PLC旋轉灌裝機控制系統設計探討

摘要：食品工業離不開機械，尤其是當今飲料和礦泉水的需求增大，對包裝設備的需求量也得到了空前的增長。國外的包裝設備基本達到了效率高、精度高、自動化程度高的要求，我國在這方面還需要有所提高。文章研究的是旋轉灌裝機控制系統，它集清洗、灌裝、加蓋為一體，在高速灌裝下能夠實現較高的灌裝精度和運行穩定性。

關鍵詞：旋轉灌裝機；PLC；控制系統設計；食品工業；包裝設備 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP278 文章編號：1009-2374（2015）27-0027-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.27.015

1 灌裝機的整體結構

灌裝機的主要結構包括以下部分，各部分在其中都起著非常重要的作用：（1）機箱組件。固定、支撐是機箱組件的基本作用，它是灌裝系統正常穩定工作的重要保障。（2）風道進瓶組件。左右刮瓶板卡在瓶口的螺旋位置，風道進瓶組件的配合使用，沿刮瓶板向下一組件移動使其在風力作用下。有一電磁體擋瓶機構在風道進瓶組件的末端設計，空瓶保持間距以防止卡瓶在擋瓶機構作用下。（3）過渡盤Ⅰ。（4）洗瓶組件。主要進行清洗對空瓶內外壁。（5）過渡盤Ⅱ。清洗之后需要進行灌裝的路徑。（6）灌裝用的組件。24個灌裝頭組成灌裝組件，灌裝位置跟蹤灌裝模式開始灌裝時，空瓶進入灌裝組件后運動到的地方。為了提高灌裝的速度，減少液體的飛濺和產生氣泡，我們始終讓灌裝頭與被灌的液面保持一定距離。在灌裝液體時，跟隨灌裝組件灌液的同時，被灌裝的瓶子和它一起轉動，當運動到出瓶的位置時，應該先加蓋，這時進入加蓋組件，灌滿液體的瓶子通過過渡盤，兩個灌裝頭每套沿180度直線分布的伺服泵控制，伺服泵控制灌裝組件的灌裝頭有24個，此件共12套，使用步進電機來控制它，換向機的伺服泵都配備有一套此系統，三個液口之間轉換用控制陶瓷泵。由無瓶檢測傳感器灌裝開始工位處安裝，相應工位無瓶當傳感器檢測到時不灌裝，對應的伺服電機不動作，由PLC發出指令控制，實現了無瓶不灌裝。（7）過渡盤Ⅲ。灌裝完成后加蓋的路徑。（8）提供蓋子的機構。它的作用是提供瓶蓋。在供蓋機構的末端設有電磁體擋蓋機構，相應工位無瓶時會被傳感器檢測到，對應的旋蓋頭無蓋擋蓋機構作用。（9）加蓋組件。在旋轉頭的作用下，將瓶蓋旋緊灌滿液體的瓶子，加蓋組件要經過3號過渡盤進入，此環節由8套伺服電機完成加蓋。為了防止擰不緊或擰裂等情況，旋蓋組件共有8個旋蓋頭，采用了扭矩控制模式對扭矩進行控制，以保證自動上蓋。（10）出瓶組件。3個后輸送電機帶動進入出瓶子的組件，在導瓶盤作用下灌裝完成并且蓋好蓋的瓶子經由出瓶口出來，整個灌裝流程完成。

2 灌裝機的工藝流程設計

我們設計的主要依據就是工藝流程，工藝流程的設計不同，自然我們的設計方案思路都不一樣。我們設計的流程主要是風道進瓶、洗瓶、灌裝和供蓋機構、加蓋、出瓶。整個流程分為兩路，比較清晰。瓶子組件是一條線路，瓶蓋組件是另一條線路。在風力的作用下，空的瓶子進入風道進瓶組件后，通過過渡盤進入到洗瓶組件，清洗干凈后再進入灌裝組件開始對瓶子進行灌裝，灌裝完后的瓶子通過過渡盤到了加蓋這一環節，在此同時，提供瓶蓋的機構也向加蓋組件供蓋，之后灌滿的瓶子才被進行加蓋，最后被灌裝完加完蓋的瓶子開始出瓶，這個是

