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摘 要：随着人们食品消费的快速增长，各种用于食品工业制品生产和包装的机械生产设备也相继研发面世。灌装机正是由于饮料消费的增长刺激而得到大规模的推广应用。考虑到全自动液体定量灌装机具有清洁、安全、高效及自动化程度高等诸多优点，本文主要从技术指标、组成及工艺、控制方案设计三个方面，对其进行分析研究。
关键词：液体定量灌装机；控制系统；PLC；自动化
1.前言
近些年来，随着社会经济的快速发展和人们食品消费水平的不断提高，各种用于食品工业制品生产和包装的机械生产设备也相继研发面世。灌装机正是由于饮料消费的增长刺激而得到大规模的推广应用。由于生活质量的提高，人们对食品生产的安全性要求也越来越高。传统的灌装机械控制系统已经不能满足现代工业生产的需要，基于全自动液体定量灌装控制方式的新型灌装机逐渐取代老式灌装机，成为市场的主流。由于具有清洁、安全、高效及自动化程度高等诸多优点，全自动液体定量灌装机目前已经广泛应用于饮料、医药、化工及石油等诸多生产领域。本文主要从全自动液体定量灌装机技术指标、组成及工艺、控制方案设计三个方面，对其控制系统进行设计研究。
2.灌装机的主要技术指标
全自动液体定量灌装机主要用于对液体灌装具有较高要求（如安全性、密封性、清洁度等）的场合，包括各种高级饮料、高纯度医药、精油提炼及有毒、腐蚀性液体的灌装。目前，对于全自动液体定量灌装机设计的技术指标要求如下：
（1）单桶灌装的容量为200L，容许的误差为±0.1L；
（2）灌装速度为300～600L/分钟；
（3）灌装效率要求：灌装产品合格率>97%，包装材料浪费率<0.3%；
（4）不出现冒泡、滴漏及外溢情況；
（5）自动定位及故障报警；
（6）开机时，机器由低速缓升到设定倍速，无刚性冲动，不会破瓶伤机。
3.灌装机主要组成及工艺
全自动液体定量灌装机主要由传送装置、灌装装置、吸封盖装置和检测感应装置四大部分组成。其结构如图1所示：传送装置由传送带、传动齿轮、输送带、输送电机和升降气缸组成；灌装装置由灌装枪、灌装桶、同步电机、无杆气缸及滚轮臂组成；吸封盖装置由吸盖装置组成；检测感应装置由光电传感器、接近开关和称重传感器组成。
1-同步电机； 2-滚轮臂； 3-灌装枪； 4-无杆气缸； 5-吸盖装置；
6-光电传感器； 7-灌装桶； 8-接近开关； 9-输送带； 10—传动齿轮；
11—传送带； 12—输送电机； 13—升降气缸； 14—称重传感器
图1 全自动液体定量灌装机组成
全自动液体定量灌装机的工艺过程为：将灌装桶放置于输送带后，由输送电机将其传送至灌装位置；此时，布置于灌装位置的接近开关自动感应，并将感应信号传给PLC控制系统；PLC控制输送电机停止转动，同时控制升降气缸带动滚轮臂上升，将灌装桶移动至灌装枪位置；此时，位于灌装枪端口的光电传感器自动感应灌装桶的位置，并将信号传给PLC控制系统；当灌装桶到达预定位置后，PLC控制同步电机停止转动，同时吸盖装置启动将盖子吸走；然后灌装枪开始往灌装桶中灌装液体，由称重传感器将桶中液体的重量信号传给PLC控制系统；当达到预定重量时，PLC控制灌装枪停止灌装，吸盖装置自动将盖子封上，启动输送电机，将灌装桶运走。
4.控制系统方案设计
4.1控制系统硬件设计
全自动液体定量灌装机硬件设计主要包括PLC控制系统和各传感器的设计。PLC控制系统主要采用的是三菱公司的FX3U系列可编程控制器。该系列编程器具有储存容量大、运算处理速度快、兼容性好及可扩展能力强等诸多优点，非常适合用于全自动化的工业生产控制中。而为了保证传感信号的准确性和稳定性，光电传感器、接近开关、称重传感器、无杆气缸及同步电机等均采用进口的设备。
4.2控制系统软件设计
全自动液体定量灌装机控制系统软件设计的主要内容是PLC可编程控制器的编制。为了保证灌装过程各部分装置动作的准确可靠，需要通过PLC程序对各传感器、继电器、开关及电磁阀进行控制。其控制系统程序如图2所示。其中：M1、M2、M3、M4为辅助继电器；X0为压力开关—用于顶桶检测；X1为接近开关—用于灌装位置检测；X2为光电传感器—用于桶口位置检测；X14为接近开关—用于灌装枪升到顶位标志；X15为接近开关—用于灌装枪降到顶位标志；X16为接近开关—用于支座升到顶位标志；Y0为输出继电器—用于空桶输送电机启/停；Y2为输出继电器—用于同步电机启/停；Y3为气动电磁阀—用于支座升降；Y5为气动电磁阀—用于灌装枪上升；Y6为气动电磁阀—用于灌装枪下降；T1为定时器—100ms.
