1 引言
液體灌裝機(jī)廣泛應(yīng)用于食品，飲料，化工，醫(yī)藥等行業(yè)，是目前應(yīng)用非常廣泛的包裝機(jī)械之一。現(xiàn)代社會(huì)對(duì)于灌裝設(shè)備的安全要求越來(lái)越高，要求灌裝出的食品、飲料、藥品或其他化工產(chǎn)品整齊、美觀且具有良好的包裝質(zhì)量，相應(yīng)的灌裝機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性，維護(hù)的方便性，灌裝的精度、速度是衡量灌裝機(jī)控制系統(tǒng)好壞的重要性能指標(biāo)。
傳統(tǒng)的繼電器控制設(shè)備不僅體積大，耗電多、效率低且故障率高，已無(wú)法滿足現(xiàn)代生產(chǎn)快速反應(yīng)、精確度高且連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的要求。可編程序控制器（簡(jiǎn)稱PLC）是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。具有通用性好，可靠性高，安裝靈活，擴(kuò)展方便，性價(jià)比高等一系列優(yōu)點(diǎn)，基于PLC和變頻器等機(jī)電產(chǎn)品的控制系統(tǒng)可以很好地滿足當(dāng)前現(xiàn)代生產(chǎn)的需求。
臺(tái)達(dá)目前可為客戶提供PLC控制器、人機(jī)界面、變頻驅(qū)動(dòng)器、伺服驅(qū)動(dòng)器、數(shù)控系統(tǒng)等系列自動(dòng)化產(chǎn)品，可以向客戶提供完善可靠的機(jī)電一體化解決方案。本文介紹的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)灌裝機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)裝置與PLC、變頻調(diào)速、人機(jī)界面等現(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)手段的完整結(jié)合，形成機(jī)電一體化。
2 工藝分析
以瓶裝飲料為例，液體灌裝機(jī)的工藝如下：用以裝液體的瓶子通過(guò)撥瓶星輪由沖瓶機(jī)導(dǎo)出并傳送至灌裝機(jī)。進(jìn)入灌裝機(jī)的瓶子由瓶頸托板卡住瓶口保持，并通過(guò)升降機(jī)構(gòu)在凸輪作用下實(shí)現(xiàn)上升與下降。灌裝機(jī)采用重力灌裝方式，瓶口上升頂開(kāi)灌裝閥開(kāi)始灌裝，當(dāng)物料上升到堵住回氣孔位置時(shí)結(jié)束灌裝。灌裝結(jié)束后瓶口下降離開(kāi)灌裝閥，瓶子通過(guò)過(guò)渡撥輪進(jìn)入旋蓋機(jī)。旋蓋機(jī)上的止旋刀卡住瓶頸部位，保持瓶子直立并防止旋轉(zhuǎn)。
旋蓋頭在旋蓋機(jī)上保持公轉(zhuǎn)并自轉(zhuǎn)，在凸輪作用下實(shí)現(xiàn)抓蓋、套蓋、旋蓋、脫蓋動(dòng)作，完成整個(gè)封蓋過(guò)程。落蓋導(dǎo)軌上設(shè)有防止反蓋通過(guò)及反蓋取出機(jī)構(gòu)，同時(shí)裝有一組光電開(kāi)關(guān)，當(dāng)落蓋導(dǎo)軌上無(wú)蓋時(shí)會(huì)自動(dòng)停止機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)，可以有效的避免無(wú)蓋瓶的出現(xiàn)。同時(shí)，落蓋導(dǎo)軌上還設(shè)有旋蓋機(jī)進(jìn)瓶檢測(cè)開(kāi)關(guān)，與落蓋導(dǎo)軌和撥蓋盤連接處的鎖蓋氣缸連鎖控制瓶蓋的排出，保證無(wú)瓶時(shí)停止喂蓋，減少蓋子的損耗。
基本流程為：沖瓶機(jī)導(dǎo)出瓶子－－灌裝機(jī)-上升-重力灌裝-下降-進(jìn)入旋蓋機(jī)封蓋-進(jìn)入傳輸帶。系統(tǒng)需設(shè)置檢查點(diǎn)防止空送、漏蓋、漏瓶或者上蓋錯(cuò)誤等。
3 設(shè)備結(jié)構(gòu)介紹
此設(shè)備結(jié)構(gòu)如下圖，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)高精度食品級(jí)的不銹鋼齒輪泵，通過(guò)PLC控制頻器的速度來(lái)精確控制灌裝量的多少，主要用于飲料等液體的灌裝。
4、電氣架構(gòu)圖及選型說(shuō)明：
根據(jù)客戶的設(shè)備小巧緊湊的特點(diǎn)，我們給客戶配置了以下產(chǎn)品
1. PLC: DVP14SS11R2*1
2. 人機(jī)界面：TP04GAS2 或 DOPAS57BSTD
3. 變頻器: VFD007EL21A
4. 其它電氣配件
選型說(shuō)明：
