缺瓶檢測(cè)與自動(dòng)控制的結(jié)合在啤酒行業(yè)的應(yīng)用

李晨

摘 要：針對(duì)啤酒行業(yè)包裝箱內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)缺瓶的情況，通過產(chǎn)品的包裝特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)輸箱皮帶環(huán)節(jié)進(jìn)行改造，在碼垛機(jī)前的輸箱皮帶上增加缺瓶檢測(cè)的設(shè)計(jì)方案，采用接近開關(guān)和光電開關(guān)相結(jié)合檢測(cè)的方式，結(jié)合西門子S7-300PLC的程序控制，進(jìn)行程序在線檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)缺瓶檢測(cè)功能，通過初步的調(diào)試以及生產(chǎn)中的觀察，達(dá)到設(shè)計(jì)之初的計(jì)劃可行性，降低了操作人員的工作強(qiáng)度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： PLC；自動(dòng)化；缺瓶檢測(cè)

接近開關(guān)的原理是通過與金屬間接接觸就可以觸發(fā)動(dòng)作的一種開關(guān)，當(dāng)物體的金屬部分靠近開關(guān)的檢測(cè)面時(shí)，就會(huì)觸發(fā)感應(yīng)，免除了金屬的觸碰就可以使開關(guān)感應(yīng)動(dòng)作，精確的反映物體運(yùn)動(dòng)的軌跡。開關(guān)的感應(yīng)動(dòng)作快速，因?yàn)椴挥媒佑|，因此很好的避免了機(jī)械磨損，降低故障率。可以直接接入到低壓電器控制回路中，或者供給PLC中作為指令控制。相比傳統(tǒng)的行程開關(guān)，無機(jī)械磨損，使用時(shí)間長(zhǎng)，自帶指示燈，顯示直觀。

光電接近開關(guān)簡(jiǎn)稱光電開關(guān)，設(shè)備本身發(fā)出光信號(hào)，通過物體對(duì)光信號(hào)的阻擋，造成光線傳播的中斷，觸發(fā)動(dòng)作過程，同步到電氣回路而形成的檢測(cè)開關(guān)。跟接近開關(guān)不同的是，光電開關(guān)不需要金屬感應(yīng)，所有能阻擋光線的物體都可以檢測(cè)。主要可分為漫反射式、對(duì)射式、反光板反射式。

一、系統(tǒng)介紹

隨著工業(yè)自動(dòng)化的高速發(fā)展，自動(dòng)控制在啤酒行業(yè)中的高速生產(chǎn)線上的應(yīng)用占據(jù)了非常大的作用。啤酒的灌裝及外包裝是出廠前最重要的過程，直接影響了啤酒的口感及外觀質(zhì)量，尤其是碼垛機(jī)，作為最后一道工序，更是顯得尤為重要。但是在實(shí)際生產(chǎn)中，因?yàn)槎喾N原因，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)包裝箱里缺瓶的情況，造成產(chǎn)品質(zhì)量下降。而且因?yàn)橥獍b箱已經(jīng)封箱，無法每個(gè)紙箱都拆開查看，給生產(chǎn)造成了很大的困擾。

碼垛機(jī)作為啤酒行業(yè)包裝生產(chǎn)線的最后一道工序，是將紙包機(jī)，裝箱機(jī)和膜包機(jī)生產(chǎn)出的啤酒包裝箱按照一定排列方式擺放在托盤上，進(jìn)行自動(dòng)擺放，可根據(jù)程序編寫方式擺放多層，然后推出，便于叉車運(yùn)至倉庫交付成品。華潤(rùn)鞍山的D線碼垛機(jī)采用雙道碼垛，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，決定把缺瓶檢測(cè)安裝在碼垛機(jī)的前一個(gè)輸箱皮帶環(huán)節(jié)上，避免了在碼垛機(jī)安裝兩套裝置，減少了故障發(fā)生幾率。

二、 設(shè)計(jì)方案

1.稱重傳感器+光電開關(guān)檢測(cè)方式

通過在輸箱皮帶底部安裝稱重傳感器的方式，結(jié)合光電開關(guān)給出信號(hào)檢測(cè)。識(shí)別每個(gè)箱子的重量，利用稱重傳感器傳送出4-20ma的模擬量信號(hào)送入PLC中，與預(yù)先設(shè)置箱子重量參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)重量出現(xiàn)偏差，程序判斷箱子中是否缺瓶。

2.接近開關(guān)+光電開關(guān)方式

在輸箱加速皮帶上方安裝接近開關(guān)來檢測(cè)啤酒瓶蓋，安裝方式為并排4個(gè)，在接近開關(guān)的前后分別安裝2個(gè)光電開關(guān)，分別檢測(cè)箱子開始與結(jié)束，在一個(gè)箱子運(yùn)行周期內(nèi)，通過計(jì)數(shù)判斷箱子中是否缺瓶

