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1引言
隨著人們對(duì)食品衛(wèi)生要求的不斷提高，食品的灌裝和包裝過程變得越來越重要。自動(dòng)灌裝方法不僅可以降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，還可以最大限度地減少人員與裸露食品的接觸，對(duì)保證食品質(zhì)量起到了很好的作用。目前，非蒸汽液體的灌裝方法主要有兩種:低真空灌裝和流量計(jì)灌裝。稱重灌裝是一種新型灌裝方式，具有適應(yīng)性廣、灌裝精度高、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展迅速。
2各種填充方法的特點(diǎn)概述。
(1)低真空灌裝
在這種灌裝方法中，瓶?jī)?nèi)壓力低于大氣壓，利用真空使罐內(nèi)產(chǎn)品進(jìn)入瓶?jī)?nèi)，高于設(shè)定液位將瓶?jī)?nèi)液體吸出，從而達(dá)到定量灌裝的目的。這種灌裝方法是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、早期應(yīng)用廣泛的早期自動(dòng)灌裝方法。
而定量的方法是固定灌裝液位，但由于制造過程中的偏差，容器每瓶容量差異較大，液位相同時(shí)凈含量偏差較大，尤其是PET和PE罐。在灌裝過程中，由于負(fù)壓的影響，容器容積變化很大[2]。另外，由于負(fù)壓灌裝需要在灌裝過程中關(guān)閉容器，灌裝設(shè)備的灌裝閥必須與瓶口接觸，容易導(dǎo)致一些敏感食品的污染。目前，這種灌裝方法由于其設(shè)備結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、設(shè)備成本相對(duì)較低，在一些低附加值的飲料行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。
(2)流量計(jì)灌裝
流量計(jì)灌裝法是在每個(gè)灌裝閥上安裝一個(gè)流量計(jì)，測(cè)量流經(jīng)閥門的液體體積，當(dāng)液體體積達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉閥門，達(dá)到定量灌裝的目的。與低真空灌裝方法相比，該灌裝方法定量精度高，非接觸灌裝避免了瓶口污染的隱患。該閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于清洗，不受容器硬度的影響，保持灌裝量恒定。這種灌裝方法的缺點(diǎn)是不能處理容易產(chǎn)生氣泡或因適應(yīng)性相對(duì)較窄而電導(dǎo)率較低的液體。如果產(chǎn)品產(chǎn)生了氣泡，如醬油、牛奶等，液體的密度不均勻，液體的體積和重量不能對(duì)應(yīng)，流量計(jì)就不能正確定量。然而，對(duì)于低電導(dǎo)率或非電導(dǎo)率的液體，如食用油，流量計(jì)不能測(cè)量體積。
(3)稱重灌裝
稱重灌裝方式類似于流量計(jì)灌裝。每個(gè)灌裝閥對(duì)應(yīng)一個(gè)動(dòng)態(tài)電子秤，瓶子放在電子秤上。當(dāng)秤上的重量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，閥門關(guān)閉，從而達(dá)到定量的目的。這種灌裝方法既有流量計(jì)灌裝方法的優(yōu)點(diǎn)，又克服了流量計(jì)灌裝方法適用性窄的問題。它不僅適用于液體灌裝，也適用于低粘度醬料、糊狀物料等物料的灌裝。
從以上對(duì)比可以看出，稱重技術(shù)在液體灌裝中的應(yīng)用可以有效解決傳統(tǒng)灌裝方法中存在的一些問題。因此，目前國(guó)內(nèi)一些知名的灌裝設(shè)備制造商正在大力發(fā)展稱重灌裝設(shè)備。
3稱重灌裝系統(tǒng)簡(jiǎn)介
這里介紹的稱重灌裝系統(tǒng)是由編輯自主開發(fā)并應(yīng)用于生產(chǎn)的一套灌裝設(shè)備，主要包括主控單元、計(jì)數(shù)單元、快速灌裝閥控制單元和慢速灌裝閥控制單元的PLC控制器，以及與儲(chǔ)液罐相連的快速灌裝閥和慢速灌裝閥。
它的基本工作原理是利用主控單元驅(qū)動(dòng)履帶式控制器傳送待灌裝的瓶子。從計(jì)數(shù)單元接收到觸發(fā)信號(hào)后，驅(qū)動(dòng)推瓶控制器將待灌裝的瓶子傳送到電子秤?？?、慢閥位于電子秤上方，快、慢灌裝閥控制單元分別用于打開快、慢灌裝閥進(jìn)行灌裝。當(dāng)電子秤檢測(cè)到灌裝重量達(dá)到第一設(shè)定值時(shí)，觸發(fā)快速灌裝閥單元關(guān)閉快速灌裝閥，當(dāng)電子秤檢測(cè)到灌裝重量達(dá)到第二設(shè)定值時(shí)，觸發(fā)慢速灌裝閥單元關(guān)閉慢速灌裝閥。
下面結(jié)合基本示意圖描述稱重灌裝系統(tǒng)的具體工作過程。
