PLC在灌裝旋蓋機(jī)上的應(yīng)用

楊粵東

PLC在灌裝旋蓋機(jī)上的應(yīng)用

楊粵東

（湯臣倍健股份有限公司）

本文采用PLC原理進(jìn)行編程控制，對(duì)液體灌裝旋蓋機(jī)用單片機(jī)控制元件動(dòng)作的控制方式改造，達(dá)到縮短生產(chǎn)時(shí)間、減少維修及調(diào)試的工作量，更好的提高產(chǎn)品質(zhì)量及更為穩(wěn)定的生產(chǎn)效率。

液體灌裝旋蓋機(jī)；步進(jìn)電機(jī)；PLC；梯形圖；霍爾開關(guān)

1 引言

公司一臺(tái)KBGX系列微電腦液體灌裝旋蓋機(jī)，這臺(tái)液體灌裝旋蓋設(shè)備工藝水平和生產(chǎn)能力仍存在一些缺陷和不足，需對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造，以滿足使用要求。

2 實(shí)際調(diào)試及生產(chǎn)中存在的問題

經(jīng)設(shè)備廠家調(diào)試后，在實(shí)際生產(chǎn)就發(fā)現(xiàn)如下五個(gè)問題：

（1）單管分2次灌裝，使液體產(chǎn)生大量泡沫裝量不準(zhǔn)確；

（2）液體灌滿出瓶體，無法給下一工藝的貼標(biāo)；

（3）氣動(dòng)旋蓋不穩(wěn)定，蓋松緊度也就不穩(wěn)定，使瓶子有漏油現(xiàn)象，并且旋蓋頭的硅膠磨損大，經(jīng)常更換；

（4）生產(chǎn)能力為18瓶/min，無法加速；

（5）無法滿足工藝要求，返工產(chǎn)品多。

經(jīng)反饋至設(shè)備廠家以上問題后，通過設(shè)備廠商配合，提供不同配件進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。

3 原因分析

經(jīng)過仔細(xì)的調(diào)查，針對(duì)以上問題及其設(shè)備的原工作原理，分析其誘因如下：

（1）蠕動(dòng)泵原理圖如圖1所示；通過蠕動(dòng)泵的工作原理我們可以看到：?jiǎn)喂芊?次灌裝，每次流量大并有脈沖，使液體產(chǎn)生大量泡沫，裝量不準(zhǔn)確，是由于單片機(jī)控制，只能控制兩臺(tái)蠕動(dòng)泵，從而影響了生產(chǎn)量的提高。

圖1 蠕動(dòng)泵原理圖

（2）在灌裝過程液體灌滿會(huì)溢出瓶體上，無法給下一道工序貼標(biāo)。并且由于灌裝到瓶頸部才20mL符合生產(chǎn)要求，蠕動(dòng)泵是單管每臺(tái)一次要完成10mL以上，灌裝量大并有間隔脈沖將會(huì)產(chǎn)生大量泡沫使油滿出瓶。

（3）氣動(dòng)旋蓋不穩(wěn)定，蓋松緊度也就不穩(wěn)定，使瓶子有漏油現(xiàn)象，并且旋蓋頭的硅膠磨損大，常要更換。主要由于空壓機(jī)是在0.4MPa起動(dòng)，在0.6MPa停止，造成氣壓不穩(wěn)定旋蓋不緊；從而導(dǎo)致產(chǎn)品的氣動(dòng)旋蓋松緊度差異大，部分瓶子存在有漏油現(xiàn)象，且旋蓋頭的硅膠磨損大，更換頻繁。

（4）由于蠕動(dòng)泵灌裝的缺陷，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，無法增加產(chǎn)量。

（5）由于其感應(yīng)采用光電感應(yīng)，并且灌裝油體對(duì)光電感有損壞作用，導(dǎo)致出現(xiàn)誤感應(yīng)，更因?yàn)榭刂撇糠质菃纹瑱C(jī)，其抗干擾能力差、不可擴(kuò)展性編程、并且電路板多、布線復(fù)雜造成的穩(wěn)定性差的原因。從而導(dǎo)致此設(shè)備在目前的情況下無法滿足產(chǎn)品的工藝要求，且產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。

4 改造解決方案

4.1 針對(duì)兩臺(tái)蠕動(dòng)泵在單管運(yùn)作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖流

采用了斯派莎克公司生產(chǎn)的505L低脈沖、高精度蠕動(dòng)泵頭“雙Y”雙管分流，電機(jī)采用華興數(shù)控的二相八拍混合式步進(jìn)電機(jī)帶驅(qū)動(dòng)。在采用了以上技術(shù)改造后，設(shè)備得到了很好的改善：流動(dòng)時(shí)幾乎無脈沖。從而提高了產(chǎn)品裝量且精度更為精確，精度可達(dá)至0.5%，液體在管中流動(dòng)無脈沖，可以保障脈沖及精度問題。

4.2 蠕動(dòng)泵增加到四臺(tái)即一瓶油分四次灌裝

同時(shí)增加一臺(tái)真空泵，負(fù)責(zé)抽所灌裝瓶?jī)?nèi)的空氣（真空管道引至灌裝瓶口處），其作用為：可實(shí)現(xiàn)快速灌裝時(shí)加速排出空氣。但由于受單片控制系統(tǒng)的限制。故采用了兩套PLC進(jìn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)其主要每個(gè)PLC都只有兩個(gè)高精密控制輸出端口，保障各電路、四臺(tái)混合式步進(jìn)行電機(jī)的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)灌裝旋蓋機(jī)的加速。

