水传感器在液位灌装控制的应用

2017-02-28钟健威

流程工业 2017年1期

文/钟健威

水传感器在液位灌装控制的应用

文/钟健威

液体类的灌装在食品方面需求很广——本文介绍了一种以水传感器作为检测元件，以统一灌装液面为标准的灌装装置。此装置的主要成分是以水为被检测介质，通过PLC控制来实现液位灌装。通过水传感器实现液位定位灌装，不仅使灌装液位达到统一的水平位置，而且简化了灌装机的结构，减少了机器后期的维护成本。其整套设备的制作成本只有流量灌装和称重灌装的30%，是一种值得广泛推广的新型智能灌装方式。

液体类的灌装在食品方面需求很广。目前主要是通过容积定量来实现，主要包括流量灌装和称重灌装。但实际上，用于灌装的瓶子会存在精度误差，特别是玻璃瓶尺寸公差大，导致瓶内容积相差较大，同样体积或重量的产品灌装到瓶后，表现出来的液位是高低不平的，不仅让消费者觉得产品档次低，更有甚者会认为生产厂家短斤缺两，从而影响产品销量。对于透明的容器，为了让里面的液面均匀一致地呈现在货架上，从而提出液位定位灌装的要求。

图1 灌装机液位灌装示意图

液位定位灌装原理及其结构

液位灌装是一种能够在灌装液体到达指定液位后，精准关阀停止灌装的装置。由传感器和执行机构组成，通过PLC控制实现准确开关阀。如图1所示的4.5 L瓶型的旋转式液位定位灌装机，其整个动作过程是：当空瓶子到达灌装工位下，马上打开灌装阀，当灌装液面到了设定的高度后，触发液位传感器发出信号关闭灌装阀。

传感器和灌装阀组成一套液位灌装部件。首先在传感器方面，要求能精确地检测到液位到达的位置，而且不能受到灌装产生的水花以及液体灌装时产生的泡沫的干扰。其次在执行机构上，要关阀快速，达到液位准确。因为液位定位灌装无需将灌装阀伸进瓶子，灌装进瓶口的水柱需要达到不发散、集中和限流的效果。所以灌装头采用锥形管，管型上大下小，并在管路出水口中间加限流和滤网。

液位定位灌装装置控制方法

传感器的选型：为了达到高速灌装，采用底部进水的压力灌装方式。但这样会在灌装过程中，导致瓶子内部出现大量水花，从而增加对液面到达准确液位的干扰。经过多次的实验测试，德国劳易测电子（Leuze electronic）公司的一款检测水传感器能够达到检测效果。劳易测电子公司的水传感器配备特殊的光源，该光源对水分子异常的敏感，只要被检测的溶液所含的水分子足够多，就可以利用该传感器来检测。且传感器本身全不锈钢外壳及IP69K的防护等级，也非常适合于食品饮料行业应用。传感器的性能参数如表1所示。

灌装阀的选型：由于是带压力灌装的，故需要灌装阀的反应速度非常快。而且瓶子外形在靠近瓶口位置明显收窄，为了防止灌装到最后水会溅出瓶口，灌装阀采用二级阀隔膜阀，在提前到达目标液位位置时，减少灌装阀的流量以控制灌装精度。

液位定位灌装的控制：首先，为适应不同的瓶型和灌装水柱，该水传感器一共有4个档的光强输出，选择正确的传感器光强度档位，可以有效提高灌装的准确性。其次，传感器的安装位置如图2所示，尽量避开瓶口灌装水柱的位置，以减少传感器的误判。最后，通过PLC在程序方面完善两级隔膜阀的开关时机，就可以实现准确的液位控制。