油性多顆粒態(tài)物料自動灌裝機控制系統(tǒng)的研究

胡 飛，彭秀英，李榮隆

（貴州大學 機械工程學院，貴陽 550003）

0 引言

灌裝機是適用于食品、日化及特殊行業(yè)的包裝設備。本文研究的灌裝機主要用于大粘度、油性多顆粒物料如醬類食品的充填灌裝，并要求油性物料在80oC～95oC的高溫條件下灌裝。在此溫度下雖然油的流動性好，但顆粒物受熱軟化，物料間會產(chǎn)生粘結現(xiàn)象，同時物料中帶有顆粒度不均勻的骨料、顆粒、片料等，造成計量困難，使灌裝后的產(chǎn)品易出現(xiàn)物料不均、重量不等的問題。

本文運用PLC控制技術，結合油性多顆粒態(tài)物料灌裝機生產(chǎn)工藝要求和企業(yè)的實際情況，研究設計了一種油性多顆粒態(tài)物料灌裝機控制系統(tǒng)，使油性多顆粒態(tài)物料灌裝的計量精度、穩(wěn)定性及清潔度都得到了提高，實現(xiàn)了醬類灌裝機生產(chǎn)過程的全自動化，滿足了企業(yè)的要求，在綠色食品業(yè)具有廣闊的應用前景。

1 油性多顆粒態(tài)物料自動灌裝機基本組成及工作原理

本文研究的油性多顆粒態(tài)物料自動灌裝機主要包括六部分：篩分攪拌機構、儲油罐、量杯間歇旋轉裝置、輸送帶、在線補償計量裝置及控制系統(tǒng)，結構原理圖如圖1所示。

圖1 結構原理圖

篩分攪拌機構用于混合油性物料的固液分離和固體物料的二次攪拌，分離出的油液裝入儲油罐。量杯間歇旋轉裝置主要實現(xiàn)量杯的旋轉和灌裝，間歇停止時間或灌裝時間為m秒（試驗樣機m=3）。量杯間歇旋轉裝置裝上設有n個量杯（試驗樣機n=6），篩分攪拌機構灌裝口設有光電傳感器1檢測是否有空量杯，當量杯旋轉到灌裝口處時，旋轉裝置停止，電傳感器將檢測信號反饋到PLC控制器，PLC根據(jù)檢測信號控制電磁閥1的啟閉，如為空杯，電磁閥1開啟，將物料灌裝到量杯中，經(jīng)過m秒灌裝后，PLC控制電磁閥1關閉，同時啟動量杯間歇旋轉裝置旋轉，固定刮板將超出量杯部分的物料刮去。為避免浪費超出量杯體積的物料將回收再次灌裝。旋轉裝置上的量杯通過間歇機構的作用依次旋轉到篩分攪拌機構灌裝口進行檢測灌裝。輸送帶實現(xiàn)料瓶的輸送，并在輸送的過程中實現(xiàn)物料的灌裝和在線計量，輸送帶采用步進電機驅動，通過PLC控制系統(tǒng)中使步進間隙停止時間為m秒。料瓶灌裝口設有光電傳感器2來檢測是否有料瓶，當檢測到有料瓶時，通過PLC控制電磁閥2開啟，量杯中物料裝入料瓶，經(jīng)m秒后，電磁閥2關閉，運輸帶啟動。當運輸帶將裝滿物料的料瓶輸送到重量檢測處，通過稱重傳感器實現(xiàn)在線計量，根據(jù)檢測結果，PLC控制電磁閥3的啟閉，用分離出來的油液進行重量補償，實現(xiàn)精準計量。在線計量完成后，有光電傳感器3對已灌裝完成的料瓶進行計數(shù)，在操作顯示面板（觸摸屏）上顯示計數(shù)。輸送帶將完成灌裝的料瓶送出，自動灌裝完成。在整個灌裝過程中，要求灌裝動作時間與輸送帶步進間隙停止時間及間歇機構間歇停止時間相等，在線重量補償時間不超過停止時間。

2 自動灌裝機控制系統(tǒng)的方案研究

2.1 自動灌裝機控制要求

根據(jù)自動灌裝機的工作原理，灌裝機控制系統(tǒng)需滿足以下要求：

1）控制系統(tǒng)能夠實現(xiàn)固液分離、固體物料灌裝、運輸、計量及油液補償?shù)淖詣涌刂啤?/p>

2）各動作之間應具有較高的配合精度。各灌裝動作時間與間歇機構間歇停止時間及運輸帶停止時間應相等，在線重量補償時間不得超過停止時間。

3）各傳感器響應迅速。

4）控制系統(tǒng)可實現(xiàn)灌裝料瓶的計數(shù)和顯示。

5）在設備工作中某動作出現(xiàn)故障時，控制系統(tǒng)能對它們實時監(jiān)控，記憶鎖存，且系統(tǒng)能起到停止保護的作用，并及時報警。

2.2 控制系統(tǒng)硬件組成

在灌裝機控制系統(tǒng)的設計中，考慮到灌裝機各動作之間有較高的配合要求，系統(tǒng)傳感器多、干擾大，故采用以PLC為核心的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的組成如圖2所示。該控制系統(tǒng)采用三菱公司全新上市的FX3GA系列可編程控制器。采用多傳感器，實現(xiàn)量杯檢測、料瓶檢測、在線計量檢測和料瓶計數(shù)檢測等；采用三相異步電機實現(xiàn)振動篩分和攪拌；電磁閥組用于灌裝和補油控制；輸送帶采用步進電機驅動。操作與顯示面板（觸摸屏）通過文字、按鈕、圖形、數(shù)字等來實現(xiàn)監(jiān)控管理及應付隨時可能的變化信息，能明確指示并告之操作員機器目前的狀況。

圖2 控制系統(tǒng)硬件組成結構框圖

圖3 控制程序流程

2.3 PLC控制流程

該控制系統(tǒng)要完成振動篩分、攪拌、固料量杯灌裝、固料料瓶灌裝、運輸、計量和油液補償?shù)壬a(chǎn)工藝的控制，系統(tǒng)設計采用運動控制和邏輯控制，各個工藝流程不能出現(xiàn)信號干擾。當出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)保護停止，觸摸屏及時輸出報警信號。控制程序流程如圖3所示。

3 結束語

本文研究的油性多顆粒態(tài)物料自動灌裝機控制系統(tǒng)，由于采用了PLC控制，實現(xiàn)了物料的自動灌裝和精確計量，避免了由于手工操作或半自動化操作造成的人為因素影響，提高了生產(chǎn)過程中食品的安全性和清潔度，降低了工人的勞動強度，使產(chǎn)品質量、生產(chǎn)效率、設備安全性能及自動化程度都得到提高，滿足了企業(yè)的生產(chǎn)要求。所研究的油性多顆粒態(tài)物料自動灌裝機控制系統(tǒng)具有較強的應用性。

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