高精度電子定量灌裝機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

王海珠 魯慶東 宮濤

摘 要：本文簡(jiǎn)要介紹高精度電子定量灌裝機(jī)的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，主要介紹了灌裝機(jī)的灌裝流程，I/O分配，灌裝流程控制程序設(shè)計(jì)，灌裝容量控制程序設(shè)計(jì)，輸瓶機(jī)控制程序設(shè)計(jì)，升降控制程序設(shè)計(jì)，計(jì)數(shù)程序設(shè)計(jì)，報(bào)警程序設(shè)計(jì)。灌裝機(jī)數(shù)據(jù)可以與上層云服務(wù)器交互，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。

關(guān)鍵詞：灌裝機(jī);PLC

黨的十九大以來(lái)，以習(xí)近平同志為核心的黨中央提出關(guān)于制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略重要論述，推動(dòng)制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變。國(guó)務(wù)院《高端裝備制造業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出，高端裝備制造業(yè)作為決定著整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈綜合競(jìng)爭(zhēng)力的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是我國(guó)搶占未來(lái)經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展制高點(diǎn)的戰(zhàn)略選擇?！蛾P(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)指導(dǎo)意見(jiàn)》提出，加快發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)，推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實(shí)體經(jīng)濟(jì)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(shù)百家酒企，臨近的瀘州也是我國(guó)著名的酒城，離茅臺(tái)鎮(zhèn)也較近，酒企對(duì)灌裝機(jī)需求較大，本文主要介紹灌裝機(jī)灌裝流程，系統(tǒng)軟件控制，控制算法及程序。

1 灌裝流程分析

灌裝機(jī)灌裝工藝主要有升降控制，灌裝控制，進(jìn)液控制，容量控制，輸瓶線(xiàn)控制，在我國(guó)酒文化中，瓶子是企業(yè)文化的載體，也是酒文化的載體，每個(gè)廠(chǎng)家的瓶子都不盡相同，同一廠(chǎng)家也有系列酒，瓶型也不同，灌裝機(jī)能根據(jù)不同的瓶型，調(diào)節(jié)高度。目前白酒灌裝車(chē)間以半自動(dòng)化為主，灌裝根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況能進(jìn)行動(dòng)態(tài)產(chǎn)量調(diào)節(jié)，所以灌裝及對(duì)應(yīng)的輸瓶線(xiàn)需要能調(diào)節(jié)速度，以適應(yīng)產(chǎn)量要求。目前國(guó)內(nèi)白酒企業(yè)灌裝線(xiàn)上多采用半自動(dòng)洗瓶機(jī)，洗瓶完成后需要將空瓶擺放到輸瓶線(xiàn)上，當(dāng)空瓶到達(dá)灌裝機(jī)內(nèi)，進(jìn)瓶檢測(cè)傳感器檢測(cè)到有空瓶進(jìn)入時(shí)，分配到對(duì)應(yīng)的灌裝頭進(jìn)行灌裝，灌裝完成后，出瓶檢測(cè)傳感器檢測(cè)到瓶子時(shí)，記錄產(chǎn)量并繼續(xù)灌裝。灌裝機(jī)液箱內(nèi)的傳感器能實(shí)時(shí)檢測(cè)液位，控制進(jìn)液閥開(kāi)閉，量筒內(nèi)的液位傳感器測(cè)量量筒內(nèi)液位，從而控制灌裝容量。

2 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

根據(jù)工藝分析，我們采用觸摸屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。主界面如圖1所示，由產(chǎn)量相關(guān)標(biāo)簽、指示燈、相關(guān)控制按鈕組成，可以實(shí)時(shí)顯示與調(diào)節(jié)系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀況下的產(chǎn)量信息、裝瓶數(shù)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(jù)需求分析和已有觸摸屏畫(huà)面，將編程資源進(jìn)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(jī)電控柜中，根據(jù)需求分析及前期經(jīng)驗(yàn)：