給瓶傳送帶8將待灌裝的瓶子輸送到機(jī)器中，并整齊地排列它們。計(jì)數(shù)傳感器7記錄進(jìn)入機(jī)器的瓶子數(shù)量，并將信號(hào)傳輸?shù)娇删幊炭刂破?。?dāng)達(dá)到設(shè)定數(shù)量時(shí)，可編程控制器控制停瓶氣缸停止瓶子進(jìn)入。這就完成了第一次奶瓶喂養(yǎng)過程。
瓶子進(jìn)入機(jī)器后，推瓶氣缸將待灌裝的瓶子推到電子秤5上。電子秤的數(shù)量可以根據(jù)生產(chǎn)線的速度要求進(jìn)行設(shè)置。磁感應(yīng)開關(guān)確認(rèn)瓶子推到位后，氣缸返回。與此同時(shí)，電子秤已經(jīng)完成了對(duì)空瓶重量的稱量，將重量歸零，完成了“去皮”過程。去皮過程結(jié)束后，PLC控制灌裝閥開啟，開始灌裝。電子秤將重量信息實(shí)時(shí)傳輸給PLC，PLC將該值與設(shè)定的灌裝目標(biāo)值進(jìn)行比較。當(dāng)重量最終達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)值時(shí)，PLC控制灌裝閥關(guān)閉。此時(shí)，瓶子灌裝完成。
在灌裝的同時(shí)，已經(jīng)同步完成了下一步的奶瓶喂養(yǎng)過程。在推瓶氣缸的作用下，空瓶再次被推到電子秤上。同時(shí)空瓶將灌裝好的瓶子推到出瓶傳送帶上，傳送帶將灌裝好的瓶子運(yùn)出機(jī)器，從而完成整個(gè)灌裝過程。
該系統(tǒng)的關(guān)鍵要求之一是配置快速灌裝閥和慢速灌裝閥，旨在精確控制凈灌裝量。灌裝開始時(shí)，為了減少物料落入空瓶的沖擊，防止物料飛濺，灌裝流量不易過大，可以開啟慢速灌裝閥。在這種狀態(tài)下，閥門的流量小，材料的沖擊小。當(dāng)灌裝物料達(dá)到一定量時(shí)，可以打開快速灌裝閥，增加流量，加快灌裝速度。如前所述，當(dāng)電子秤達(dá)到第一設(shè)定值時(shí)，快速灌裝閥將關(guān)閉，只有慢速灌裝閥將繼續(xù)灌裝。目的是減少因物料的沖擊而引起的最終灌裝量偏差，以及接近目標(biāo)灌裝量時(shí)，未落入瓶?jī)?nèi)的物料從管口到瓶口的重量偏差(稱為“飛行誤差”)。軟而慢的填充更有利于減少這種偏差。
除了合理控制灌裝閥的流量，控制液位儲(chǔ)罐的液位也很重要，保持儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力和液位恒定是有效控制“飛行誤差”的關(guān)鍵。因此，該系統(tǒng)配有PID壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)和液位傳感器，將儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力和液位控制在一定范圍內(nèi)。
4灌裝系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)
該系統(tǒng)可以通過電子秤結(jié)合PLC自動(dòng)稱量物料，實(shí)現(xiàn)液體物料的連續(xù)自動(dòng)灌裝，提高效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。由于每個(gè)瓶子在灌裝前都被電子秤“去皮”，消除了容器皮重偏差對(duì)灌裝結(jié)果的影響，保證了灌裝精度。通過調(diào)整電子秤的設(shè)定值，可以方便地調(diào)整灌裝量，無需機(jī)械調(diào)整。通過對(duì)儲(chǔ)液罐加壓，灌裝速度大大提高。儲(chǔ)液罐的壓力控制采用PID控制原理，有效降低壓力波動(dòng)，保證壓力穩(wěn)定。采用兩種灌裝速度控制方式，既提高了灌裝速度，又保證了灌裝精度。如果與分揀系統(tǒng)配合使用，一臺(tái)設(shè)備可以同時(shí)用于灌裝不同重量的產(chǎn)品，提高了生產(chǎn)線的靈活性和設(shè)備的利用率。
按照5kg的產(chǎn)品規(guī)格，灌裝的平均正偏差比定容灌裝法從15g降低到6g，減少了灌裝偏差的損失。灌裝偏差每年的損失是一筆可觀的收入，這種凈含量控制水平是人工或其他灌裝方式無法比擬的。
因?yàn)楫a(chǎn)品種類多，規(guī)格多，所以一條生產(chǎn)線生產(chǎn)各種規(guī)格產(chǎn)品的情況很多。在更換產(chǎn)品的過程中，幾乎不需要更換任何機(jī)械部件，只需要修改控制系統(tǒng)中的灌裝目標(biāo)值，大大提高了設(shè)備的利用率，因此這種灌裝設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用。目前，這種灌裝方式以其明顯的優(yōu)勢(shì)在國(guó)內(nèi)外飲料和食品行業(yè)得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用。

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