胡 飛，彭秀英，李榮隆

（貴州大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，貴陽 550003）

0 引言

灌裝機(jī)是適用于食品、日化及特殊行業(yè)的包裝設(shè)備。本文研究的灌裝機(jī)主要用于大粘度、油性多顆粒物料如醬類食品的充填灌裝，并要求油性物料在80oC～95oC的高溫條件下灌裝。在此溫度下雖然油的流動(dòng)性好，但顆粒物受熱軟化，物料間會產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，同時(shí)物料中帶有顆粒度不均勻的骨料、顆粒、片料等，造成計(jì)量困難，使灌裝后的產(chǎn)品易出現(xiàn)物料不均、重量不等的問題。

本文運(yùn)用PLC控制技術(shù)，結(jié)合油性多顆粒態(tài)物料灌裝機(jī)生產(chǎn)工藝要求和企業(yè)的實(shí)際情況，研究設(shè)計(jì)了一種油性多顆粒態(tài)物料灌裝機(jī)控制系統(tǒng)，使油性多顆粒態(tài)物料灌裝的計(jì)量精度、穩(wěn)定性及清潔度都得到了提高，實(shí)現(xiàn)了醬類灌裝機(jī)生產(chǎn)過程的全自動(dòng)化，滿足了企業(yè)的要求，在綠色食品業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 油性多顆粒態(tài)物料自動(dòng)灌裝機(jī)基本組成及工作原理

本文研究的油性多顆粒態(tài)物料自動(dòng)灌裝機(jī)主要包括六部分：篩分?jǐn)嚢铏C(jī)構(gòu)、儲油罐、量杯間歇旋轉(zhuǎn)裝置、輸送帶、在線補(bǔ)償計(jì)量裝置及控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)原理圖

篩分?jǐn)嚢铏C(jī)構(gòu)用于混合油性物料的固液分離和固體物料的二次攪拌，分離出的油液裝入儲油罐。量杯間歇旋轉(zhuǎn)裝置主要實(shí)現(xiàn)量杯的旋轉(zhuǎn)和灌裝，間歇停止時(shí)間或灌裝時(shí)間為m秒（試驗(yàn)樣機(jī)m=3）。量杯間歇旋轉(zhuǎn)裝置裝上設(shè)有n個(gè)量杯（試驗(yàn)樣機(jī)n=6），篩分?jǐn)嚢铏C(jī)構(gòu)灌裝口設(shè)有光電傳感器1檢測是否有空量杯，當(dāng)量杯旋轉(zhuǎn)到灌裝口處時(shí)，旋轉(zhuǎn)裝置停止，電傳感器將檢測信號反饋到PLC控制器，PLC根據(jù)檢測信號控制電磁閥1的啟閉，如為空杯，電磁閥1開啟，將物料灌裝到量杯中，經(jīng)過m秒灌裝后，PLC控制電磁閥1關(guān)閉，同時(shí)啟動(dòng)量杯間歇旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)，固定刮板將超出量杯部分的物料刮去。為避免浪費(fèi)超出量杯體積的物料將回收再次灌裝。旋轉(zhuǎn)裝置上的量杯通過間歇機(jī)構(gòu)的作用依次旋轉(zhuǎn)到篩分?jǐn)嚢铏C(jī)構(gòu)灌裝口進(jìn)行檢測灌裝。輸送帶實(shí)現(xiàn)料瓶的輸送，并在輸送的過程中實(shí)現(xiàn)物料的灌裝和在線計(jì)量，輸送帶采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過PLC控制系統(tǒng)中使步進(jìn)間隙停止時(shí)間為m秒。料瓶灌裝口設(shè)有光電傳感器2來檢測是否有料瓶，當(dāng)檢測到有料瓶時(shí)，通過PLC控制電磁閥2開啟，量杯中物料裝入料瓶，經(jīng)m秒后，電磁閥2關(guān)閉，運(yùn)輸帶啟動(dòng)。當(dāng)運(yùn)輸帶將裝滿物料的料瓶輸送到重量檢測處，通過稱重傳感器實(shí)現(xiàn)在線計(jì)量，根據(jù)檢測結(jié)果，PLC控制電磁閥3的啟閉，用分離出來的油液進(jìn)行重量補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)計(jì)量。在線計(jì)量完成后，有光電傳感器3對已灌裝完成的料瓶進(jìn)行計(jì)數(shù)，在操作顯示面板（觸摸屏）上顯示計(jì)數(shù)。輸送帶將完成灌裝的料瓶送出，自動(dòng)灌裝完成。在整個(gè)灌裝過程中，要求灌裝動(dòng)作時(shí)間與輸送帶步進(jìn)間隙停止時(shí)間及間歇機(jī)構(gòu)間歇停止時(shí)間相等，在線重量補(bǔ)償時(shí)間不超過停止時(shí)間。

