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1主電機控制
1.1主電機控制的主要控制原理
主電機主要是通過變頻器控制,其控制原理框圖如圖1所示,從圖1可以看出,主電機有灌裝和清洗兩個運行速度,灌裝速度通過PLC中的模擬輸出模塊控制,清洗速度由變頻器參數(shù)設(shè)定,運行模式由PLC給出。

1.2主電機的主要控制要求
在變頻器中設(shè)置最高轉(zhuǎn)速,第2轉(zhuǎn)速(清洗速度)等變頻器的必要參數(shù)。在人機界面上設(shè)置主電機運行頁面,包括運行狀態(tài)(灌裝/清洗)、主機開、關(guān),灌裝速度,產(chǎn)量計數(shù)。主電機的運行受開機按鈕、關(guān)機按鈕和人機界面設(shè)置按鈕的雙重控制。
1.3旋轉(zhuǎn)編碼器的選擇
選用增量型編碼器,分辨率為300,通過A、B項加Z項復位計數(shù),對于24頭灌裝機,計數(shù)數(shù)據(jù)進行雙倍頻處理,計數(shù)25為一個灌裝回轉(zhuǎn)工位周期。
1.4設(shè)備零位和絕對零位
對于旋轉(zhuǎn)編碼器,每旋轉(zhuǎn)一周,給PLC發(fā)送300個脈沖,通過Z相發(fā)給PLC一個復位信號,使PLC中高速計數(shù)器從1計到300后復位,我們把300稱之為絕對計數(shù)零位。
對于每臺灌裝機,把1號灌裝閥對準入瓶口,計數(shù)器復位開始計數(shù)稱之為設(shè)備計數(shù)零位。在實際控制中,由于編碼器安裝的位置是一個變數(shù),因此,不同的設(shè)備,絕對計數(shù)零位不同。對于每一臺設(shè)備,需要進行設(shè)備零位的設(shè)置。
1.5設(shè)備零位的尋找和設(shè)定
點動設(shè)備,使1號閥對準入瓶口,將高速計數(shù)器C的數(shù)據(jù)傳入寄存器C1中,寄存器C2=300-C1,寄存器C3=C-C1(C≥C1)或C3=C2+C(C<
C1),C=C1時,C3=0為設(shè)備零位,C3隨著C的變化,從1到300周期性的變化,寄存器C3即為設(shè)備運行周期寄存器。建議將C3的數(shù)據(jù)顯示在人機界面上,設(shè)備運行、調(diào)試比較直觀。

2稱重控制器的定量控制方案
如圖2所示,是兩組利用稱重控制器稱重計量的控制原理圖。采用稱重控制器控制各個灌裝閥的灌裝,對于回轉(zhuǎn)運動的灌裝料缸、灌裝閥、稱重平臺等的接線簡化了難度。

圖中AB1為控制器A1的稱重傳感器,Y1為對應(yīng)灌裝閥的快速開閥灌裝電磁閥,Y2為對應(yīng)灌裝閥的慢速開閥灌裝電磁閥,IN1開始灌裝信號(脈沖),IN2為強制關(guān)灌裝閥信號(脈沖)。它們組成一個完整的控制系統(tǒng)。通過RS485對控制器進行參數(shù)設(shè)置、配方選擇等。
2.1碳刷滑環(huán)的設(shè)計要求及接線方法
灌裝料缸、灌裝閥、稱重平臺等是回轉(zhuǎn)運動,灌裝稱重過程均在回轉(zhuǎn)運動中完成,根據(jù)圖2所示,控制器的控制信號線、電源線要通過碳刷滑環(huán)連接。
碳刷滑環(huán)的碳刷引線,如表1所示,碳刷引線共9根,其中B1、B2為控制器A1、A2等的供電電源,B3、B4為灌裝開閥汽缸提供DC24V電源,B5為控制器A1、A2等提供開閥信號,B6為控制器A1、A2等提供強制關(guān)閥信號,B7為備用,B8、B9是RS485的連線。
分段滑環(huán)解決簡化接線問題,由于灌裝機有24個灌裝頭,因此,輸入信號需要48個,利用分段滑環(huán)B5、B6等份為24段,結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示,分別接在24個控制器的IN1和IN2上,進行灌裝開閥和強制關(guān)閥。

