裝酒機(jī)爆瓶噴沖的研究與改進(jìn)

付東紀(jì)，于延超，盧 明

（青島啤酒股份有限公司青島啤酒四廠，山東青島 266000）

我們廠使用的是南輕啤酒灌裝機(jī)，額定能力24000 瓶/h，工作原理如圖1 所示，工作流程為：進(jìn)瓶、有瓶檢測、1 次抽真空、1 次背壓、2 次抽真空、2次充氣背壓、玻璃瓶檢測、灌裝靜置、排氣、出瓶、壓蓋等。目前破瓶檢測信號位于灌裝前，爆瓶發(fā)生在破瓶信號前，該瓶位運行到接近開關(guān)后檢測不到信號，因此認(rèn)為存在爆瓶；并在破瓶檢測信號后有7個閥位開啟破瓶噴沖電磁閥，并在第二圈、第三圈對應(yīng)在爆瓶位置開啟閉液體閥，各灌裝5 個半瓶。但在實際生產(chǎn)過程中破瓶檢測后，灌裝及靜置過程中仍然存在爆瓶現(xiàn)象。爆瓶產(chǎn)生的玻璃渣是嚴(yán)重的食品安全問題，本著“顧客就是上帝”的原則，我們不允許該問題出現(xiàn)。部門成立裝酒機(jī)爆瓶噴沖攻關(guān)小組，著手研究并解決該問題。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 裝酒機(jī)的自控系統(tǒng)

為解決該問題，我們必須要熟悉裝酒機(jī)的控制原理，了解裝酒機(jī)在運行過程中如何檢測有瓶、爆瓶及通過程序的邏輯運算執(zhí)行噴沖和灌半瓶指令的。我廠裝酒機(jī)選用西門子自動控制系統(tǒng)。下位機(jī)使用S7-300PLC，上位機(jī)wincc flexible 觸摸屏，在設(shè)備維護(hù)過程中，有時需要借助SIMATIC Manager 軟件的在線監(jiān)控或仿真（S7-PLCSIM）的方式進(jìn)行在線故障診斷，常用的方法是通過監(jiān)控變量表（Virable Table）和數(shù)據(jù)塊（Date Block），這樣做通常要求對功能和功能塊中的相關(guān)程序段落有足夠的理解。這其中灌裝機(jī)里的移位程序為該型號灌裝機(jī)的核心程序，也是難點，因此本文就以爆瓶噴沖和灌半瓶程序為例進(jìn)行分析西門子移位程序在灌裝機(jī)中的應(yīng)用。

圖1 裝酒機(jī)灌裝原理圖

1.2 PLC移位程序在裝酒機(jī)中的應(yīng)用

從灌裝機(jī)應(yīng)用上分析，在旋轉(zhuǎn)過程中，從進(jìn)瓶、抽真空、備壓、灌酒，到排氣、激沫、壓蓋、出瓶，需要對每個瓶子的位置和狀況做全程跟蹤，比如在一特定時刻，某一瓶子運轉(zhuǎn)到了什么位置，且該瓶子處于什么狀態(tài)（是否破損），等等。由于正常生產(chǎn)時，瓶子是一個接一個的，因此在這里使用移位寄存器是最佳選擇。灌裝機(jī)程序中移位寄存器的編程，我們根據(jù)移位原理（SHL）編寫FC92 功能塊，后續(xù)程序段中調(diào)用FC92功能塊。

1.3 爆瓶檢測的編程思路

為說明編程思路，請參考圖2。首先，假定3 個接近開關(guān)，其中A 感應(yīng)酒機(jī)旋轉(zhuǎn)時每個托瓶墊的到來，為機(jī)器的運行感應(yīng)器；B感應(yīng)進(jìn)瓶（有瓶）；C（破瓶）感應(yīng)定中桿是否下降，同時結(jié)合進(jìn)瓶情況來確定在CO2備壓時有無爆瓶。有瓶時定中桿在上面，C 信號為1；無瓶時定中桿下降，C 信號為0。F（破瓶2）檢測原理同C，該型號的酒機(jī)帶有80 個托瓶墊，我們在托瓶墊所處圓周上均勻分布80 個固定位置。

在S7-300 中我們把每個地址的狀態(tài)存儲在數(shù)據(jù)塊中，每個字節(jié)共8 位，80 個瓶位需要10 個字節(jié)，有瓶檢測B 的地址為DB100.DBX52.1，有瓶檢測的狀態(tài)（有瓶移位）放在指針指向的DB10 中以DB10.DBX0.0 開始的數(shù)據(jù)塊中。其中，任何一位為1 則代表旋轉(zhuǎn)至該處的托瓶墊在經(jīng)過進(jìn)瓶時有瓶（參考圖3有瓶移位程序）。