4.3 光電感應(yīng)器改為磁性的霍爾開關(guān)控制灌裝

根據(jù)工藝流程及磁性霍爾開關(guān)的特點(diǎn)，并考慮到灌裝控制的準(zhǔn)確性前提下：將光電感應(yīng)器改為磁性的霍爾開關(guān)控制灌裝，方便提高精度、防止油損、減少維修量，提高工作效率。氣動(dòng)旋蓋改為三相小型電機(jī)帶動(dòng)磁阻尼器旋蓋。旋蓋松緊度由磁阻尼器進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4.4 PLC的選型

由于PLC具有結(jié)構(gòu)緊湊、基本性能、功能豐富、靈活通用、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、容易擴(kuò)展的特點(diǎn)。并根據(jù)工藝流程，我司所需使用的PLC必須符合輸入7個(gè)開關(guān)量，12個(gè)輸出量、而且需具備有4個(gè)高速脈沖輸出點(diǎn)的要求。經(jīng)過綜合對(duì)比：三菱的PLC可編程控制器的12個(gè)輸出點(diǎn)中就有四個(gè)高速脈沖輸出點(diǎn)，它可以控制四臺(tái)混合式步進(jìn)電機(jī)，使灌裝量得到進(jìn)一點(diǎn)的提升。所用了兩臺(tái)三菱公司生產(chǎn)的KX1s-14MT型PLC可編程控制器。進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)穩(wěn)定性能增加，在產(chǎn)品質(zhì)量得到保障的同時(shí)也提升了產(chǎn)品產(chǎn)量。

4.5 改造后液體灌裝旋蓋機(jī)PLC操作流程

合上電源PLC主從機(jī)的信息交換，啟動(dòng)（主機(jī)M3、從機(jī)M402）；（主機(jī)Y4）主電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和（主機(jī)Y5）振蕩器起動(dòng)開始自動(dòng)理蓋；同時(shí)（從機(jī)Y4）旋蓋電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)開始自動(dòng)旋蓋，把瓶放入等分盤內(nèi)，等分盤每轉(zhuǎn)一格位設(shè)備主軸上的同步接觸感應(yīng)開頭動(dòng)作（主、從機(jī)X0）同步啟動(dòng)；瓶進(jìn)行入1#灌裝瓶位時(shí)，接觸感應(yīng)開頭動(dòng)作（X1），（主機(jī)Y0）輸出高速脈沖信號(hào)，同時(shí)（主機(jī)Y2）輸出正/反轉(zhuǎn)信號(hào)，1號(hào)步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作，蠕動(dòng)泵開始灌裝；瓶進(jìn)行入2#灌裝瓶位時(shí)，接觸感應(yīng)開頭動(dòng)作（X2），（主機(jī)Y1）輸出高速脈沖信號(hào)，同時(shí)（主機(jī)Y3）輸出正/反轉(zhuǎn)信號(hào)，2號(hào)步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作，蠕動(dòng)泵開始灌裝；3#、4#步驟在從機(jī)與主機(jī)類同。瓶進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)狀態(tài)，（M9）自動(dòng)停止健。

5 效果對(duì)比

改造后效果對(duì)比如表1和表2所示。

表1 改造后效果對(duì)比

表2 設(shè)備的電路改造前、后產(chǎn)量50400瓶/批對(duì)照

設(shè)備購入180000元，改造試驗(yàn)時(shí)投入45000元，主要用于采購各種配件。經(jīng)試用成功后，委托加工以90000元采購9臺(tái)同類設(shè)備投入生產(chǎn)。就采購設(shè)備就為公司創(chuàng)造（180000-90000）×9=810000元；每月我公司生產(chǎn)藥品7批計(jì)算，（1680-420）×7×12=105840元；并在生產(chǎn)過程中縮短了生產(chǎn)周期。

6 結(jié)束語

PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)與單片機(jī)控制相比較，增加了中央監(jiān)控、更為可靠、穩(wěn)定、靈活。減少了工人的工作量。從而提高了工作效率，是一種有效的自動(dòng)控制系統(tǒng)，在實(shí)際使用中取得很好的效果，值得推廣到其他設(shè)備應(yīng)用。

本次改進(jìn)不足之處是只能對(duì)灌裝旋蓋機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制生產(chǎn)，不能用于整個(gè)生產(chǎn)線上使用。需要改進(jìn)的項(xiàng)目還有很多，在今后的工作中，需不斷學(xué)習(xí)新知識(shí)與新的技能，并把掌握的知識(shí)運(yùn)用到工作中去。使公司現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備上提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量方面發(fā)揮更大的作用。

[1]梁耀光，余文烋，主編.工業(yè)控制新技術(shù)教程.華南理工大學(xué)出版，2014（09）.

[2]馬銀戌，陳港殿.灌裝機(jī)的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].食品科技，2009（08）.

[3]《斯派莎克產(chǎn)品手冊(cè)》.斯派莎克工程（中國(guó)）有限公司.

[4]《液體灌裝旋蓋機(jī)使用說明書》.上海華東制藥機(jī)械有限公司.

[5]《混合式步進(jìn)電機(jī)說明書》.南京華興數(shù)控設(shè)備責(zé)任公司.

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1004-7344（2016）31-0219-02

2016-10-21