臺(tái)達(dá)EL變頻器體積小巧，功能強(qiáng)大，并內(nèi)置EMI濾波器，十分適合用在食品及藥機(jī)行業(yè)，EL內(nèi)置面板，且所有型號(hào)變頻器都具有RS485接口，通訊協(xié)議為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS ASCII/RTU，通訊接口為RJ11/RJ45，通過(guò)485通訊，可以節(jié)約客戶成本，減少客戶外部的接線，還可以實(shí)時(shí)了解變頻器的狀態(tài)（如輸出電流，頻率，故障代碼）。本文中變頻器的頻率通過(guò)臺(tái)達(dá)14SS11R2 PLC通訊給定，通訊協(xié)議為38400，7，E，1，ASCII碼；運(yùn)行停止考慮到安全問(wèn)題，通過(guò)外部端子控制。
選用14SS的原因，首先客戶是被其“小身材”吸引，從上圖還以看出，客戶的設(shè)備由于常常是一條大生產(chǎn)線上的一個(gè)工作站，因此整體設(shè)計(jì)得十分緊湊，14SS在設(shè)備中占用的空間十分小；其次，14SS還標(biāo)配兩個(gè)通訊口，一個(gè)RS232和人機(jī)界面通訊，另一個(gè)RS485口和臺(tái)達(dá)EL變頻器通訊，相得益彰，既充分利用了各產(chǎn)品的功能，成本是也沒(méi)有增加。如果選用其它廠牌PLC，要不加裝通訊卡，要不加DA模塊，才可控制變頻器的速度，無(wú)論從成本上，還是安裝的尺寸上，都不經(jīng)濟(jì)。而全套臺(tái)達(dá)產(chǎn)品，可以給客戶提供更靈活的功能組合，更佳的性價(jià)比。
5、設(shè)備工作原理及程序說(shuō)明：
灌裝模式分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式。
手動(dòng)模式下，按一下啟動(dòng)鍵，變頻器以設(shè)定的高速頻率運(yùn)行，同時(shí)PLC開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到低速爬行的值后，通訊控制變頻器以低速運(yùn)行，直到計(jì)數(shù)值到達(dá)設(shè)定的容量后，變頻器停止，灌裝完成，等待下一次啟動(dòng)信號(hào)，此模式主要用于試生產(chǎn)。
自動(dòng)模式，和手動(dòng)過(guò)程一樣，只是當(dāng)一次灌裝結(jié)束后，不需再按啟動(dòng)按鈕，而是等待設(shè)定好的時(shí)間后，再自己?jiǎn)?dòng)，適合和生產(chǎn)線配合使用。
人機(jī)界面根據(jù)最終客戶的要求可以配臺(tái)達(dá)的TP04G文本，也可配臺(tái)達(dá)的觸摸屏產(chǎn)品。界面主要用于設(shè)置工作模式（手動(dòng)/自動(dòng)）和運(yùn)行參數(shù)，主要是運(yùn)行速度，爬行速度，速度切換點(diǎn)。界面的設(shè)計(jì)以方便人員操作為首要因素。以下以觸摸屏介紹操作畫(huà)面。
主畫(huà)面：
直觀顯示當(dāng)前的參數(shù)設(shè)置，并可隨時(shí)調(diào)整，如工作模式，灌裝量，速度，并且以柱狀圖顯示液位當(dāng)前的狀態(tài)，對(duì)操作人員來(lái)說(shuō)，醒目方便。主畫(huà)面如圖4所示：
低速爬行點(diǎn)設(shè)置畫(huà)面：
對(duì)于不同容量的瓶子，低速爬行點(diǎn)是不同的。設(shè)置畫(huà)面如圖5所示:
特殊參數(shù)：
齒輪泵運(yùn)行一段時(shí)間后，其密封性能會(huì)下降，導(dǎo)致灌裝量有偏差，因此，在程序中，我們提供一個(gè)系數(shù)給客戶微調(diào)，以消除此問(wèn)題。特殊參數(shù)設(shè)置畫(huà)面如圖6所示。
自學(xué)習(xí)功能：
為了方便客戶換產(chǎn)品時(shí)，不知道當(dāng)前容器的容量時(shí)，我們?cè)诔绦蛑屑尤氲膶W(xué)習(xí)功能。首先，客戶先進(jìn)入人機(jī)界面的學(xué)習(xí)畫(huà)面，然后一直按住啟動(dòng)鍵，電機(jī)就一直以一定速度運(yùn)行，同時(shí)文本或觸摸屏上顯示當(dāng)前實(shí)時(shí)的灌裝量，當(dāng)瓶子快灌滿時(shí)，松開(kāi)啟動(dòng)按鈕，再按人機(jī)界面上的保存按鍵，灌裝量就保存了下來(lái)。這種功能尤其適合為異型容器。
自學(xué)習(xí)功能設(shè)置畫(huà)面如圖6所示。
PLC程序：
其標(biāo)準(zhǔn)梯形圖程序如圖8所示：
主菜單畫(huà)面如圖9所示：
6、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)使用全套產(chǎn)品，使該設(shè)備電氣架構(gòu)簡(jiǎn)單，功能豐富，性價(jià)比也很高。從去年開(kāi)始，該機(jī)已批量采用臺(tái)達(dá)產(chǎn)品，性能穩(wěn)定可靠，得到最終客戶的認(rèn)可。并且由于設(shè)備廠的客戶多在海外，得知臺(tái)達(dá)提供全球聯(lián)保的品質(zhì)服務(wù)，這進(jìn)一步加強(qiáng)了客戶的信心與滿意度。
