1引言

自动灌装机是一种自动包装液体的一种机械自动化设备。液体储存在成品容器中，一般通过重力的方式被灌装到要包装的目标容器中。以自动包装的液体为膏体举例说明，要把食用装到空瓶中。首先空瓶通过输送带被输送到末端，然后进入到自动灌装机中，第一道工艺为空瓶内壁清洗位，通过电磁阀打开冲水机构，向瓶中高压灌水，延时一定时间后；液体灌装机回转本体电机旋转，进入下一个工位一烘干/消毒位，烘干电机运行把空瓶烘干，并且使用高温加热器进行消毒；然后进入下一个工位进行自动称重、灌装，通过重力方式，把膏体灌装到空瓶中；然后进入封盖/贴标位，动作完成后剔除下线，进入满瓶输送线，输送至末端，由装箱机械手抓取，把满瓶的膏体进行装箱，这样就完成了一瓶膏体的加工过程。

灌装生产线是集自动清洗、自动烘干/消毒自动称重灌装、自动封盖/贴标剔除、装箱等工艺一体的自动化技术控制系统。具有系统运行稳定，可靠性高，故障率低等特点。

2系统总体方案设计

2.1灌装机控制工艺分析

基于灌装系统控制功能及工艺的分析，系统由输送电机用来驱动输送带的运行；回转机构电机为单向旋转，旋转过程中会触发每个工位的位置信号，从而可以判断回转机构所处的位置；烘干电机为固定安转，起到对空瓶进行烘干的作用4整套系统的工艺动作流程如下：空瓶经由输送带被输送到旋转分装机处，在输送带的末端安装有一个检测开关用来检测空瓶是否到位；如有空瓶，分装机完成一个循环回到了初始位，即自动清洗位，则输送带运行把空瓶输送到灌装机中，同时遮挡到位光电开关；如没有空瓶，则输送带一直运行，直到把空瓶输送到末端。

当空瓶进入到灌装机后，灌装机中装有一个检测开关检测空瓶到位，当检测信号为ON，认为空瓶已经就位可以进行下一个时序的操作。随后打开清洗阀放高压清水对空瓶进行清洗，延时一段时间后，清洗动作完成，灌装机开始旋转，进入到烘干/消毒工位；

当定量灌装机由清洗工位转至烘干/消毒工位后，烘干/消毒工位检测传感器信号为ON，打开供干电机对空瓶进行吹干，同时打开高温加热器，延时一段时间后，吹干/消毒动作完成，分装机开始旋转，转到灌装工位进行膏体的灌装；

当称量灌装机旋转至灌装工位时，当称重结束后，打开卸料阀，开始对空瓶进行灌装，由于是重力控制膏体流入空瓶，空瓶体积一定，所以使用延时时间控制空瓶是否装满，延时一定时间后，空瓶装满，灌装机开始旋转，转到封盖/贴标工位；

当计量灌装机到达封盖/贴标工位时，首先打开封盖阀使用气动方式带动封盖机构对满瓶膏体进行封盖，同时对其进行贴标，动作完成后，在灌装机侧面安装有一个剔除气缸，剔除阀得电，带动气缸把灌装好的满瓶膏体剔除出去，剔除后再次旋转至初始位等待下一个空瓶的进入，完成下一个循环的动作问；

当满瓶膏体被剔除到满瓶输送带上时，沿着输送带前进，输送到尾端时，装箱机械手动作，把满瓶膏体抓取码放到空箱内，至此完成了一瓶膏体的生产过程。

2.2自动称重部分

自动称重是整个灌装系统的核心，整个称重部分主要由2部分组成：

第一部分是中下部的称重料斗，这个料斗采用悬挂式安装结构。和上方连接处有2个称量模块，用来检测料斗中的重量，如果重量达到了包装要求，则系统自动打开落料阀门机构，经过一定的延时后，阀门关闭，上方继续向料斗中放料；

第二部分是位于最上方的送料机构，上方锥形部分内是加工好的，最下放是自动送料装置，由伺服电机驱动。如果下方料斗中的被放空或没有时，控制器控制伺服电机把自动送料的机构打开，当料斗中的即将到达包装重量时，伺服电机把送料机构关小，并不完全关闭，经过一定的延时时间后，伺服电机高速的把送料机构完全关闭，完成一次的自动称重。

上面介绍的控制过程是一个非常典型的闭环填充系统。采用尤尼帕斯F701自动称重控制器，通过采集称重模块反馈回的重量值控制伺服系统，自动的对送料机构的开度进行调整。当称重结束后，把称重完成联锁信号传递给灌装机PLC系统，PLC检测是否有空瓶运行到灌装位，如果运行到位，则把空瓶到位联锁信号反馈给称重灌装系统，称重控制系统会控制落料阀门机构打开，对称重完成的进行灌装。