（1）根據(jù)客戶(hù)的給定的產(chǎn)量信號(hào)來(lái)控制輸瓶機(jī)的運(yùn)行速度。

（2）能準(zhǔn)確測(cè)量量筒中的液位高度，計(jì)算量筒中液體體積，通關(guān)灌裝容量計(jì)算和容量調(diào)節(jié)達(dá)到精確灌裝的目的。

（3）能根據(jù)進(jìn)瓶檢測(cè)、出瓶檢測(cè)、進(jìn)瓶定位傳感器的信號(hào)，正確打開(kāi)或關(guān)閉進(jìn)液閥，灌裝閥，準(zhǔn)確灌裝。

（4）能根據(jù)瓶型調(diào)整灌裝機(jī)升級(jí)系統(tǒng)的高度，能按照客戶(hù)輸出的數(shù)據(jù)，正確調(diào)整升降系統(tǒng)高度，使輸瓶機(jī)、酒瓶、灌裝頭精密配合實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確灌裝。

根據(jù)以上需求建立控制模型如圖2所示。

工作時(shí)，當(dāng)檢測(cè)到瓶子進(jìn)入灌裝機(jī)，進(jìn)瓶定位信號(hào)啟動(dòng)計(jì)數(shù)，3個(gè)定位信號(hào)后，看根據(jù)進(jìn)瓶檢測(cè)信號(hào)確定實(shí)際進(jìn)入瓶子的個(gè)數(shù)，停止輸瓶機(jī)，導(dǎo)向氣缸工作，定位瓶子，灌裝閥打開(kāi)進(jìn)行單瓶灌裝，雙瓶灌裝或3瓶灌裝。灌裝完畢，出瓶檢測(cè)有信號(hào)時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。液位由磁致液位傳感器采集，由此進(jìn)行容量控制。在生產(chǎn)線(xiàn)更換瓶型或灌裝容量時(shí)，需要對(duì)灌裝容量進(jìn)行容量調(diào)節(jié)以達(dá)到精確灌裝的目的。

液位高度是模擬量信號(hào)，由磁致液位傳感器采集，采集的信號(hào)經(jīng)過(guò)變送器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，可以將液位作為控制指標(biāo)，也可以將其乘以底面積得到液體體積來(lái)進(jìn)行控制，為了減小累計(jì)誤差，項(xiàng)目中使用液位控制。液位高度由HMI設(shè)定，每次進(jìn)液后，液位高度到達(dá)了設(shè)定的液位高度，進(jìn)液完成。

液位高度0-317，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后，與PLC中設(shè)定的液位高度進(jìn)行比較。轉(zhuǎn)換時(shí)，0-317轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的0-20mA電流信號(hào)，它們成線(xiàn)性關(guān)系，根據(jù)模擬輸入信號(hào)可以對(duì)應(yīng)計(jì)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(duì)應(yīng)數(shù)字量用D、Dm、D0表示。則：

Ha=（D-D0）×（Ham-Ha0）/（Dm-D0）+Ha0

液位高度與設(shè)定高度相同時(shí)，停止進(jìn)液。

根據(jù)以上控制模型進(jìn)行軟件的詳細(xì)設(shè)計(jì)和編程。

3 結(jié)束語(yǔ)

電子電量灌裝機(jī)軟件設(shè)計(jì)達(dá)到計(jì)劃要求，能穩(wěn)定運(yùn)行，充分說(shuō)明了算法的合理性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 魯慶東.白酒包裝生產(chǎn)線(xiàn)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：碩士論文.

[2] 魯慶東 陳琪主編.自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)安裝調(diào)試維護(hù)與維修 機(jī)械工業(yè)出版社 2015.09.

作者簡(jiǎn)介：

王海珠（1983.08）女，漢，吉林，松原，碩士學(xué)位，宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院 講師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)，無(wú)人機(jī)。

項(xiàng)目：宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研項(xiàng)目《基于工業(yè)機(jī)器人高速灌裝線(xiàn)上瓶機(jī)研制》編號(hào)ybzysc17-01.

（宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ?宜賓 644003）