PLC在灌裝旋蓋機上的應用

楊粵東

PLC在灌裝旋蓋機上的應用

楊粵東

（湯臣倍健股份有限公司）

本文采用PLC原理進行編程控制，對液體灌裝旋蓋機用單片機控制元件動作的控制方式改造，達到縮短生產(chǎn)時間、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；步進電機；PLC；梯形圖；霍爾開關(guān)

1 引言

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

2 實際調(diào)試及生產(chǎn)中存在的問題

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

（1）單管分2次灌裝，使液體產(chǎn)生大量泡沫裝量不準確；

（2）液體灌滿出瓶體，無法給下一工藝的貼標；

（3）氣動旋蓋不穩(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，提供不同配件進行模擬實驗。

3 原因分析

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

（1）蠕動泵原理圖如圖1所示；通過蠕動泵的工作原理我們可以看到：單管分2次灌裝，每次流量大并有脈沖，使液體產(chǎn)生大量泡沫，裝量不準確，是由于單片機控制，只能控制兩臺蠕動泵，從而影響了生產(chǎn)量的提高。

圖1 蠕動泵原理圖

（2）在灌裝過程液體灌滿會溢出瓶體上，無法給下一道工序貼標。并且由于灌裝到瓶頸部才20mL符合生產(chǎn)要求，蠕動泵是單管每臺一次要完成10mL以上，灌裝量大并有間隔脈沖將會產(chǎn)生大量泡沫使油滿出瓶。

（3）氣動旋蓋不穩(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。主要由于空壓機是在0.4MPa起動，在0.6MPa停止，造成氣壓不穩(wěn)定旋蓋不緊；從而導致產(chǎn)品的氣動旋蓋松緊度差異大，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）由于其感應采用光電感應，并且灌裝油體對光電感有損壞作用，導致出現(xiàn)誤感應，更因為控制部分是單片機，其抗干擾能力差、不可擴展性編程、并且電路板多、布線復雜造成的穩(wěn)定性差的原因。從而導致此設(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 針對兩臺蠕動泵在單管運作時會產(chǎn)生一個脈沖流

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

4.2 蠕動泵增加到四臺即一瓶油分四次灌裝

同時增加一臺真空泵，負責抽所灌裝瓶內(nèi)的空氣（真空管道引至灌裝瓶口處），其作用為：可實現(xiàn)快速灌裝時加速排出空氣。但由于受單片控制系統(tǒng)的限制。故采用了兩套PLC進行自動控制系統(tǒng)其主要每個PLC都只有兩個高精密控制輸出端口，保障各電路、四臺混合式步進行電機的正常運行，實現(xiàn)灌裝旋蓋機的加速。

4.3 光電感應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，并考慮到灌裝控制的準確性前提下：將光電感應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。氣動旋蓋改為三相小型電機帶動磁阻尼器旋蓋。旋蓋松緊度由磁阻尼器進行調(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、容易擴展的特點。并根據(jù)工藝流程，我司所需使用的PLC必須符合輸入7個開關(guān)量，12個輸出量、而且需具備有4個高速脈沖輸出點的要求。經(jīng)過綜合對比：三菱的PLC可編程控制器的12個輸出點中就有四個高速脈沖輸出點，它可以控制四臺混合式步進電機，使灌裝量得到進一點的提升。所用了兩臺三菱公司生產(chǎn)的KX1s-14MT型PLC可編程控制器。進一步實現(xiàn)了控制系統(tǒng)穩(wěn)定性能增加，在產(chǎn)品質(zhì)量得到保障的同時也提升了產(chǎn)品產(chǎn)量。

4.5 改造后液體灌裝旋蓋機PLC操作流程

合上電源PLC主從機的信息交換，啟動（主機M3、從機M402）；（主機Y4）主電機轉(zhuǎn)動和（主機Y5）振蕩器起動開始自動理蓋；同時（從機Y4）旋蓋電動機轉(zhuǎn)動開始自動旋蓋，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開頭動作（主、從機X0）同步啟動；瓶進行入1#灌裝瓶位時，接觸感應開頭動作（X1），（主機Y0）輸出高速脈沖信號，同時（主機Y2）輸出正/反轉(zhuǎn)信號，1號步進電機動作，蠕動泵開始灌裝；瓶進行入2#灌裝瓶位時，接觸感應開頭動作（X2），（主機Y1）輸出高速脈沖信號，同時（主機Y3）輸出正/反轉(zhuǎn)信號，2號步進電機動作，蠕動泵開始灌裝；3#、4#步驟在從機與主機類同。瓶進行自動循環(huán)狀態(tài)，（M9）自動停止健。

5 效果對比

改造后效果對比如表1和表2所示。

表1 改造后效果對比

表2 設(shè)備的電路改造前、后產(chǎn)量50400瓶/批對照

設(shè)備購入180000元，改造試驗時投入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自動控制系統(tǒng)與單片機控制相比較，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，是一種有效的自動控制系統(tǒng)，在實際使用中取得很好的效果，值得推廣到其他設(shè)備應用。

本次改進不足之處是只能對灌裝旋蓋機進行自動控制生產(chǎn)，不能用于整個生產(chǎn)線上使用。需要改進的項目還有很多，在今后的工作中，需不斷學習新知識與新的技能，并把掌握的知識運用到工作中去。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.華南理工大學出版，2014（09）.

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

[3]《斯派莎克產(chǎn)品手冊》.斯派莎克工程（中國）有限公司.

[4]《液體灌裝旋蓋機使用說明書》.上海華東制藥機械有限公司.

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

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2016-10-21