間計(jì)存器便產(chǎn)生周期性變化。如:10+K×25≤C0≤15+K×25(K=0,23)成立,令M0=1,M0在程序運(yùn)行中,隨著C0的變化周期性的規(guī)律變化。灌裝的控制,檢測(cè)到一個(gè)瓶子進(jìn)來(lái),根據(jù)機(jī)器周期移位n位,n為檢測(cè)瓶子到灌裝初位的工位數(shù)。根據(jù)第n位的狀態(tài),通過(guò)PLC的DO1進(jìn)行輸出,控制無(wú)瓶不開閥。只要機(jī)器運(yùn)行,通過(guò)DO2輸出強(qiáng)制關(guān)灌裝閥。

2.4稱重控制器的調(diào)試方法
控制器的參數(shù)設(shè)置,對(duì)于每一個(gè)控制器,均要進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,包括控制器地址、常用稱重量,程、快開閥比例值等參數(shù)的設(shè)置,通信功能的調(diào)試。建立稱重測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái),利用灌裝閥、稱重托瓶機(jī)構(gòu)建立稱重測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái),對(duì)每一個(gè)控制器進(jìn)行測(cè)試,調(diào)試到滿意的效果后上機(jī)調(diào)試,降低上機(jī)調(diào)試難度,提高整機(jī)調(diào)試速度。
上機(jī)靜態(tài)調(diào)試,通過(guò)通訊總線,在機(jī)器停止情況下,對(duì)每一個(gè)灌裝閥進(jìn)行定量灌裝調(diào)試,調(diào)試出快開閥、量程參數(shù),記錄數(shù)據(jù)。上機(jī)動(dòng)態(tài)調(diào)試,動(dòng)態(tài)上機(jī)調(diào)試是稱重調(diào)試的最后一步,必須在前三步調(diào)試完成后進(jìn)行。
2.5灌裝罐內(nèi)殘留物料的回收
灌裝結(jié)束后,灌裝罐內(nèi)有剩余的殘留物料,清洗之前進(jìn)行回收,減少浪費(fèi)和環(huán)境的污染。在灌裝稱重畫面,設(shè)置物料回收按鈕,選擇該按鈕后,回收槽汽缸動(dòng)作,灌裝入口不再進(jìn)瓶,液位控制關(guān)閉,進(jìn)料閥關(guān)閉。PLC根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器的運(yùn)行位置,判斷灌裝閥的開閉狀態(tài),通過(guò)總線傳送給控制器進(jìn)行開和關(guān)灌裝閥。

3PLC進(jìn)行稱重定量的控制方案
如圖4所示,PLC為控制核心,稱重傳感器通過(guò)放大器將信號(hào)轉(zhuǎn)換成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),經(jīng)過(guò)PLC處理,控制灌裝閥的快灌裝和慢灌裝,達(dá)到稱重控制灌裝。本方案的主要缺點(diǎn)是PLC處理的數(shù)據(jù)量比較大,要求PLC運(yùn)行速度、A/D轉(zhuǎn)換模塊精度采樣周期高,對(duì)于一臺(tái)設(shè)備,需要雙PLC控制,軟件編程工作量大,優(yōu)點(diǎn)是接線簡(jiǎn)單。

碳刷滑環(huán)的設(shè)計(jì)要求及接線方法相對(duì)控制器方案比較簡(jiǎn)單,如表3所示,碳刷滑環(huán)的碳刷引線共6根,其中B1、B2為PLC等的DC24V供電電源,B3為無(wú)瓶檢測(cè)信號(hào),B4為備用,B5、B6是PLC與人機(jī)界面的RS485通訊連線。

4灌裝機(jī)液位控制(灌裝過(guò)程)
4.1灌裝機(jī)液位控制原理
在灌裝過(guò)程中,料缸液位的穩(wěn)定,可以提高灌裝稱重定量的精度。液位探測(cè)器采用電容式直桿連續(xù)檢測(cè)和限位探頭。含有抗冷凝屏蔽管,對(duì)物料粘結(jié)補(bǔ)償能力,使探頭在粘結(jié)嚴(yán)重場(chǎng)合下亦能維持穩(wěn)定,精確的開關(guān)點(diǎn),無(wú)需對(duì)其進(jìn)行清洗或重復(fù)標(biāo)定等優(yōu)點(diǎn)。
控制器采用模擬量輸入輸出模塊,其原理如圖5所示,物料進(jìn)料控制采用氣動(dòng)薄膜閥,通過(guò)氣電轉(zhuǎn)換器A2控制物料的進(jìn)量。
4.2液位控制要求

在人機(jī)界面上建立液位探測(cè)器的參數(shù)設(shè)置畫面,設(shè)置液位探測(cè)器上下限位值,設(shè)置值、測(cè)量值。模擬量輸入輸出模塊的參數(shù)表,PID調(diào)節(jié)設(shè)置參數(shù),電流輸出顯示,采樣次數(shù),輸出頻率等的設(shè)置,根據(jù)該模塊的技術(shù)數(shù)據(jù)的要求進(jìn)行編程。
5結(jié)束語(yǔ)
稱重式定量灌裝是一個(gè)發(fā)展方向和趨勢(shì),稱重控制是一個(gè)完整復(fù)雜的控制系統(tǒng),對(duì)于各種回轉(zhuǎn)式灌裝機(jī)的稱重控制有不同的要求,不是一篇兩篇文章能夠解決的,在具體的實(shí)現(xiàn)中,需要解決很多實(shí)際出現(xiàn)的問(wèn)題,本文只是對(duì)控制原理進(jìn)行了論述,僅供參考。

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