三、種方式對(duì)比分析

稱重傳感器方式：可以通過在觸摸屏做數(shù)字顯示，直接顯示每箱重量，觀察直觀，可以通過參數(shù)更改隨時(shí)調(diào)節(jié)箱子重量設(shè)定值，但是，缺點(diǎn)也比較明顯，1.稱重傳感器安裝復(fù)雜，更換繁瑣，一旦生產(chǎn)中出現(xiàn)故障，會(huì)耽誤比較多的停產(chǎn)時(shí)間2.由于鏈道底座安裝在鋼結(jié)構(gòu)上，而且啤酒是液體，輸送皮帶是運(yùn)動(dòng)的，在生產(chǎn)運(yùn)動(dòng)中難免造成液體晃動(dòng)，引起箱子的重心點(diǎn)的變化，造成測(cè)量不準(zhǔn)3.包裝箱在輸箱加速皮帶的經(jīng)過的時(shí)間越短，對(duì)PLC讀取稱重的模擬量信號(hào)的準(zhǔn)確性影響越大4.對(duì)機(jī)器提速段、稱重段之間間距要求高。5.稱重傳感器需要經(jīng)常校準(zhǔn)，增大了維護(hù)保養(yǎng)任務(wù)。

接近開關(guān)安裝方式：因?yàn)榻咏_關(guān)安裝在箱子上方，接近開關(guān)采用快速插頭形式，且接近開關(guān)自帶指示燈，狀態(tài)顯示直觀，一旦出現(xiàn)故障，能夠快速準(zhǔn)確的定位故障點(diǎn)，更換方便，減少故障時(shí)間。同時(shí)通過調(diào)節(jié)檢測(cè)高度就可以針對(duì)各種瓶子形狀，調(diào)節(jié)方便。

四、安裝方案

先把輸送皮帶拆開，獨(dú)立安裝一段加速皮帶，用于拉開每個(gè)箱子之間的距離，防止多個(gè)箱子緊貼在一起經(jīng)過造成無法檢測(cè)。在加速皮帶的中間位置的兩側(cè)安裝固定支架，把4個(gè)接近開關(guān)按照每個(gè)瓶子通過的位置安裝在鋼板上，每個(gè)近接開關(guān)左右距離留出條形孔，方便以后調(diào)節(jié)接近開關(guān)位置，把安裝接近開關(guān)的鋼板安裝在兩側(cè)的固定支架上，使接近開關(guān)的感應(yīng)位置沖下，上下預(yù)留長(zhǎng)條孔，方便根據(jù)不同瓶子高度調(diào)節(jié)感應(yīng)距離。在感應(yīng)支架的前后分別安裝1個(gè)反射光電，用于缺瓶檢測(cè)的啟動(dòng)與停止。在碼垛機(jī)PLC柜中增加西門子321-1BH02-0AA0的DI16*DC24v的模塊，用于接收4個(gè)接近開關(guān)和2個(gè)光電信號(hào)的輸入。接近開關(guān)選用倍加福NBB15-U1-E2，檢測(cè)距離30mm。

在碼垛機(jī)PLC中編寫檢測(cè)程序，當(dāng)箱子啟動(dòng)光電觸發(fā)一個(gè)上升沿信號(hào)，計(jì)數(shù)器采用減法計(jì)數(shù)器，這個(gè)信號(hào)給計(jì)數(shù)器的預(yù)制值輸入為3，同時(shí)接近開關(guān)隨著箱子的運(yùn)行檢測(cè)瓶蓋信號(hào)，每檢測(cè)一個(gè)瓶蓋，則計(jì)數(shù)器減1，計(jì)數(shù)器不為0時(shí)，一直是輸出信號(hào)，只有當(dāng)計(jì)數(shù)器為0，則信號(hào)斷開，同時(shí)，在4組接近開關(guān)的常開點(diǎn)后串聯(lián)箱子停止信號(hào)，停止信號(hào)方式采用下降沿，識(shí)別每一個(gè)箱子完整走過，在箱子經(jīng)過的一個(gè)完整周期內(nèi)，如果有任何一個(gè)檢測(cè)計(jì)數(shù)不為0，則會(huì)觸發(fā)報(bào)警停機(jī)。

在該系統(tǒng)完成后，經(jīng)過調(diào)試以及生產(chǎn)中觀察，滿箱合格率可以達(dá)到100%，排除了不合格酒流入市場(chǎng)的隱患，提高了公司產(chǎn)品質(zhì)量。但是，由于場(chǎng)地的影響，只能采用報(bào)警停機(jī)的方式，無法增加擊打器，不能更加有效的降低停車時(shí)間，直接把不合格箱子打擊到專門的鏈道中。而且，由于包裝紙箱的脆弱以及鋼灌裝完啤酒瓶?jī)?nèi)壓力大，擔(dān)心擊打器會(huì)損壞包裝質(zhì)量，今后還將根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況逐漸改善。

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