图2 灌装机PLC控制系统程序
5.结语
相对于传统方式灌装机，全自动液体定量灌装机由于具有清洁、安全、高效及自动化程度高等诸多优点，目前已经广泛应用于饮料、医药、化工及石油等诸多生产领域。本文首先对全自动液体定量灌装机的主要技术指标、组成及工艺进行了分析，接着从控制系统硬件及软件设计两方面，对其控制方案进行设计研究。
关键词：液体定量灌装机；控制系统；PLC；自动化
1.前言
近些年来，随着社会经济的快速发展和人们食品消费水平的不断提高，各种用于食品工业制品生产和包装的机械生产设备也相继研发面世。灌装机正是由于饮料消费的增长刺激而得到大规模的推广应用。由于生活质量的提高，人们对食品生产的安全性要求也越来越高。传统的灌装机械控制系统已经不能满足现代工业生产的需要，基于全自动液体定量灌装控制方式的新型灌装机逐渐取代老式灌装机，成为市场的主流。由于具有清洁、安全、高效及自动化程度高等诸多优点，全自动液体定量灌装机目前已经广泛应用于饮料、医药、化工及石油等诸多生产领域。本文主要从全自动液体定量灌装机技术指标、组成及工艺、控制方案设计三个方面，对其控制系统进行设计研究。
2.灌装机的主要技术指标
全自动液体定量灌装机主要用于对液体灌装具有较高要求（如安全性、密封性、清洁度等）的场合，包括各种高级饮料、高纯度医药、精油提炼及有毒、腐蚀性液体的灌装。目前，对于全自动液体定量灌装机设计的技术指标要求如下：
（1）单桶灌装的容量为200L，容许的误差为±0.1L；
（2）灌装速度为300～600L/分钟；
（3）灌装效率要求：灌装产品合格率>97%，包装材料浪费率<0.3%；
（4）不出现冒泡、滴漏及外溢情況；
（5）自动定位及故障报警；
（6）开机时，机器由低速缓升到设定倍速，无刚性冲动，不会破瓶伤机。
3.灌装机主要组成及工艺
全自动液体定量灌装机主要由传送装置、灌装装置、吸封盖装置和检测感应装置四大部分组成。其结构如图1所示：传送装置由传送带、传动齿轮、输送带、输送电机和升降气缸组成；灌装装置由灌装枪、灌装桶、同步电机、无杆气缸及滚轮臂组成；吸封盖装置由吸盖装置组成；检测感应装置由光电传感器、接近开关和称重传感器组成。
1-同步电机； 2-滚轮臂； 3-灌装枪； 4-无杆气缸； 5-吸盖装置；
6-光电传感器； 7-灌装桶； 8-接近开关； 9-输送带； 10—传动齿轮；
11—传送带； 12—输送电机； 13—升降气缸； 14—称重传感器
图1 全自动液体定量灌装机组成
全自动液体定量灌装机的工艺过程为：将灌装桶放置于输送带后，由输送电机将其传送至灌装位置；此时，布置于灌装位置的接近开关自动感应，并将感应信号传给PLC控制系统；PLC控制输送电机停止转动，同时控制升降气缸带动滚轮臂上升，将灌装桶移动至灌装枪位置；此时，位于灌装枪端口的光电传感器自动感应灌装桶的位置，并将信号传给PLC控制系统；当灌装桶到达预定位置后，PLC控制同步电机停止转动，同时吸盖装置启动将盖子吸走；然后灌装枪开始往灌装桶中灌装液体，由称重传感器将桶中液体的重量信号传给PLC控制系统；当达到预定重量时，PLC控制灌装枪停止灌装，吸盖装置自动将盖子封上，启动输送电机，将灌装桶运走。
4.控制系统方案设计
4.1控制系统硬件设计
全自动液体定量灌装机硬件设计主要包括PLC控制系统和各传感器的设计。PLC控制系统主要采用的是三菱公司的FX3U系列可编程控制器。该系列编程器具有储存容量大、运算处理速度快、兼容性好及可扩展能力强等诸多优点，非常适合用于全自动化的工业生产控制中。而为了保证传感信号的准确性和稳定性，光电传感器、接近开关、称重传感器、无杆气缸及同步电机等均采用进口的设备。
4.2控制系统软件设计
全自动液体定量灌装机控制系统软件设计的主要内容是PLC可编程控制器的编制。为了保证灌装过程各部分装置动作的准确可靠，需要通过PLC程序对各传感器、继电器、开关及电磁阀进行控制。其控制系统程序如图2所示。其中：M1、M2、M3、M4为辅助继电器；X0为压力开关—用于顶桶检测；X1为接近开关—用于灌装位置检测；X2为光电传感器—用于桶口位置检测；X14为接近开关—用于灌装枪升到顶位标志；X15为接近开关—用于灌装枪降到顶位标志；X16为接近开关—用于支座升到顶位标志；Y0为输出继电器—用于空桶输送电机启/停；Y2为输出继电器—用于同步电机启/停；Y3为气动电磁阀—用于支座升降；Y5为气动电磁阀—用于灌装枪上升；Y6为气动电磁阀—用于灌装枪下降；T1为定时器—100ms.
图2 灌装机PLC控制系统程序
5.结语
相对于传统方式灌装机，全自动液体定量灌装机由于具有清洁、安全、高效及自动化程度高等诸多优点，目前已经广泛应用于饮料、医药、化工及石油等诸多生产领域。本文首先对全自动液体定量灌装机的主要技术指标、组成及工艺进行了分析，接着从控制系统硬件及软件设计两方面，对其控制方案进行设计研究。