2 自動(dòng)灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的方案研究

2.1 自動(dòng)灌裝機(jī)控制要求

根據(jù)自動(dòng)灌裝機(jī)的工作原理，灌裝機(jī)控制系統(tǒng)需滿足以下要求：

1）控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)固液分離、固體物料灌裝、運(yùn)輸、計(jì)量及油液補(bǔ)償?shù)淖詣?dòng)控制。

2）各動(dòng)作之間應(yīng)具有較高的配合精度。各灌裝動(dòng)作時(shí)間與間歇機(jī)構(gòu)間歇停止時(shí)間及運(yùn)輸帶停止時(shí)間應(yīng)相等，在線重量補(bǔ)償時(shí)間不得超過停止時(shí)間。

3）各傳感器響應(yīng)迅速。

4）控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)灌裝料瓶的計(jì)數(shù)和顯示。

5）在設(shè)備工作中某動(dòng)作出現(xiàn)故障時(shí)，控制系統(tǒng)能對它們實(shí)時(shí)監(jiān)控，記憶鎖存，且系統(tǒng)能起到停止保護(hù)的作用，并及時(shí)報(bào)警。

2.2 控制系統(tǒng)硬件組成

在灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，考慮到灌裝機(jī)各動(dòng)作之間有較高的配合要求，系統(tǒng)傳感器多、干擾大，故采用以PLC為核心的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的組成如圖2所示。該控制系統(tǒng)采用三菱公司全新上市的FX3GA系列可編程控制器。采用多傳感器，實(shí)現(xiàn)量杯檢測、料瓶檢測、在線計(jì)量檢測和料瓶計(jì)數(shù)檢測等；采用三相異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)篩分和攪拌；電磁閥組用于灌裝和補(bǔ)油控制；輸送帶采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。操作與顯示面板（觸摸屏）通過文字、按鈕、圖形、數(shù)字等來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控管理及應(yīng)付隨時(shí)可能的變化信息，能明確指示并告之操作員機(jī)器目前的狀況。

圖2 控制系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)框圖

圖3 控制程序流程

2.3 PLC控制流程

該控制系統(tǒng)要完成振動(dòng)篩分、攪拌、固料量杯灌裝、固料料瓶灌裝、運(yùn)輸、計(jì)量和油液補(bǔ)償?shù)壬a(chǎn)工藝的控制，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用運(yùn)動(dòng)控制和邏輯控制，各個(gè)工藝流程不能出現(xiàn)信號干擾。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)保護(hù)停止，觸摸屏及時(shí)輸出報(bào)警信號?？刂瞥绦蛄鞒倘鐖D3所示。

3 結(jié)束語

本文研究的油性多顆粒態(tài)物料自動(dòng)灌裝機(jī)控制系統(tǒng)，由于采用了PLC控制，實(shí)現(xiàn)了物料的自動(dòng)灌裝和精確計(jì)量，避免了由于手工操作或半自動(dòng)化操作造成的人為因素影響，提高了生產(chǎn)過程中食品的安全性和清潔度，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，使產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、設(shè)備安全性能及自動(dòng)化程度都得到提高，滿足了企業(yè)的生產(chǎn)要求。所研究的油性多顆粒態(tài)物料自動(dòng)灌裝機(jī)控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的應(yīng)用性。

[1]劉筱霞.包裝機(jī)械與設(shè)備[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2012.08.

[2]廖常初.S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2011.12.

[3]吳向峰.動(dòng)態(tài)粒狀物料稱重技術(shù)研究[D].中國計(jì)量科學(xué)研究院,2006.

[4]徐科軍.傳感器與檢測技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社,2011.09.

[5]FX3GA系列微型可編程控制器硬件手冊[Z].電子工業(yè)出版社,2012.12.

[6]李明,李麗娟,楊松.全自動(dòng)液體定量灌裝機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].包裝工程,2013.(5):78-85.