在出瓶機構的作用下完成的，完整的灌裝流程進行完畢。

3 灌裝機的硬件系統設計

我們選用了主要用于中型和大型的控制系統研究的灌裝機控制系統，它選用的是采用模塊化設計的三菱Q系列PLC，可以根據系統設定自由選擇所需的模塊及數量，這樣控制系統有很強的優勢。本系統的PLC主要用于運動控制的定位，其中常用于數據類型轉換的供電電源的模塊、微處理器的模塊、I/O模塊、模擬量輸入模塊、高速計數器、溫度調節模塊等，以上可以根據系統的特殊需要來選擇。在安裝模式上采用主基板-擴展基板，是Q系列PLC可以采用的形式，這樣會使得容量增大，I/O點數增加可以通過增加擴展模塊，增加模塊的安裝數。灌裝機控制系統選用的可編程控制器為Q06HCPU，它的突出優點是程序執行能力超強、數據處理能力很好、時間精準度高，使整個系統的誤差微小，還有超大的內存。以上程序尤為適合控制系統所需空間大的需求。

本文設計的灌裝機PLC控制系統的主基板-擴展基板形式是整個PLC系統的結構形式，基板上各模塊的安裝連接順序為：電源模塊→CPU（中央處理器）模塊→輸入模塊→輸出模塊→運動控制模塊（QD70P8）→串行通訊模塊（QJ71C24N）。本設計中的擴展模式尤為適合PLC系統采用，這樣很容易在擴展模塊上設置擴展的級數。此系統共有3個擴展級：第一級為擴展板Q68B；第二級為擴展基板Q65B；第三級擴展為人機界面，其中的人機界面為16點的智能功能模塊。

4 結語

本文對XG-24128型灌裝機進行控制系統的方案設計。首先對灌裝機整體結構進行了分析，在分析其灌裝工藝流程的基礎上，根據設計的要求來確定整體方案，對灌裝機控制系統進行設計。通過明確它的硬件配置，之后確定PLC的類型及相關模塊，此時還要考慮灌裝機的設備狀況和工藝要求，再對系統的I/O口進行定義，并硬件機構進行布置，包括對伺服電機、步進電機還有其他電氣元件的選型和布置。灌裝機的核心設計是用一個伺服泵來同時控制兩個灌裝頭，這實現了連續灌裝的目的，這樣控制系統的設計基本確定了。最后還要對連續灌裝頭的位置進行確定，對灌裝的速度進行確定分配，還要研究換向機構。做好了這些硬件后，才能更好地對其軟件進行設計。軟件設計的核心是相應程序的編制，通過程序能夠最優地實現灌裝的流程。為更好地操控系統，我們還進行了人機界面的設計，在此我們將觸摸屏運用了進來，這樣可以使整個系統能夠非常方便地進行控制。

本文針對工業生產的需求、灌裝機以及灌裝技術的現狀和發展趨勢，淺析了灌裝機的結構組成、工藝流程設計思路，提出了可靠的硬件設計方案。根據受控制對象的生產工藝的要求，結合整個灌裝的流程，設計了灌裝機控制系統的整體方案，之后根據整個系統的設計做了系統的硬件配置。但是由于緊迫的時間和所掌握知識的限制，本系統還有很多不足，有許多地方需要改進和優化。本設計目前尚未進行調試，調試之后還會有很多問題待分析、待解決，這都是以后的工作重點。設想為設備成本如果降低，我們在運用這種方案，即用一套伺服泵控制兩個灌裝頭，實現連續灌裝的控制系統方案，來達到高速、精確、穩定的灌裝是否可行呢？這些問題都有待進一步的研究。

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作者簡介：楊榮秀，女，山東濟寧人，濟寧技師學院助理講師，研究方向：自動化。

（責任編輯：周 瓊）