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| S7-200PLC在自動(dòng)灌裝機(jī)上的應(yīng)用 | 2020-01-16 |
［摘要］自動(dòng)灌裝機(jī)主要組成及功能某油漆廠生產(chǎn)的我油漆具有活性大、易燃燒等特點(diǎn)，因此產(chǎn)品灌裝采用DCS50-C1型自動(dòng)液體灌裝機(jī)。該自動(dòng)灌裝機(jī)由S7-200PLC控制，采用重力式自流給料方式，通過給料控制器控制給料速度，具有操作簡(jiǎn)便、自動(dòng)化程度高、密封性能好、計(jì)量精度高、結(jié)構(gòu)可靠和生產(chǎn)率高等特點(diǎn)。工作時(shí)，除人工套桶外，夾桶、落料、計(jì)量、放料、鐵桶等工作均自動(dòng)依次完成。DCS50-C1型自動(dòng)液體灌裝機(jī)主要由稱重儀表、稱重模塊、料倉(cāng)、螺旋輸送機(jī)、精度控制閥、充氣抽塵裝置、夾桶器升降機(jī)構(gòu)、夾桶器、電氣控制系統(tǒng)、氣動(dòng)控制控系統(tǒng)及機(jī)體等組成。人工將灌裝桶放置在供桶機(jī)的供桶盤上，供桶機(jī)自動(dòng)取桶、送桶，裝桶機(jī)自動(dòng)取桶、開桶。上游物液體靠重力由儲(chǔ)液體倉(cāng)落入自動(dòng)液體灌裝機(jī)中進(jìn)行全自動(dòng)稱重，稱重后的定量物液體落入灌裝桶中，以滿桶每桶25kg裝桶。裝完物液體的液體桶在立桶輸送機(jī)的輸送過程中，經(jīng)夾口整形、折邊熱封口工序后，輸送至倒桶輸送機(jī)。倒桶輸送機(jī)將液體桶放倒，放倒的液體桶輸送至壓平輸送機(jī)上壓平整形后，進(jìn)入金屬檢測(cè)機(jī)進(jìn)行金屬雜質(zhì)檢測(cè)。金屬檢測(cè)后的液體桶輸送至電子復(fù)檢秤上進(jìn)行重量復(fù)檢，含有金屬雜質(zhì)或重量不合格的液體桶被揀選機(jī)剔除，合格的液體桶由揀選機(jī)輸送至皮帶輸送機(jī)上。液體桶在皮帶輸送機(jī)的輸送過程中，由噴墨打號(hào)機(jī)打印批號(hào)，打印批號(hào)的液體桶由皮帶輸送機(jī)輸送至碼垛單元的斜坡輸送機(jī)。斜坡輸送機(jī)將液體桶提升至碼垛高度，經(jīng)整形壓平機(jī)壓平整形后，由緩?fù)］斔蜋C(jī)輸送至轉(zhuǎn)位輸送機(jī)上，由轉(zhuǎn)位輸送機(jī)按預(yù)定編組方式轉(zhuǎn)位（桶口朝里，2-3、3-2編組，見圖2-1）后，送至編組機(jī)上進(jìn)行編組，編組后的液體桶被推桶機(jī)推送至緩?fù)０迳系却a垛。在推桶壓桶機(jī)、分層機(jī)和升降機(jī)的協(xié)調(diào)工作下，一層液體桶被碼放到托盤倉(cāng)、托盤輸送機(jī)自動(dòng)供應(yīng)到垛盤輸送機(jī)的托盤上，直至碼完一垛。垛盤由垛盤輸送機(jī)送出，由垛盤輸送機(jī)輸送至垛盤輸送機(jī)上，由叉車下線入庫。 （1）稱重儀表選用梅特勒托力多公司的PAN-THER2000T600工業(yè)稱重終端（定值及配料控制）。該儀表可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、使用維護(hù)方便，具有重量顯示、自動(dòng)去皮.、自動(dòng)校零、自動(dòng)落差修正、超差報(bào)警等功能。 （2）稱重模塊選用寧波柯力電氣制造有限公司生產(chǎn)的單點(diǎn)式傳感器，其額定載荷為50kg,靈敏度為（2.0士0.002）mV/Vo （3）料倉(cāng)上有蓋，使用快速夾頭與料倉(cāng)體相連。料倉(cāng)上設(shè)有1個(gè)氮?dú)獬淙腴y及1個(gè)排氣閥，用于置換料倉(cāng)中的空氣。當(dāng)產(chǎn)品料罐與料倉(cāng)連接時(shí)，取下料倉(cāng)蓋，使料倉(cāng)下法蘭通過刀閘閥與法蘭連接，并用快速夾夾緊，打開氮?dú)獬淙腴y向料倉(cāng)內(nèi)充入氮?dú)?，同時(shí)打開排氣閥排出料倉(cāng)內(nèi)的空氣。 （4）螺旋輸送機(jī)用于給自動(dòng)灌裝機(jī)強(qiáng)制給料。物料從料倉(cāng)進(jìn)入螺旋輸送機(jī)，螺旋輸送機(jī)的螺旋葉片旋轉(zhuǎn)將物料絞入葉片并輸送到出料口。螺旋葉片的軸由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，軸體的旋轉(zhuǎn)速度通過變頻器調(diào)節(jié)，可獲得快速及慢速兩種速度，以滿足計(jì)量精度要求。 （5）精度控制閥安裝在螺旋輸送機(jī)的出料口上。一旦檢測(cè)到給料結(jié)束，螺旋輸送機(jī)便停轉(zhuǎn)，精度控制閥也關(guān)閉，這樣能避免因螺旋輸送機(jī)慣性轉(zhuǎn)動(dòng)而引起的計(jì)量誤差，保證了計(jì)量精度。 （6）充氣抽塵裝置安裝在1個(gè)雙層落料筒上，物料從內(nèi)層筒通過，內(nèi)層筒與外層筒間的夾層安裝氮?dú)獬淙腴y及抽塵閥。計(jì)量開始前向灌裝桶內(nèi)充入氮?dú)?，?jì)量開始后停止充氣，同時(shí)打開抽塵閥，將灌裝過程中產(chǎn)生的灰塵回收到除塵器。 （7）夾桶器升降機(jī)構(gòu)采用絲杠升降，以滿足灌裝不同灌裝桶的要求。 （8）夾桶器是根據(jù)用戶灌裝桶是塑料薄膜而專門非標(biāo)設(shè)計(jì)的，夾緊部位充分考慮塑料薄膜灌裝桶的特性，釆用柔軟材質(zhì)，以保護(hù)灌裝桶在灌裝過程中不致?lián)p壞。 （9）機(jī)體是整個(gè)自動(dòng)灌裝機(jī)的支撐，自動(dòng)灌裝機(jī)的其它部件都安裝在此剛性機(jī)體上，共同組成一套完整的自動(dòng)灌裝機(jī)。 2自動(dòng)灌裝機(jī)的工作流程 2.1自動(dòng)工作過程 首先，按下“置換開關(guān)”，“料倉(cāng)排氣”、“料倉(cāng)進(jìn)氣”指示燈亮，同時(shí)料倉(cāng)上的排氣、進(jìn)氣電磁閥動(dòng)作，置換空氣開始；設(shè)置的置換時(shí)間（可通過控制柜內(nèi)的置換延時(shí)繼電器來調(diào)整）到后，“料倉(cāng)排氣”、“料倉(cāng)進(jìn)氣”指示燈熄滅，同時(shí)排氣、進(jìn)氣電磁閥關(guān)閉，置換空氣完畢。然后，人工將灌裝桶套在自動(dòng)灌裝機(jī)的出料口上用夾桶器夾緊，撥動(dòng)下料口旁（或控制柜上）的“自動(dòng)下料”開關(guān)，吹桶閥打開，脹桶開始；脹桶時(shí)間（可通過控制柜內(nèi)的脹桶延時(shí)繼電器來調(diào)整）到后，吹桶閥關(guān)閉，同時(shí)截止閥打開，“下料”指示燈亮，電機(jī)快速旋轉(zhuǎn)喂料。下料2s后，除塵閥打開，開始抽塵。當(dāng)物料重量達(dá)到稱重儀表所設(shè)定的大投重量值時(shí)，電機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成慢速后旋轉(zhuǎn)喂料；當(dāng)物料重量達(dá)到稱重儀表所設(shè)定的灌裝目標(biāo)重量值后，電機(jī)停轉(zhuǎn)，“下料”指示燈關(guān)，除塵閥關(guān)閉，隨后稱重儀表等待2s開始檢查有無超差。若有超差，則“超差”指示燈點(diǎn)亮并保持2s后熄滅，程序復(fù)位，人工卸下灌裝桶，進(jìn)行超差處理；若無超差，則“滿秤”指示燈點(diǎn)亮并保持2s后熄滅，程序復(fù)位。最后，人工卸下灌裝桶，用螺旋輸送機(jī)送至真空自動(dòng)灌裝機(jī)，進(jìn)行抽真空、充氮?dú)狻岷戏饪诘裙ぷ?，完成一次工作循環(huán)。 自動(dòng)灌裝機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)的氣動(dòng)原理是：由主干線來的壓縮空氣中含有水分和雜質(zhì)，經(jīng)氣水分離過濾器后，將水分分離出來冰排出氣動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)雜質(zhì)進(jìn)行過濾，得到凈化后的壓縮空氣再經(jīng)減壓閥減壓和穩(wěn)壓，最后經(jīng)電磁換向閥提供給執(zhí)行元件-氣缸，通過電氣系統(tǒng)控制電磁換向閥的閥芯的動(dòng)作。