值得注意的是,滑環(huán)導體之間的間隔距離必須大于碳刷寬度,否則,無法將信號分開。通過表1和表2的接線,巧妙的解決和簡化了控制器的接線問題。
2.2控制器的要求
稱重控制器必須具有很強的抗干擾、抗震動能力,提供一種常用的通訊協(xié)議。自動零位跟蹤、上電自動清零、取皮。對控制器的所有參數(shù)、配方參數(shù)和配方選擇,快/慢加料及快加料百分比設(shè)定等能通過上位機調(diào)整。輸入IN1定義為灌裝開閥開始脈沖信號(PNP),該信號的輸入,自動取皮稱量,開始快加料(Out1=1、Out2=
0),達到設(shè)定百分比后慢加料(Out2=1、Out1=
0),達到定量后,關(guān)閥(Out2=0、Out1=0),如果在未達到設(shè)定量,IN2有信號,關(guān)閥(Out2=0、Out1=0)并報警,上傳到PLC。在人機界面上設(shè)定,通過PLC控制,從RS485總線發(fā)送信號,對任何灌裝閥進行開閥和關(guān)閥,手動定量灌裝功能,對任意一個灌裝閥進行稱重定量灌裝。
2.3稱重的控制
機器運行周期,前面講過,灌裝機每旋轉(zhuǎn)一周,編碼器計數(shù)600個,每個工位25個數(shù),即為一個機器運行工位周期。
根據(jù)PLC的編程指令,高速計數(shù)器的值等于24個數(shù)據(jù)范圍,對中間寄存器輸值,這個中間計存器便產(chǎn)生周期性變化。如:10+K×25≤C0≤15+K×25(K=0,23)成立,令M0=1,M0在程序運行中,隨著C0的變化周期性的規(guī)律變化。灌裝的控制,檢測到一個瓶子進來,根據(jù)機器周期移位n位,n為檢測瓶子到灌裝初位的工位數(shù)。根據(jù)第n位的狀態(tài),通過PLC的DO1進行輸出,控制無瓶不開閥。只要機器運行,通過DO2輸出強制關(guān)灌裝閥。

2.4稱重控制器的調(diào)試方法
控制器的參數(shù)設(shè)置,對于每一個控制器,均要進行參數(shù)設(shè)置,包括控制器地址、常用稱重量,程、快開閥比例值等參數(shù)的設(shè)置,通信功能的調(diào)試。建立稱重測試實驗臺,利用灌裝閥、稱重托瓶機構(gòu)建立稱重測試實驗臺,對每一個控制器進行測試,調(diào)試到滿意的效果后上機調(diào)試,降低上機調(diào)試難度,提高整機調(diào)試速度。
上機靜態(tài)調(diào)試,通過通訊總線,在機器停止情況下,對每一個灌裝閥進行定量灌裝調(diào)試,調(diào)試出快開閥、量程參數(shù),記錄數(shù)據(jù)。上機動態(tài)調(diào)試,動態(tài)上機調(diào)試是稱重調(diào)試的最后一步,必須在前三步調(diào)試完成后進行。
2.5灌裝罐內(nèi)殘留物料的回收
灌裝結(jié)束后,灌裝罐內(nèi)有剩余的殘留物料,清洗之前進行回收,減少浪費和環(huán)境的污染。在灌裝稱重畫面,設(shè)置物料回收按鈕,選擇該按鈕后,回收槽汽缸動作,灌裝入口不再進瓶,液位控制關(guān)閉,進料閥關(guān)閉。PLC根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器的運行位置,判斷灌裝閥的開閉狀態(tài),通過總線傳送給控制器進行開和關(guān)灌裝閥。

3PLC進行稱重定量的控制方案
如圖4所示,PLC為控制核心,稱重傳感器通過放大器將信號轉(zhuǎn)換成4-20mA的標準信號,經(jīng)過PLC處理,控制灌裝閥的快灌裝和慢灌裝,達到稱重控制灌裝。本方案的主要缺點是PLC處理的數(shù)據(jù)量比較大,要求PLC運行速度、A/D轉(zhuǎn)換模塊精度采樣周期高,對于一臺設(shè)備,需要雙PLC控制,軟件編程工作量大,優(yōu)點是接線簡單。

碳刷滑環(huán)的設(shè)計要求及接線方法相對控制器方案比較簡單,如表3所示,碳刷滑環(huán)的碳刷引線共6根,其中B1、B2為PLC等的DC24V供電電源,B3為無瓶檢測信號,B4為備用,B5、B6是PLC與人機界面的RS485通訊連線。

4灌裝機液位控制(灌裝過程)
4.1灌裝機液位控制原理
在灌裝過程中,料缸液位的穩(wěn)定,可以提高灌裝稱重定量的精度。液位探測器采用電容式直桿連續(xù)檢測和限位探頭。含有抗冷凝屏蔽管,對物料粘結(jié)補償能力,使探頭在粘結(jié)嚴重場合下亦能維持穩(wěn)定,精確的開關(guān)點,無需對其進行清洗或重復標定等優(yōu)點。
控制器采用模擬量輸入輸出模塊,其原理如圖5所示,物料進料控制采用氣動薄膜閥,通過氣電轉(zhuǎn)換器A2控制物料的進量。
4.2液位控制要求

在人機界面上建立液位探測器的參數(shù)設(shè)置畫面,設(shè)置液位探測器上下限位值,設(shè)置值、測量值。模擬量輸入輸出模塊的參數(shù)表,PID調(diào)節(jié)設(shè)置參數(shù),電流輸出顯示,采樣次數(shù),輸出頻率等的設(shè)置,根據(jù)該模塊的技術(shù)數(shù)據(jù)的要求進行編程。
5結(jié)束語
稱重式定量灌裝是一個發(fā)展方向和趨勢,稱重控制是一個完整復雜的控制系統(tǒng),對于各種回轉(zhuǎn)式灌裝機的稱重控制有不同的要求,不是一篇兩篇文章能夠解決的,在具體的實現(xiàn)中,需要解決很多實際出現(xiàn)的問題,本文只是對控制原理進行了論述,僅供參考。

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