缺瓶檢測與自動控制的結合在啤酒行業的應用

李晨

摘 要：針對啤酒行業包裝箱內經常出現缺瓶的情況，通過產品的包裝特點，結合現場實際情況，對輸箱皮帶環節進行改造，在碼垛機前的輸箱皮帶上增加缺瓶檢測的設計方案，采用接近開關和光電開關相結合檢測的方式，結合西門子S7-300PLC的程序控制，進行程序在線檢測，實現缺瓶檢測功能，通過初步的調試以及生產中的觀察，達到設計之初的計劃可行性，降低了操作人員的工作強度，提高了產品質量。

關鍵詞： PLC；自動化；缺瓶檢測

接近開關的原理是通過與金屬間接接觸就可以觸發動作的一種開關，當物體的金屬部分靠近開關的檢測面時，就會觸發感應，免除了金屬的觸碰就可以使開關感應動作，精確的反映物體運動的軌跡。開關的感應動作快速，因為不用接觸，因此很好的避免了機械磨損，降低故障率。可以直接接入到低壓電器控制回路中，或者供給PLC中作為指令控制。相比傳統的行程開關，無機械磨損，使用時間長，自帶指示燈，顯示直觀。

光電接近開關簡稱光電開關，設備本身發出光信號，通過物體對光信號的阻擋，造成光線傳播的中斷，觸發動作過程，同步到電氣回路而形成的檢測開關。跟接近開關不同的是，光電開關不需要金屬感應，所有能阻擋光線的物體都可以檢測。主要可分為漫反射式、對射式、反光板反射式。

一、系統介紹

隨著工業自動化的高速發展，自動控制在啤酒行業中的高速生產線上的應用占據了非常大的作用。啤酒的灌裝及外包裝是出廠前最重要的過程，直接影響了啤酒的口感及外觀質量，尤其是碼垛機，作為最后一道工序，更是顯得尤為重要。但是在實際生產中，因為多種原因，經常會出現包裝箱里缺瓶的情況，造成產品質量下降。而且因為外包裝箱已經封箱，無法每個紙箱都拆開查看，給生產造成了很大的困擾。

碼垛機作為啤酒行業包裝生產線的最后一道工序，是將紙包機，裝箱機和膜包機生產出的啤酒包裝箱按照一定排列方式擺放在托盤上，進行自動擺放，可根據程序編寫方式擺放多層，然后推出，便于叉車運至倉庫交付成品。華潤鞍山的D線碼垛機采用雙道碼垛，根據現場情況，決定把缺瓶檢測安裝在碼垛機的前一個輸箱皮帶環節上，避免了在碼垛機安裝兩套裝置，減少了故障發生幾率。

二、 設計方案

1.稱重傳感器+光電開關檢測方式

通過在輸箱皮帶底部安裝稱重傳感器的方式，結合光電開關給出信號檢測。識別每個箱子的重量，利用稱重傳感器傳送出4-20ma的模擬量信號送入PLC中，與預先設置箱子重量參數進行對比，當重量出現偏差，程序判斷箱子中是否缺瓶。

2.接近開關+光電開關方式

在輸箱加速皮帶上方安裝接近開關來檢測啤酒瓶蓋，安裝方式為并排4個，在接近開關的前后分別安裝2個光電開關，分別檢測箱子開始與結束，在一個箱子運行周期內，通過計數判斷箱子中是否缺瓶

三、種方式對比分析

稱重傳感器方式：可以通過在觸摸屏做數字顯示，直接顯示每箱重量，觀察直觀，可以通過參數更改隨時調節箱子重量設定值，但是，缺點也比較明顯，1.稱重傳感器安裝復雜，更換繁瑣，一旦生產中出現故障，會耽誤比較多的停產時間2.由于鏈道底座安裝在鋼結構上，而且啤酒是液體，輸送皮帶是運動的，在生產運動中難免造成液體晃動，引起箱子的重心點的變化，造成測量不準3.包裝箱在輸箱加速皮帶的經過的時間越短，對PLC讀取稱重的模擬量信號的準確性影響越大4.對機器提速段、稱重段之間間距要求高。5.稱重傳感器需要經常校準，增大了維護保養任務。

接近開關安裝方式：因為接近開關安裝在箱子上方，接近開關采用快速插頭形式，且接近開關自帶指示燈，狀態顯示直觀，一旦出現故障，能夠快速準確的定位故障點，更換方便，減少故障時間。同時通過調節檢測高度就可以針對各種瓶子形狀，調節方便。

四、安裝方案

先把輸送皮帶拆開，獨立安裝一段加速皮帶，用于拉開每個箱子之間的距離，防止多個箱子緊貼在一起經過造成無法檢測。在加速皮帶的中間位置的兩側安裝固定支架，把4個接近開關按照每個瓶子通過的位置安裝在鋼板上，每個近接開關左右距離留出條形孔，方便以后調節接近開關位置，把安裝接近開關的鋼板安裝在兩側的固定支架上，使接近開關的感應位置沖下，上下預留長條孔，方便根據不同瓶子高度調節感應距離。在感應支架的前后分別安裝1個反射光電，用于缺瓶檢測的啟動與停止。在碼垛機PLC柜中增加西門子321-1BH02-0AA0的DI16*DC24v的模塊，用于接收4個接近開關和2個光電信號的輸入。接近開關選用倍加福NBB15-U1-E2，檢測距離30mm。

在碼垛機PLC中編寫檢測程序，當箱子啟動光電觸發一個上升沿信號，計數器采用減法計數器，這個信號給計數器的預制值輸入為3，同時接近開關隨著箱子的運行檢測瓶蓋信號，每檢測一個瓶蓋，則計數器減1，計數器不為0時，一直是輸出信號，只有當計數器為0，則信號斷開，同時，在4組接近開關的常開點后串聯箱子停止信號，停止信號方式采用下降沿，識別每一個箱子完整走過，在箱子經過的一個完整周期內，如果有任何一個檢測計數不為0，則會觸發報警停機。

在該系統完成后，經過調試以及生產中觀察，滿箱合格率可以達到100%，排除了不合格酒流入市場的隱患，提高了公司產品質量。但是，由于場地的影響，只能采用報警停機的方式，無法增加擊打器，不能更加有效的降低停車時間，直接把不合格箱子打擊到專門的鏈道中。而且，由于包裝紙箱的脆弱以及鋼灌裝完啤酒瓶內壓力大，擔心擊打器會損壞包裝質量，今后還將根據現場情況逐漸改善。

參考文獻：

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