從氣缸排出的壓縮空氣經(jīng)過消音器后排放到大氣中，因消音器可減小壓縮空氣快速排放時(shí)產(chǎn)生的的噪音，因此使整個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)的噪音降到程度。利用調(diào)速閥可調(diào)節(jié)壓縮空氣進(jìn)入或流出氣缸速度，從而可調(diào)節(jié)氣缸動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)速度。自動(dòng)灌裝機(jī)的控制系統(tǒng)按功能單元分為電子秤控制系統(tǒng)、液體灌裝機(jī)控制系統(tǒng)、輸送段控制系統(tǒng)和碼垛機(jī)控制系統(tǒng)，這四個(gè)自動(dòng)灌裝機(jī)根據(jù)各自的末端信號(hào)連鎖運(yùn)行。在電子秤進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行后，控制相應(yīng)的執(zhí)行元件伺服電機(jī)來完成粗給液體、精給液體動(dòng)作，并向灌裝控制系統(tǒng)發(fā)出投液體信號(hào)；灌裝控制系統(tǒng)在其液體桶準(zhǔn)備好后（指取桶、開桶等一系列動(dòng)作），向電子秤控制系統(tǒng)發(fā)出允許卸液體信號(hào)，電子秤控制系統(tǒng)控制卸液體門氣缸液體門打開，將物液體投入液體桶中，灌裝控制系統(tǒng)控制裝好的液體桶經(jīng)封口后進(jìn)入輸送段。用于物液體稱重，顯示稱重結(jié)果，循環(huán)示意圖見圖3-2所示。當(dāng)物液體靠重力進(jìn)入電子稱重箱后，稱重傳感器開始采集稱重信息，此時(shí)稱重箱翻門關(guān)閉，落液體箱落液體閘門打開，進(jìn)行粗給液體，當(dāng)稱重達(dá)到設(shè)定值時(shí)，落液體閘門關(guān)閉至細(xì)流口，進(jìn)行精給液體，稱重達(dá)到落液體閘門關(guān)閉而計(jì)量的重量尚有欠缺，可在伺服電機(jī)的控制下，快速將閘門打開細(xì)流口進(jìn)行“補(bǔ)秤”，直到達(dá)到規(guī)定的重量值，并迅速關(guān)閉。灌裝部分啟動(dòng)后，將給輸送段一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)，同時(shí)，輸送段控制元件給灌裝部分一個(gè)正常信號(hào)；如果灌裝控制器在自動(dòng)運(yùn)行過程中沒有接收到輸送段的正常信號(hào)，灌裝部分將停止運(yùn)行，在輸送段的故障排除后，才能正常運(yùn)行。在生產(chǎn)線正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)自動(dòng)灌裝和碼垛部分建立連鎖時(shí)，自動(dòng)碼垛控制器向自動(dòng)灌裝控制器發(fā)出正常運(yùn)行信號(hào)，當(dāng)自動(dòng)碼垛部分出現(xiàn)故障報(bào)警停止時(shí)，自動(dòng)碼垛部分的正常信號(hào)自動(dòng)斷開，自動(dòng)灌裝部分也相應(yīng)的停止，直到自動(dòng)碼垛部分正常運(yùn)行為止；當(dāng)自動(dòng)灌裝和碼垛部分解除聯(lián)鎖時(shí)，各自都可以獨(dú)立工作，且互不影響。自動(dòng)灌裝機(jī)以可編程控制器為邏輯控制核心，它根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)完成初始化及加液體等動(dòng)作，同時(shí)接收電子秤傳來的信息協(xié)調(diào)雙秤的投液體關(guān)系，并控制超差投液體；稱重部分以稱重控制器為控制核心，將稱重傳感器檢測(cè)到的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)，進(jìn)行運(yùn)算比較，并將相關(guān)數(shù)據(jù)（如粗加液體、精加液體、補(bǔ)液體等）傳遞給可編程控制器，同時(shí)檢測(cè)可編程控制器傳來的允許投液體及超差投液體信號(hào)。 