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1、臺達機電產品在液體灌裝機上的應用
設備結構 電氣架構 變頻器 PLC
1引言
液體灌裝機廣泛應用于食品、飲料、化工、醫(yī)藥等行業(yè),是目前應用非常廣泛的包裝機械之一?,F代社會對于灌裝設備的安全要求越來越高,要求灌裝出的食品、飲料、藥品或其他化工產品整齊、美觀且具有良好的包裝質量,相應的灌裝機運行穩(wěn)定性,維護的方便性,灌裝的精度、速度是衡量灌裝機控制系統(tǒng)好壞的重要性能指標。
傳統(tǒng)的繼電器控制設備不僅體積大、耗電多、效率低且故障率高,已無法滿足現代生產快速反應、精確度高且連續(xù)穩(wěn)定運行時間長的要求??删幊绦蚩刂破?簡稱PLC)是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。
2、具有通用性好,可靠性高,安裝靈活,擴展方便,性價比高等一系列優(yōu)點,基于PLC和變頻器等機電產品的控制系統(tǒng)可以很好地滿足當前現代生產的需求。
臺達目前可為客戶提供PLC控制器、人機界面、變頻驅動器、伺服驅動器、數控系統(tǒng)等系列自動化產品,可以向客戶提供完善可靠的機電一體化解決方案。本文介紹的系統(tǒng)實現灌裝機的機械結構裝置與PLC、變頻調速、人機界面等現代自動控制技術手段的完整結合,形成機電一體化。
2工藝分析
以瓶裝飲料為例,液體灌裝機的工藝如下:用以裝液體的瓶子通過撥瓶星輪由沖瓶機導出并傳送至灌裝機。進入灌裝機的瓶子由瓶頸托板卡住瓶口保持,并通過升降機構在凸輪作用下實現上升與下降。灌
3、裝機采用重力灌裝方式,瓶口上升頂開灌裝閥開始灌裝,當物料上升到堵住回氣孔位置時結束灌裝。灌裝結束后瓶口下降離開灌裝閥,瓶子通過過渡撥輪進入旋蓋機。旋蓋機上的止旋刀卡住瓶頸部位,保持瓶子直立并防止旋轉。旋蓋頭在旋蓋機上保持公轉并自轉,在凸輪作用下實現抓蓋、套蓋、旋蓋、脫蓋動作,完成整個封蓋過程。落蓋導軌上設有防止反蓋通過及反蓋取出機構,同時裝有一組光電開關,當落蓋導軌上無蓋時會自動停止機器運轉,可以有效的避免無蓋瓶的出現。同時,落蓋導軌上還設有旋蓋機進瓶檢測開關,與落蓋導軌和撥蓋盤連接處的鎖蓋氣缸連鎖控制瓶蓋的排出,保證無瓶時停止喂蓋,減少蓋子的損耗。
基本流程為:沖瓶機導出瓶子→灌裝機→上
4、升→重力灌裝→下降→進入旋蓋機封蓋→進入傳輸帶。系統(tǒng)需設置檢查點防止空送、漏蓋、漏瓶或者上蓋錯誤等。
3設備結構介紹
此設備結構如圖1、圖2所示,由電機驅動高精度食品級的不銹鋼齒輪泵,通過PLC控制頻器的速度來精確控制灌裝量的多少,主要用于飲料等液體的灌裝。
圖1設備全圖
圖2齒輪泵結構
4電氣架構圖及選型說明
4.1 設備電氣架構
根據客戶的設備小巧緊湊的特點,我們給客戶配置了以下產品:
(1) PLC:DVP14SS11R2*1;
(2) 人機界面:TP04GAS2或DOPAS 57BSTD;
(3) 變頻器:VFD007EL21A;
(
5、4) 其它電氣配件.
