高精度電子定量灌裝機控制系統軟件設計

王海珠 魯慶東 宮濤

摘 要：本文簡要介紹高精度電子定量灌裝機的系統軟件設計，主要介紹了灌裝機的灌裝流程，I/O分配，灌裝流程控制程序設計，灌裝容量控制程序設計，輸瓶機控制程序設計，升降控制程序設計，計數程序設計，報警程序設計。灌裝機數據可以與上層云服務器交互，實現網絡化。

關鍵詞：灌裝機;PLC

黨的十九大以來，以習近平同志為核心的黨中央提出關于制造強國戰略重要論述，推動制造大國向制造強國轉變。國務院《高端裝備制造業發展規劃》提出，高端裝備制造業作為決定著整個產業鏈綜合競爭力的戰略性新興產業，是我國搶占未來經濟和科技發展制高點的戰略選擇。《關于深化“互聯網+先進制造業”發展工業互聯網指導意見》提出，加快發展先進制造業，推動互聯網、大數據、人工智能和實體經濟深度融合要求的重大舉措。

酒都宜賓有以五糧液為龍頭的數百家酒企，臨近的瀘州也是我國著名的酒城，離茅臺鎮也較近，酒企對灌裝機需求較大，本文主要介紹灌裝機灌裝流程，系統軟件控制，控制算法及程序。

1 灌裝流程分析

灌裝機灌裝工藝主要有升降控制，灌裝控制，進液控制，容量控制，輸瓶線控制，在我國酒文化中，瓶子是企業文化的載體，也是酒文化的載體，每個廠家的瓶子都不盡相同，同一廠家也有系列酒，瓶型也不同，灌裝機能根據不同的瓶型，調節高度。目前白酒灌裝車間以半自動化為主，灌裝根據企業實際情況能進行動態產量調節，所以灌裝及對應的輸瓶線需要能調節速度，以適應產量要求。目前國內白酒企業灌裝線上多采用半自動洗瓶機，洗瓶完成后需要將空瓶擺放到輸瓶線上，當空瓶到達灌裝機內，進瓶檢測傳感器檢測到有空瓶進入時，分配到對應的灌裝頭進行灌裝，灌裝完成后，出瓶檢測傳感器檢測到瓶子時，記錄產量并繼續灌裝。灌裝機液箱內的傳感器能實時檢測液位，控制進液閥開閉，量筒內的液位傳感器測量量筒內液位，從而控制灌裝容量。

2 人機交互界面設計

根據工藝分析，我們采用觸摸屏實現人機交互。主界面如圖1所示，由產量相關標簽、指示燈、相關控制按鈕組成，可以實時顯示與調節系統當前運行狀況下的產量信息、裝瓶數目、灌裝容量以及工作液位等信息。

其它界面在此不再贅述。

3 編程資源分配

根據需求分析和已有觸摸屏畫面，將編程資源進行分配，分配如下表所示：

4 控制模型的建立與編程

在灌裝機電控柜中，根據需求分析及前期經驗：

（1）根據客戶的給定的產量信號來控制輸瓶機的運行速度。

（2）能準確測量量筒中的液位高度，計算量筒中液體體積，通關灌裝容量計算和容量調節達到精確灌裝的目的。

（3）能根據進瓶檢測、出瓶檢測、進瓶定位傳感器的信號，正確打開或關閉進液閥，灌裝閥，準確灌裝。

（4）能根據瓶型調整灌裝機升級系統的高度，能按照客戶輸出的數據，正確調整升降系統高度，使輸瓶機、酒瓶、灌裝頭精密配合實現準確灌裝。

根據以上需求建立控制模型如圖2所示。

工作時，當檢測到瓶子進入灌裝機，進瓶定位信號啟動計數，3個定位信號后，看根據進瓶檢測信號確定實際進入瓶子的個數，停止輸瓶機，導向氣缸工作，定位瓶子，灌裝閥打開進行單瓶灌裝，雙瓶灌裝或3瓶灌裝。灌裝完畢，出瓶檢測有信號時，計數器清零。液位由磁致液位傳感器采集，由此進行容量控制。在生產線更換瓶型或灌裝容量時，需要對灌裝容量進行容量調節以達到精確灌裝的目的。

液位高度是模擬量信號，由磁致液位傳感器采集，采集的信號經過變送器轉換為標準信號，可以將液位作為控制指標，也可以將其乘以底面積得到液體體積來進行控制，為了減小累計誤差，項目中使用液位控制。液位高度由HMI設定，每次進液后，液位高度到達了設定的液位高度，進液完成。

液位高度0-317，經過A/D轉換后，與PLC中設定的液位高度進行比較。轉換時，0-317轉換為標準的0-20mA電流信號，它們成線性關系，根據模擬輸入信號可以對應計算出高度。

液位高度用HA表示，最大高度用Ham表示，最小值用Ha0表示，對應數字量用D、Dm、D0表示。則：

Ha=（D-D0）×（Ham-Ha0）/（Dm-D0）+Ha0

液位高度與設定高度相同時，停止進液。

根據以上控制模型進行軟件的詳細設計和編程。

3 結束語

電子電量灌裝機軟件設計達到計劃要求，能穩定運行，充分說明了算法的合理性。

參考文獻：

[1] 魯慶東.白酒包裝生產線電氣控制系統設計：碩士論文.

[2] 魯慶東 陳琪主編.自動化生產線安裝調試維護與維修 機械工業出版社 2015.09.

作者簡介：

王海珠（1983.08）女，漢，吉林，松原，碩士學位，宜賓職業技術學院 講師，研究方向：機械設計，無人機。

項目：宜賓職業技術學院科研項目《基于工業機器人高速灌裝線上瓶機研制》編號ybzysc17-01.

（宜賓職業技術學院 ?宜賓 644003）