4影響液體灌裝機(jī)正常運(yùn)行的因素 在實(shí)際生產(chǎn)過程中，液體灌裝機(jī)能否正常生產(chǎn)運(yùn)行主要受電氣、稱重顯示器元件以及灌裝液體、灌裝桶等因素的影響。 2.2手動(dòng)工作過程 手動(dòng)工作方式主要是為設(shè)備檢修、調(diào)試提供方便，只需在開機(jī)后撥動(dòng)“手動(dòng)下料”開關(guān)即可。手動(dòng)方式下儀表不啟動(dòng)，吹桶閥不工作。工作流程如圖1所示。 |完成灌裝|侮而位 |真空熱合畫旋輸送K 圖1工作流程圖 3控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)釆用西門子S7-200PLC進(jìn)行集中控制，選用CPU222CN(6ES7212-1BB23^OXB8,AC100~230V電源，DC24V輸入，繼電器輸出)。此系列PLC具有結(jié)構(gòu)緊湊、模塊化、可擴(kuò)展性強(qiáng)、指令集豐富等特點(diǎn)，提供8點(diǎn)數(shù)字量輸入和6點(diǎn)數(shù)字量輸出控制稱重模塊的輸岀與輸入，集成1個(gè)R手485通信接口便于聯(lián)機(jī)聯(lián)網(wǎng)、實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷和網(wǎng)絡(luò)化管理等。擴(kuò)展模塊為數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM222CN(6ES7-222-lHF22-0XAB),有8點(diǎn)輸出繼電器。PLC控制結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。 灌裝系統(tǒng)主要由開關(guān)量控制。料門的全部動(dòng)作由氣缸驅(qū)動(dòng)，而氣缸又由相應(yīng)的電磁閥控制。設(shè)備均可采用自動(dòng)和手動(dòng)兩種操作方式。手動(dòng)操作時(shí)，按鈕選擇手動(dòng)位置，用按鈕對(duì)每步進(jìn)行單獨(dú)操作；自動(dòng)操作時(shí)，按鈕選擇自動(dòng)位置，點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕，設(shè)備便自動(dòng)連續(xù)不斷地周期性循環(huán)工作。在工作中，若按下停止按鈕，則設(shè)備在繼續(xù)完成1個(gè)周期的動(dòng)作，回到初始狀態(tài)后自動(dòng)停運(yùn)。 在COM接口通過PC/PPIcable(PPI)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行 自動(dòng)灌裝機(jī)啟動(dòng)后進(jìn)行I/O狀態(tài)檢測(cè)，如果出現(xiàn)任何I/O錯(cuò)誤，置位為1;置換延時(shí)時(shí)間到，料倉(cāng)排氣和進(jìn)氣閥門動(dòng)作；吹桶延時(shí)時(shí)間到，打開吹桶閥門；延時(shí)幾秒后啟動(dòng)儀表，快給料時(shí)啟動(dòng)收塵器；手動(dòng)下料及快給料時(shí)變頻器快速輸出；慢給料時(shí)變頻器慢速輸出；變頻器快速輸出時(shí)，沒有變頻故障，沒有慢速輸出，啟動(dòng)變頻器，打開截止閥，輸出下料指示；延時(shí)幾秒打開除塵閥；慢輸出時(shí)延時(shí)幾秒，有超差輸出超差指示，無超差則滿秤指示；完成后置位。 （4）追溯開鎖記錄，考核作業(yè)行為。常規(guī)防盜鎖具無法對(duì)開鎖記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和上送，因此無法進(jìn)行后期的追溯和跟蹤，限制了自動(dòng)灌裝機(jī)科學(xué)管理水平。