1主电机控制
1.1主电机控制的主要控制原理
主电机主要是通过变频器控制,其控制原理框图如图1所示,从图1可以看出,主电机有灌装和清洗两个运行速度,灌装速度通过PLC中的模拟输出模块控制,清洗速度由变频器参数设定,运行模式由PLC给出。

1.2主电机的主要控制要求
在变频器中设置最高转速,第2转速(清洗速度)等变频器的必要参数。在人机界面上设置主电机运行页面,包括运行状态(灌装/清洗)、主机开、关,灌装速度,产量计数。主电机的运行受开机按钮、关机按钮和人机界面设置按钮的双重控制。
1.3旋转编码器的选择
选用增量型编码器,分辨率为300,通过A、B项加Z项复位计数,对于24头灌装机,计数数据进行双倍频处理,计数25为一个灌装回转工位周期。
1.4设备零位和绝对零位
对于旋转编码器,每旋转一周,给PLC发送300个脉冲,通过Z相发给PLC一个复位信号,使PLC中高速计数器从1计到300后复位,我们把300称之为绝对计数零位。
对于每台灌装机,把1号灌装阀对准入瓶口,计数器复位开始计数称之为设备计数零位。在实际控制中,由于编码器安装的位置是一个变数,因此,不同的设备,绝对计数零位不同。对于每一台设备,需要进行设备零位的设置。
1.5设备零位的寻找和设定
点动设备,使1号阀对准入瓶口,将高速计数器C的数据传入寄存器C1中,寄存器C2=300-C1,寄存器C3=C-C1(C≥C1)或C3=C2+C(C<
C1),C=C1时,C3=0为设备零位,C3随着C的变化,从1到300周期性的变化,寄存器C3即为设备运行周期寄存器。建议将C3的数据显示在人机界面上,设备运行、调试比较直观。

2称重控制器的定量控制方案
如图2所示,是两组利用称重控制器称重计量的控制原理图。采用称重控制器控制各个灌装阀的灌装,对于回转运动的灌装料缸、灌装阀、称重平台等的接线简化了难度。

图中AB1为控制器A1的称重传感器,Y1为对应灌装阀的快速开阀灌装电磁阀,Y2为对应灌装阀的慢速开阀灌装电磁阀,IN1开始灌装信号(脉冲),IN2为强制关灌装阀信号(脉冲)。它们组成一个完整的控制系统。通过RS485对控制器进行参数设置、配方选择等。
2.1碳刷滑环的设计要求及接线方法
灌装料缸、灌装阀、称重平台等是回转运动,灌装称重过程均在回转运动中完成,根据图2所示,控制器的控制信号线、电源线要通过碳刷滑环连接。
碳刷滑环的碳刷引线,如表1所示,碳刷引线共9根,其中B1、B2为控制器A1、A2等的供电电源,B3、B4为灌装开阀汽缸提供DC24V电源,B5为控制器A1、A2等提供开阀信号,B6为控制器A1、A2等提供强制关阀信号,B7为备用,B8、B9是RS485的连线。
分段滑环解决简化接线问题,由于灌装机有24个灌装头,因此,输入信号需要48个,利用分段滑环B5、B6等份为24段,结构示意图如图3所示,分别接在24个控制器的IN1和IN2上,进行灌装开阀和强制关阀。

