摘要 本文叙述了回转式灌装机电气控制的组成，绝对零位和设备零位的概念，探讨了称重控制的方法，全面论述了通过控制器进行称重控制的原理和解决办法。
关键词 灌装机 回转式 称重传感器 称重控制器
Xian Hwasun Packaging Technology Research Institute
ZHANG You-liang 710014
Abstract: The article introduces the structure of rotator canned machine, and it include a reference of the concept of absolute zero and machine zero, a method of weighing, and that discuss the method of weighing controller with the weighing controllers. A perfect solution and control theory with the weighing controllers is given.
Key words: canned machine, rotator, weighing sensor, weighing controllers
回转式灌装机的灌装定量有多种形式，常用的有注塞式、容积式、液位式、称重式等多种方式。随着控制技术的提高，称重传感器技术的成熟，称重式定量灌装是回转式灌装机的发展趋势。称重式定量灌装很好的解决包装计量不准确的难题，提高了包装定量的精度。
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号灌装阀在入瓶口，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为对应灌装阀的漫速开阀灌装电磁阀，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
图2 称重灌装原理图
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。
表1 碳刷接线表
图3 分段滑环结构示意图
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/漫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。
表2 B5、B6中的IN1、IN2的接线表
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、称重托瓶机构建立测试称重测试实验台，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。
3.PLC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，对于一台表3 PLC控制方案的碳刷接线表
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，其原理图如图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，需要解决好多实际出现的问题，本文只是对控制原理进行了论述，仅供参考。
