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      油性多顆粒態(tài)物料自動(dòng)灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的研究

      發(fā)布時(shí)間:2020-05-19 10:12:47 |來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

      1. 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(huì)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(chǔ)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)。

      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(chǔ)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(cè)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(cè)信號(hào)反饋到PLC控制器,PLC根據(jù)檢測(cè)信號(hào)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(cè)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(cè)是否有料瓶,當(dāng)檢測(cè)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(cè)處,通過稱重傳感器實(shí)現(xiàn)在線計(jì)量,根據(jù)檢測(cè)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(duì)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。

      1. 自動(dòng)灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的方案研究
        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(duì)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。

        1. 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(cè)、料瓶檢測(cè)、在線計(jì)量檢測(cè)和料瓶計(jì)數(shù)檢測(cè)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。

      控制系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)框圖 

      圖2 控制系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)框圖

                     控制程序流程圖

       

                                   圖3 控制程序流程

       

        1. 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(hào)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(hào)。控制程序流程如圖3所示。

      1. 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。

       

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