PLC在灌装旋盖机上的应用

2016-08-09杨粤东

大科技 2016年31期

关键词：蠕动泵灌装液体

杨粤东

PLC在灌装旋盖机上的应用

杨粤东

（汤臣倍健股份有限公司）

本文采用PLC原理进行编程控制，对液体灌装旋盖机用单片机控制元件动作的控制方式改造，达到缩短生产时间、减少维修及调试的工作量，更好的提高产品质量及更为稳定的生产效率。

液体灌装旋盖机；步进电机；PLC；梯形图；霍尔开关

1 引言

公司一台KBGX系列微电脑液体灌装旋盖机，这台液体灌装旋盖设备工艺水平和生产能力仍存在一些缺陷和不足，需对其进行技术改造，以满足使用要求。

2 实际调试及生产中存在的问题

经设备厂家调试后，在实际生产就发现如下五个问题：

（1）单管分2次灌装，使液体产生大量泡沫装量不准确；

（2）液体灌满出瓶体，无法给下一工艺的贴标；

（3）气动旋盖不稳定，盖松紧度也就不稳定，使瓶子有漏油现象，并且旋盖头的硅胶磨损大，经常更换；

（4）生产能力为18瓶/min，无法加速；

（5）无法满足工艺要求，返工产品多。

经反馈至设备厂家以上问题后，通过设备厂商配合，提供不同配件进行模拟实验。

3 原因分析

经过仔细的调查，针对以上问题及其设备的原工作原理，分析其诱因如下：

（1）蠕动泵原理图如图1所示；通过蠕动泵的工作原理我们可以看到：单管分2次灌装，每次流量大并有脉冲，使液体产生大量泡沫，装量不准确，是由于单片机控制，只能控制两台蠕动泵，从而影响了生产量的提高。

图1 蠕动泵原理图

（2）在灌装过程液体灌满会溢出瓶体上，无法给下一道工序贴标。并且由于灌装到瓶颈部才20mL符合生产要求，蠕动泵是单管每台一次要完成10mL以上，灌装量大并有间隔脉冲将会产生大量泡沫使油满出瓶。

（3）气动旋盖不稳定，盖松紧度也就不稳定，使瓶子有漏油现象，并且旋盖头的硅胶磨损大，常要更换。主要由于空压机是在0.4MPa起动，在0.6MPa停止，造成气压不稳定旋盖不紧；从而导致产品的气动旋盖松紧度差异大，部分瓶子存在有漏油现象，且旋盖头的硅胶磨损大，更换频繁。

（4）由于蠕动泵灌装的缺陷，在保证产品质量的情况下，无法增加产量。

（5）由于其感应采用光电感应，并且灌装油体对光电感有损坏作用，导致出现误感应，更因为控制部分是单片机，其抗干扰能力差、不可扩展性编程、并且电路板多、布线复杂造成的稳定性差的原因。从而导致此设备在目前的情况下无法满足产品的工艺要求，且产品质量参差不齐。

4 改造解决方案

4.1 针对两台蠕动泵在单管运作时会产生一个脉冲流

采用了斯派莎克公司生产的505L低脉冲、高精度蠕动泵头“双Y”双管分流，电机采用华兴数控的二相八拍混合式步进电机带驱动。在采用了以上技术改造后，设备得到了很好的改善：流动时几乎无脉冲。从而提高了产品装量且精度更为精确，精度可达至0.5%，液体在管中流动无脉冲，可以保障脉冲及精度问题。

4.2 蠕动泵增加到四台即一瓶油分四次灌装

同时增加一台真空泵，负责抽所灌装瓶内的空气（真空管道引至灌装瓶口处），其作用为：可实现快速灌装时加速排出空气。但由于受单片控制系统的限制。故采用了两套PLC进行自动控制系统其主要每个PLC都只有两个高精密控制输出端口，保障各电路、四台混合式步进行电机的正常运行，实现灌装旋盖机的加速。

4.3 光电感应器改为磁性的霍尔开关控制灌装

根据工艺流程及磁性霍尔开关的特点，并考虑到灌装控制的准确性前提下：将光电感应器改为磁性的霍尔开关控制灌装，方便提高精度、防止油损、减少维修量，提高工作效率。气动旋盖改为三相小型电机带动磁阻尼器旋盖。旋盖松紧度由磁阻尼器进行调节。

4.4 PLC的选型

由于PLC具有结构紧凑、基本性能、功能丰富、灵活通用、可靠性高、抗干扰能力强、容易扩展的特点。并根据工艺流程，我司所需使用的PLC必须符合输入7个开关量，12个输出量、而且需具备有4个高速脉冲输出点的要求。经过综合对比：三菱的PLC可编程控制器的12个输出点中就有四个高速脉冲输出点，它可以控制四台混合式步进电机，使灌装量得到进一点的提升。所用了两台三菱公司生产的KX1s-14MT型PLC可编程控制器。进一步实现了控制系统稳定性能增加，在产品质量得到保障的同时也提升了产品产量。

4.5 改造后液体灌装旋盖机PLC操作流程

合上电源PLC主从机的信息交换，启动（主机M3、从机M402）；（主机Y4）主电机转动和（主机Y5）振荡器起动开始自动理盖；同时（从机Y4）旋盖电动机转动开始自动旋盖，把瓶放入等分盘内，等分盘每转一格位设备主轴上的同步接触感应开头动作（主、从机X0）同步启动；瓶进行入1#灌装瓶位时，接触感应开头动作（X1），（主机Y0）输出高速脉冲信号，同时（主机Y2）输出正/反转信号，1号步进电机动作，蠕动泵开始灌装；瓶进行入2#灌装瓶位时，接触感应开头动作（X2），（主机Y1）输出高速脉冲信号，同时（主机Y3）输出正/反转信号，2号步进电机动作，蠕动泵开始灌装；3#、4#步骤在从机与主机类同。瓶进行自动循环状态，（M9）自动停止健。

5 效果对比

改造后效果对比如表1和表2所示。

表1 改造后效果对比

表2 设备的电路改造前、后产量50400瓶/批对照

设备购入180000元，改造试验时投入45000元，主要用于采购各种配件。经试用成功后，委托加工以90000元采购9台同类设备投入生产。就采购设备就为公司创造（180000-90000）×9=810000元；每月我公司生产药品7批计算，（1680-420）×7×12=105840元；并在生产过程中缩短了生产周期。