油性多顆粒態(tài)物料自動灌裝機控制系統(tǒng)的研究

胡 飛，彭秀英，李榮隆

（貴州大學 機械工程學院，貴陽 550003）

0 引言

灌裝機是適用于食品、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性好，但顆粒物受熱軟化，物料間會產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，同時物料中帶有顆粒度不均勻的骨料、顆粒、片料等，造成計量困難，使灌裝后的產(chǎn)品易出現(xiàn)物料不均、重量不等的問題。

本文運用PLC控制技術(shù)，結(jié)合油性多顆粒態(tài)物料灌裝機生產(chǎn)工藝要求和企業(yè)的實際情況，研究設(shè)計了一種油性多顆粒態(tài)物料灌裝機控制系統(tǒng)，使油性多顆粒態(tài)物料灌裝的計量精度、穩(wěn)定性及清潔度都得到了提高，實現(xiàn)了醬類灌裝機生產(chǎn)過程的全自動化，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)物料自動灌裝機基本組成及工作原理

本文研究的油性多顆粒態(tài)物料自動灌裝機主要包括六部分：篩分攪拌機構(gòu)、儲油罐、量杯間歇旋轉(zhuǎn)裝置、輸送帶、在線補償計量裝置及控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)原理圖

篩分攪拌機構(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油罐。量杯間歇旋轉(zhuǎn)裝置主要實現(xiàn)量杯的旋轉(zhuǎn)和灌裝，間歇停止時間或灌裝時間為m秒（試驗樣機m=3）。量杯間歇旋轉(zhuǎn)裝置裝上設(shè)有n個量杯（試驗樣機n=6），篩分攪拌機構(gòu)灌裝口設(shè)有光電傳感器1檢測是否有空量杯，當量杯旋轉(zhuǎn)到灌裝口處時，旋轉(zhuǎn)裝置停止，電傳感器將檢測信號反饋到PLC控制器，PLC根據(jù)檢測信號控制電磁閥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，同時啟動量杯間歇旋轉(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構(gòu)的作用依次旋轉(zhuǎn)到篩分攪拌機構(gòu)灌裝口進行檢測灌裝。輸送帶實現(xiàn)料瓶的輸送，并在輸送的過程中實現(xiàn)物料的灌裝和在線計量，輸送帶采用步進電機驅(qū)動，通過PLC控制系統(tǒng)中使步進間隙停止時間為m秒。料瓶灌裝口設(shè)有光電傳感器2來檢測是否有料瓶，當檢測到有料瓶時，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，運輸帶啟動。當運輸帶將裝滿物料的料瓶輸送到重量檢測處，通過稱重傳感器實現(xiàn)在線計量，根據(jù)檢測結(jié)果，PLC控制電磁閥3的啟閉，用分離出來的油液進行重量補償，實現(xiàn)精準計量。在線計量完成后，有光電傳感器3對已灌裝完成的料瓶進行計數(shù)，在操作顯示面板（觸摸屏）上顯示計數(shù)。輸送帶將完成灌裝的料瓶送出，自動灌裝完成。在整個灌裝過程中，要求灌裝動作時間與輸送帶步進間隙停止時間及間歇機構(gòu)間歇停止時間相等，在線重量補償時間不超過停止時間。

2 自動灌裝機控制系統(tǒng)的方案研究

2.1 自動灌裝機控制要求

根據(jù)自動灌裝機的工作原理，灌裝機控制系統(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、運輸、計量及油液補償?shù)淖詣涌刂啤?/p>

2）各動作之間應(yīng)具有較高的配合精度。各灌裝動作時間與間歇機構(gòu)間歇停止時間及運輸帶停止時間應(yīng)相等，在線重量補償時間不得超過停止時間。

3）各傳感器響應(yīng)迅速。

4）控制系統(tǒng)可實現(xiàn)灌裝料瓶的計數(shù)和顯示。

5）在設(shè)備工作中某動作出現(xiàn)故障時，控制系統(tǒng)能對它們實時監(jiān)控，記憶鎖存，且系統(tǒng)能起到停止保護的作用，并及時報警。

2.2 控制系統(tǒng)硬件組成

在灌裝機控制系統(tǒng)的設(shè)計中，考慮到灌裝機各動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，實現(xiàn)量杯檢測、料瓶檢測、在線計量檢測和料瓶計數(shù)檢測等；采用三相異步電機實現(xiàn)振動篩分和攪拌；電磁閥組用于灌裝和補油控制；輸送帶采用步進電機驅(qū)動。操作與顯示面板（觸摸屏）通過文字、按鈕、圖形、數(shù)字等來實現(xiàn)監(jiān)控管理及應(yīng)付隨時可能的變化信息，能明確指示并告之操作員機器目前的狀況。

圖2 控制系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)框圖

圖3 控制程序流程

2.3 PLC控制流程

該控制系統(tǒng)要完成振動篩分、攪拌、固料量杯灌裝、固料料瓶灌裝、運輸、計量和油液補償?shù)壬a(chǎn)工藝的控制，系統(tǒng)設(shè)計采用運動控制和邏輯控制，各個工藝流程不能出現(xiàn)信號干擾。當出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)保護停止，觸摸屏及時輸出報警信號?？刂瞥绦蛄鞒倘鐖D3所示。

3 結(jié)束語

本文研究的油性多顆粒態(tài)物料自動灌裝機控制系統(tǒng)，由于采用了PLC控制，實現(xiàn)了物料的自動灌裝和精確計量，避免了由于手工操作或半自動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，降低了工人的勞動強度，使產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、設(shè)備安全性能及自動化程度都得到提高，滿足了企業(yè)的生產(chǎn)要求。所研究的油性多顆粒態(tài)物料自動灌裝機控制系統(tǒng)具有較強的應(yīng)用性。

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