4.2 選型說明
臺達EL變頻器體積小巧,功能強大,并內置EMI濾波器,十分適合用在食品及藥機行業(yè),EL內置面板,且所有型號變頻器都具有RS485接口,通訊協議為國際標準的MODBUS ASCII/RTU,通訊接口為RJ11/RJ45,通過485通訊,可以節(jié)約客戶成本,減少客戶外部的接線,還可以實時了解變頻器的狀態(tài)(如輸出電流,頻率,故障代碼)。本文中變頻器的頻率通過臺達14SS11R2 PLC通訊給定,通訊協議為38400,7,E,1,ASCII碼;運行停止考慮到安全問題,通過外部端子控制。
選用14SS的原因,首先客戶是被其“小身材”吸引,從圖3還以看出,客
6、戶的設備由于常常是一條大生產線上的一個工作站,因此整體設計得十分緊湊,14SS在設備中占用的空間十分??;其次,14SS還標配兩個通訊口,一個RS232和人機界面通訊,另一個RS485口和臺達EL變頻器通訊,相得益彰,既充分利用了各產品的功能,成本是也沒有增加。如果選用其它廠牌PLC,要不加裝通訊卡,要不加DA模塊,才可控制變頻器的速度,無論從成本上,還是安裝的尺寸上,都不經濟。而全套臺達產品,可以給客戶提供更靈活的功能組合,更佳的性價比。
圖3電氣架構圖
5設備工作原理及程序說明
灌裝模式分為手動和自動兩種模式。
手動模式下,按一下啟動鍵,變頻器以設定的高速頻率運行,同時P
7、LC開始計數,當計數值達到低速爬行的值后,通訊控制變頻器以低速運行,直到計數值到達設定的容量后,變頻器停止,灌裝完成,等待下一次啟動信號,此模式主要用于試生產。
自動模式,和手動過程一樣,只是當一次灌裝結束后,不需再按啟動按鈕,而是等待設定好的時間后,再自己啟動,適合和生產線配合使用。
人機界面根據最終客戶的要求可以配臺達的TP04G文本,也可配臺達的觸摸屏產品。界面主要用于設置工作模式(手動/自動)和運行參數,主要是運行速度,爬行速度,速度切換點。界面的設計以方便人員操作為首要因素。以下以觸摸屏介紹操作畫面。
(1) 主畫面
直觀顯示當前的參數設置,并可隨時調整,如工作模式,
8、灌裝量,速度,并且以柱狀圖顯示液位當前的狀態(tài),對操作人員來說,醒目方便。主畫面如圖4所示。
圖4主畫面
(2) 低速爬行點設置畫面
對于不同容量的瓶子,低速爬行點是不同的。設置畫面如圖5所示。
圖5爬行速度及速度切換點設置
(3) 特殊參數
齒輪泵運行一段時間后,其密封性能會下降,導致灌裝量有偏差,因此,在程序中,我們提供一個系數給客戶微調,以消除此問題。特殊參數設置畫面如圖6所示。
圖6特殊參數設置畫面
(4) 自學習功能
為了方便客戶換產品時,不知道當前容器的容量時,我們在程序中加入的學習功能。首先,客戶先進入人機界面的學習畫面,然后一直按住啟動鍵
9、,電機就一直以一定速度運行,同時文本或觸摸屏上顯示當前實時的灌裝量,當瓶子快灌滿時,松開啟動按鈕,再按人機界面上的保存按鍵,灌裝量就保存了下來。這種功能尤其適合為異型容器。
自學習功能設置畫面如圖7所示。
圖7自學習功能設置畫面
(7) PLC程序
由于客戶要灌裝的產品種類很多,如果換了產品要重新輸入參數,對客戶來說費時以費力,因此,我們在PLC程序中為客戶做了20組配方。臺達觸摸屏本身也提供配方功能,而且功能十分強大,可以節(jié)約PLC的程序和空間。在此設備中,配方之所以做PLC中,是因為客戶的界面有時會換文本,為了程序的統(tǒng)一,就全做在PLC中了。PLC做配方的功能實際是通過
10、變址尋址功能實現的,并且做成了子程序。在此程序中,用了很多子程序,目的有兩個,一是可以使程序模塊話,方便維護;二是,子程序只在需要時(如修改參數后)才被主程序調用,因此,可以使設備在正常工作中,PLC的掃描周期最短,可提高灌裝的精度。
其標準梯形圖程序如圖8所示。
圖8標準梯形圖程序畫面
主菜單畫面如圖9所示。
圖9主菜單畫面
6結束語
通過使用全套產品,使該設備電氣架構簡單,功能豐富,性價比也很高。從去年開始,該機已批量采用臺達產品,性能穩(wěn)定可靠,得到最終客戶的認可。并且由于設備廠的客戶多在海外,得知臺達提供全球聯保的品質服務,這進一步加強了客戶的信心與滿意度。
張根軍
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