防盜鎖具內(nèi)部配有存儲(chǔ)區(qū)，每次的相關(guān)開鎖記錄都記錄在存儲(chǔ)區(qū)中，特殊情況下可通過智能手持終端讀取相關(guān)記錄，實(shí)現(xiàn)對(duì)開鎖記錄的追溯功能。 （1）自動(dòng)灌裝機(jī)組成和配置。自動(dòng)灌裝機(jī)由應(yīng)急中心、通信網(wǎng)絡(luò)和自動(dòng)灌裝機(jī)組成，在應(yīng)急中心就可實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)灌裝機(jī)的防盜門開閉監(jiān)控和設(shè)備的防誤操作管理。應(yīng)急中心配置一套自動(dòng)灌裝機(jī)防誤軟件，自動(dòng)灌裝機(jī)軟件在服務(wù)器上運(yùn)行，運(yùn)行環(huán)境為Win¬dows2008Sever操作系統(tǒng)、DB2-9.5數(shù)據(jù)庫。自動(dòng)灌裝機(jī)軟件通過顯示所轄自動(dòng)灌裝機(jī)的電氣接線圖和平面布置圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)灌裝機(jī)內(nèi)防盜鎖具和防誤鎖具的操作管理。系統(tǒng)配置防誤和防盜鎖具共用一把智能鑰匙，自動(dòng)灌裝機(jī)具備3G/CDMA2000/WCDMA通信功能，可在自動(dòng)灌裝機(jī)端直接通過3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送防盜鎖開閉信息到系統(tǒng)軟件。 （2）防盜報(bào)警功能。自動(dòng)灌裝機(jī)防誤系統(tǒng)與輔助系統(tǒng)軟件之間實(shí)現(xiàn)信息交互，發(fā)送自動(dòng)灌裝機(jī)操作的實(shí)時(shí)信息。輔助系統(tǒng)收到自動(dòng)灌裝機(jī)信號(hào)后，與系統(tǒng)內(nèi)所有動(dòng)作的門自動(dòng)灌裝機(jī)灌裝啟動(dòng)時(shí)就開始吸塵，直至灌裝結(jié)束，運(yùn)行半年，灌裝精度不大于0.2%；灌裝系統(tǒng)程序改為在快下料時(shí)吸塵，在慢下料時(shí)停止吸塵，灌裝精度有明顯提高，達(dá)到不大于0.1%。自動(dòng)灌裝機(jī)一直運(yùn)行穩(wěn)定，能夠滿足工藝要求，保證了出廠產(chǎn)品的灌裝質(zhì)量和灌裝速度，提高了生產(chǎn)效率。 （3）通信情況。在通道部分，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際光纖通道和輔助系統(tǒng)的應(yīng)用情況，分為兩種情況進(jìn)行實(shí)施：對(duì)于少數(shù)已具備光纖通道和輔助系統(tǒng)的自動(dòng)灌裝機(jī)，采用以太網(wǎng)方式直接接入觸摸終端；對(duì)于大多數(shù)不具備光纖通道和輔助系統(tǒng)的自動(dòng)灌裝機(jī)，觸摸終端和門磁開關(guān)采用GSM通信轉(zhuǎn)換器上送應(yīng)急中心，暫不接入有線網(wǎng)絡(luò)，等待改造后一并接入有線網(wǎng)絡(luò)。 4結(jié)束語 自動(dòng)灌裝機(jī)運(yùn)行一年半，給料控制機(jī)構(gòu)與除塵系統(tǒng)相結(jié)合，給料速度與排塵速度相匹配，實(shí)現(xiàn)了灌裝速度的可控調(diào)節(jié)，灌裝現(xiàn)場(chǎng)的無粉塵污染。原灌裝系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)為在信號(hào)進(jìn)行匹配，若確認(rèn)為同一個(gè)防盜鎖，則判斷為正常開鎖，否則有門磁開關(guān)信息而無防盜鎖開鎖信號(hào)的自動(dòng)灌裝機(jī)判斷為非法闖入，彈出報(bào)警框提示處理。 | |
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