值得注意的是,滑环导体之间的间隔距离必须大于碳刷宽度,否则,无法将信号分开。通过表1和表2的接线,巧妙的解决和简化了控制器的接线问题。
2.2控制器的要求
称重控制器必须具有很强的抗干扰、抗震动能力,提供一种常用的通讯协议。自动零位跟踪、上电自动清零、取皮。对控制器的所有参数、配方参数和配方选择,快/慢加料及快加料百分比设定等能通过上位机调整。输入IN1定义为灌装开阀开始脉冲信号(PNP),该信号的输入,自动取皮称量,开始快加料(Out1=1、Out2=
0),达到设定百分比后慢加料(Out2=1、Out1=
0),达到定量后,关阀(Out2=0、Out1=0),如果在未达到设定量,IN2有信号,关阀(Out2=0、Out1=0)并报警,上传到PLC。在人机界面上设定,通过PLC控制,从RS485总线发送信号,对任何灌装阀进行开阀和关阀,手动定量灌装功能,对任意一个灌装阀进行称重定量灌装。
2.3称重的控制
机器运行周期,前面讲过,灌装机每旋转一周,编码器计数600个,每个工位25个数,即为一个机器运行工位周期。
根据PLC的编程指令,高速计数器的值等于24个数据范围,对中间寄存器输值,这个中间计存器便产生周期性变化。如:10+K×25≤C0≤15+K×25(K=0,23)成立,令M0=1,M0在程序运行中,随着C0的变化周期性的规律变化。灌装的控制,检测到一个瓶子进来,根据机器周期移位n位,n为检测瓶子到灌装初位的工位数。根据第n位的状态,通过PLC的DO1进行输出,控制无瓶不开阀。只要机器运行,通过DO2输出强制关灌装阀。

2.4称重控制器的调试方法
控制器的参数设置,对于每一个控制器,均要进行参数设置,包括控制器地址、常用称重量,程、快开阀比例值等参数的设置,通信功能的调试。建立称重测试实验台,利用灌装阀、称重托瓶机构建立称重测试实验台,对每一个控制器进行测试,调试到满意的效果后上机调试,降低上机调试难度,提高整机调试速度。
上机静态调试,通过通讯总线,在机器停止情况下,对每一个灌装阀进行定量灌装调试,调试出快开阀、量程参数,记录数据。上机动态调试,动态上机调试是称重调试的最后一步,必须在前三步调试完成后进行。
2.5灌装罐内残留物料的回收
灌装结束后,灌装罐内有剩余的残留物料,清洗之前进行回收,减少浪费和环境的污染。在灌装称重画面,设置物料回收按钮,选择该按钮后,回收槽汽缸动作,灌装入口不再进瓶,液位控制关闭,进料阀关闭。PLC根据旋转编码器的运行位置,判断灌装阀的开闭状态,通过总线传送给控制器进行开和关灌装阀。

3PLC进行称重定量的控制方案
如图4所示,PLC为控制核心,称重传感器通过放大器将信号转换成4-20mA的标准信号,经过PLC处理,控制灌装阀的快灌装和慢灌装,达到称重控制灌装。本方案的主要缺点是PLC处理的数据量比较大,要求PLC运行速度、A/D转换模块精度采样周期高,对于一台设备,需要双PLC控制,软件编程工作量大,优点是接线简单。

碳刷滑环的设计要求及接线方法相对控制器方案比较简单,如表3所示,碳刷滑环的碳刷引线共6根,其中B1、B2为PLC等的DC24V供电电源,B3为无瓶检测信号,B4为备用,B5、B6是PLC与人机界面的RS485通讯连线。

4灌装机液位控制(灌装过程)
4.1灌装机液位控制原理
在灌装过程中,料缸液位的稳定,可以提高灌装称重定量的精度。液位探测器采用电容式直杆连续检测和限位探头。含有抗冷凝屏蔽管,对物料粘结补偿能力,使探头在粘结严重场合下亦能维持稳定,精确的开关点,无需对其进行清洗或重复标定等优点。
控制器采用模拟量输入输出模块,其原理如图5所示,物料进料控制采用气动薄膜阀,通过气电转换器A2控制物料的进量。
4.2液位控制要求

在人机界面上建立液位探测器的参数设置画面,设置液位探测器上下限位值,设置值、测量值。模拟量输入输出模块的参数表,PID调节设置参数,电流输出显示,采样次数,输出频率等的设置,根据该模块的技术数据的要求进行编程。
5结束语
称重式定量灌装是一个发展方向和趋势,称重控制是一个完整复杂的控制系统,对于各种回转式灌装机的称重控制有不同的要求,不是一篇两篇文章能够解决的,在具体的实现中,需要解决很多实际出现的问题,本文只是对控制原理进行了论述,仅供参考。

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