PLC旋转灌装机控制系统设计探讨

摘要：食品工业离不开机械，尤其是当今饮料和矿泉水的需求增大，对包装设备的需求量也得到了空前的增长。国外的包装设备基本达到了效率高、精度高、自动化程度高的要求，我国在这方面还需要有所提高。文章研究的是旋转灌装机控制系统，它集清洗、灌装、加盖为一体，在高速灌装下能够实现较高的灌装精度和运行稳定性。

关键词：旋转灌装机；PLC；控制系统设计；食品工业；包装设备 文献标识码：A

中图分类号：TP278 文章编号：1009-2374（2015）27-0027-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.27.015

1 灌装机的整体结构

灌装机的主要结构包括以下部分，各部分在其中都起着非常重要的作用：（1）机箱组件。固定、支撑是机箱组件的基本作用，它是灌装系统正常稳定工作的重要保障。（2）风道进瓶组件。左右刮瓶板卡在瓶口的螺旋位置，风道进瓶组件的配合使用，沿刮瓶板向下一组件移动使其在风力作用下。有一电磁体挡瓶机构在风道进瓶组件的末端设计，空瓶保持间距以防止卡瓶在挡瓶机构作用下。（3）过渡盘Ⅰ。（4）洗瓶组件。主要进行清洗对空瓶内外壁。（5）过渡盘Ⅱ。清洗之后需要进行灌装的路径。（6）灌装用的组件。24个灌装头组成灌装组件，灌装位置跟踪灌装模式开始灌装时，空瓶进入灌装组件后运动到的地方。为了提高灌装的速度，减少液体的飞溅和产生气泡，我们始终让灌装头与被灌的液面保持一定距离。在灌装液体时，跟随灌装组件灌液的同时，被灌装的瓶子和它一起转动，当运动到出瓶的位置时，应该先加盖，这时进入加盖组件，灌满液体的瓶子通过过渡盘，两个灌装头每套沿180度直线分布的伺服泵控制，伺服泵控制灌装组件的灌装头有24个，此件共12套，使用步进电机来控制它，换向机的伺服泵都配备有一套此系统，三个液口之间转换用控制陶瓷泵。由无瓶检测传感器灌装开始工位处安装，相应工位无瓶当传感器检测到时不灌装，对应的伺服电机不动作，由PLC发出指令控制，实现了无瓶不灌装。（7）过渡盘Ⅲ。灌装完成后加盖的路径。（8）提供盖子的机构。它的作用是提供瓶盖。在供盖机构的末端设有电磁体挡盖机构，相应工位无瓶时会被传感器检测到，对应的旋盖头无盖挡盖机构作用。（9）加盖组件。在旋转头的作用下，将瓶盖旋紧灌满液体的瓶子，加盖组件要经过3号过渡盘进入，此环节由8套伺服电机完成加盖。为了防止拧不紧或拧裂等情况，旋盖组件共有8个旋盖头，采用了扭矩控制模式对扭矩进行控制，以保证自动上盖。（10）出瓶组件。3个后输送电机带动进入出瓶子的组件，在导瓶盘作用下灌装完成并且盖好盖的瓶子经由出瓶口出来，整个灌装流程完成。

2 灌装机的工艺流程设计

我们设计的主要依据就是工艺流程，工艺流程的设计不同，自然我们的设计方案思路都不一样。我们设计的流程主要是风道进瓶、洗瓶、灌装和供盖机构、加盖、出瓶。整个流程分为两路，比较清晰。瓶子组件是一条线路，瓶盖组件是另一条线路。在风力的作用下，空的瓶子进入风道进瓶组件后，通过过渡盘进入到洗瓶组件，清洗干净后再进入灌装组件开始对瓶子进行灌装，灌装完后的瓶子通过过渡盘到了加盖这一环节，在此同时，提供瓶盖的机构也向加盖组件供盖，之后灌满的瓶子才被进行加盖，最后被灌装完加完盖的瓶子开始出瓶，这个是

在出瓶机构的作用下完成的，完整的灌装流程进行完毕。

3 灌装机的硬件系统设计

我们选用了主要用于中型和大型的控制系统研究的灌装机控制系统，它选用的是采用模块化设计的三菱Q系列PLC，可以根据系统设定自由选择所需的模块及数量，这样控制系统有很强的优势。本系统的PLC主要用于运动控制的定位，其中常用于数据类型转换的供电电源的模块、微处理器的模块、I/O模块、模拟量输入模块、高速计数器、温度调节模块等，以上可以根据系统的特殊需要来选择。在安装模式上采用主基板-扩展基板，是Q系列PLC可以采用的形式，这样会使得容量增大，I/O点数增加可以通过增加扩展模块，增加模块的安装数。灌装机控制系统选用的可编程控制器为Q06HCPU，它的突出优点是程序执行能力超强、数据处理能力很好、时间精准度高，使整个系统的误差微小，还有超大的内存。以上程序尤为适合控制系统所需空间大的需求。

本文设计的灌装机PLC控制系统的主基板-扩展基板形式是整个PLC系统的结构形式，基板上各模块的安装连接顺序为：电源模块→CPU（中央处理器）模块→输入模块→输出模块→运动控制模块（QD70P8）→串行通讯模块（QJ71C24N）。本设计中的扩展模式尤为适合PLC系统采用，这样很容易在扩展模块上设置扩展的级数。此系统共有3个扩展级：第一级为扩展板Q68B；第二级为扩展基板Q65B；第三级扩展为人机界面，其中的人机界面为16点的智能功能模块。

4 结语

本文对XG-24128型灌装机进行控制系统的方案设计。首先对灌装机整体结构进行了分析，在分析其灌装工艺流程的基础上，根据设计的要求来确定整体方案，对灌装机控制系统进行设计。通过明确它的硬件配置，之后确定PLC的类型及相关模块，此时还要考虑灌装机的设备状况和工艺要求，再对系统的I/O口进行定义，并硬件机构进行布置，包括对伺服电机、步进电机还有其他电气元件的选型和布置。灌装机的核心设计是用一个伺服泵来同时控制两个灌装头，这实现了连续灌装的目的，这样控制系统的设计基本确定了。最后还要对连续灌装头的位置进行确定，对灌装的速度进行确定分配，还要研究换向机构。做好了这些硬件后，才能更好地对其软件进行设计。软件设计的核心是相应程序的编制，通过程序能够最优地实现灌装的流程。为更好地操控系统，我们还进行了人机界面的设计，在此我们将触摸屏运用了进来，这样可以使整个系统能够非常方便地进行控制。

本文针对工业生产的需求、灌装机以及灌装技术的现状和发展趋势，浅析了灌装机的结构组成、工艺流程设计思路，提出了可靠的硬件设计方案。根据受控制对象的生产工艺的要求，结合整个灌装的流程，设计了灌装机控制系统的整体方案，之后根据整个系统的设计做了系统的硬件配置。但是由于紧迫的时间和所掌握知识的限制，本系统还有很多不足，有许多地方需要改进和优化。本设计目前尚未进行调试，调试之后还会有很多问题待分析、待解决，这都是以后的工作重点。设想为设备成本如果降低，我们在运用这种方案，即用一套伺服泵控制两个灌装头，实现连续灌装的控制系统方案，来达到高速、精确、稳定的灌装是否可行呢？这些问题都有待进一步的研究。

参考文献

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作者简介：杨荣秀，女，山东济宁人，济宁技师学院助理讲师，研究方向：自动化。

（责任编辑：周 琼）