動態(tài)記錄進(jìn)瓶情況的程序結(jié)構(gòu)見圖4。根據(jù)進(jìn)瓶情況，結(jié)合破瓶檢測C，機(jī)器可以判斷有無破瓶。C 定位在從B 數(shù)起的第24 個托平墊的位置，與該位置對應(yīng)的數(shù)據(jù)塊地址為DB10.DBX3.0，如果A 的上升沿瞬間檢測到DB10.DBX3.0 為1，表示該處經(jīng)過進(jìn)瓶B 時有瓶，而此時C 為1，則表示瓶子在抽真空、背壓過程中完好；否則出現(xiàn)爆瓶。類似動態(tài)記錄有瓶情況，可以另設(shè)一個數(shù)據(jù)塊DB20 來記錄破瓶的情況，其中任何一位為1 則表示此刻旋轉(zhuǎn)至該位置的托瓶墊背壓時爆瓶。破瓶移位程序見圖5。

2 對策實施

2.1 爆瓶檢測改造

圖2 破瓶噴沖原理圖

圖3 有瓶移位程序

圖4 動態(tài)記錄進(jìn)瓶情況的程序結(jié)構(gòu)

明白了上述程序思路，就便于我們對設(shè)備進(jìn)行升級改造，如圖2 在裝酒機(jī)泄壓前安裝第二個爆瓶檢測接近開關(guān)及爆瓶噴沖閥門，并參考第一個爆瓶移位程序編寫第二個爆瓶移位程序及灌半瓶程序，如圖6。

改造后，如爆瓶發(fā)生在破瓶檢測2 前，檢測開關(guān)就可以檢測到，通過破瓶噴沖2 進(jìn)行噴沖，之后的第2 圈，第3 圈根據(jù)程序關(guān)閉閉液體閥灌5 個半瓶；此增加的接近開關(guān)可以有效監(jiān)控裝酒機(jī)在灌裝全過程爆瓶的問題，保證了酒機(jī)360°全覆蓋爆瓶噴沖，顯著提高了爆瓶檢測效果，降低了玻璃渣酒產(chǎn)生的風(fēng)險。

2.2 爆瓶報警改造

在新增爆瓶檢測實現(xiàn)酒機(jī)360°全覆蓋爆瓶噴沖后，仍需要確認(rèn)檢測的準(zhǔn)確性，操作人員如何能夠知曉爆瓶后是否真正檢測到呢？比如瓶爆而未破碎，導(dǎo)致感應(yīng)定中桿未降落下來，從而未檢測到，不執(zhí)行噴沖和灌半瓶程序。

圖5 破瓶1程序

圖6 破瓶2改造程序

表1 爆瓶誤檢率實測值

針對該問題我們繼續(xù)進(jìn)行改造，新增爆瓶報警：(1)在裝酒機(jī)設(shè)置爆瓶警示裝置，如酒機(jī)發(fā)生爆瓶，蜂鳴器發(fā)出聲響，說明爆瓶發(fā)生在第一道光電前爆瓶并噴沖；如果酒機(jī)發(fā)生爆瓶，蜂鳴器發(fā)出聲響且報警燈閃爍，則說明爆瓶發(fā)生在第一道光電后、第二道光電前；(2)如果酒機(jī)發(fā)生爆瓶，操作人員聽到聲音但未報警，說明有瓶爆破而未破碎，操作人員應(yīng)手動進(jìn)行噴沖；通過爆瓶報警改造操作人員可以有效監(jiān)控爆瓶光電的有效性及爆瓶位置，提高操作人員的警覺性。如圖7所示。

2.3 實施效果

利用以上方案對爆瓶誤檢率進(jìn)行統(tǒng)計，參照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行列表，見表1。

3 結(jié)論

如表1 所示，通過對裝酒機(jī)爆瓶噴沖程序的研究和改造，有效降低了爆瓶誤檢率，爆瓶后可有效噴沖，玻璃渣酒11 月份反饋為零，達(dá)到預(yù)期目的，證明本試驗所提出的方案可以對實際生產(chǎn)上的爆瓶誤檢率進(jìn)行有效控制，從而為企業(yè)節(jié)約成本提高效率。

圖7 爆瓶報警改造現(xiàn)場照片