2.3系统控制方案的选择及要求

选择PLC对自动灌装机进行控制，灌装处理的液体是食品级的，故灌装机自动化设备系统应该满足清洁等级需求；整套灌装设备的生产能力应该满足工厂的需求；该套自动化设备应该容易维修维护，并且故障率低；整套设备的电气系统程序友好，便于用户操作使用；设备的动作流程连贯，能够最大限度的节约时间。

2.4系统硬件电路设计

根据自动填充机工艺流程进行有效的电气元件选型确定自动分装机的主控原理中，SB1和SB2分别作为系统的启动按钮和停止按钮来控制整个系统的启动和停止；H1-H4为分装机体回转机构各个位置的检测开关，系统根据机体所在位置进行每道工艺的执行；SG1为检测空瓶的超声波接近开关，PLC收到称重传感器发来的信号控制输送带电机的运行状态；KM1-KM3为输送带电机、灌装机体回转电机、烘干电机的控制接触器，接收PLC发来的命令控制触点的吸合和断开，交流接触器采用24V供电线圈，可直接接在PLC的输出点；YV1-YV4分别为本控制系统的各个电磁阀，同样接收PLC发来的控制命令，线圈为24V供电。

2.5系统程序设计

PLC程序设计(部分)分析如下：网络4和网络5是当空瓶进入到初始位后，打开清洗阀对空瓶进行清洗部分的程序。系统运行后M0.0接通，当灌装机机体回到初始位时，I0.2信号为ON，延时2S后，输送带把空瓶输送到灌装机机体中，空瓶到位信号I0.7为ON，满足以上条件后，会出现一个上升沿，置位Q0.3，清洗阀打开，对空瓶进行清洗。当清洗阀打开5S后，定时器T41接通，复位清洗阀QO.3。

当自动运行时，清洗阀的动作程序，当系统处于停止状态时，可以通过触摸屏上的手动清洗电磁阀按钮来调试，按下该按钮，清洗阀动作，释放该按钮，清洗阀复位。网络10和网络11为卸料阀的动作程序.当灌装机机体旋转至灌装位后，即0.4信号状态为ON此时空瓶到位信号I0.7一直为ON，满足这些条件后，会触发卸料阀开始卸料，对空瓶进行饮料的灌装，当卸料阀打开2S后，时间继电器T43接通，复位卸料阀Q0.4。

当系统停止时，可以通过触摸屏上的手动卸料电磁阀按钮来对卸料阀进行调试，按下该按钮时，卸料阀动作，释放时，卸料阀复位。

根据系统的工艺流程，使用触摸屏编写了人机交互的程序，系统的启动运行程序界面，在该界面能够看到PLC的输入信号和输出信号的状态变化，调试系统时，可以观察该界面进行PLC的接线校对。在界面的下方，可以按下启动按钮，和操作面板上的启动按钮作用相同，当工艺要求停止系统时，也可以在该界面按下停止系统按钮，和操作面板上的停止安妮作用相同，当点击运行监控界面按钮时，会跳到另外一个界面。

本系统的监控界面在该界面同样可以启动或停止系统，也可以在系统停止时，通过左侧的手动测试按钮区对系统的冬个组成部分进行调试测试，按下相应的按钮，系统会执行相应的动作。

在屏幕的右上方，能够观察到本系统已经生产的成品数量，当每个班组交接班时，可以按下计数清零按钮对显示的计数进行清零。

在屏幕的右下角，能够监控到本系统的当前故障，如果发生故障，在该文本框中会有相应的提示，当处理完故障并解除报警后，该文本区内容会清除。

3结束语

本研究目前尚处于理论方法探索阶段把考虑成流动性稍好的粘稠液体，认为其在一定的时间内的流速和流量是固定的。把称重好的放入空瓶中是采用延时，即落料阀门完全打开后经过一定的延时时间后，认为完全掉落在空瓶中。

本研究结合PLC、光电开关、交流接触器和电磁阀初步实现了对旋转型灌装机的系统控制，同时使用仿真软件验证了PLC程序的正确性。但是所有的研究成果均处在探索阶段，对于的物理特性变化考虑不够周全，对于灌装机的各个位置检测应该增加限位开关进行保护避免系统飞车。下一步的研究工作应该围绕着上述提到的问题进行研究探索，并且把灌装的物理对象进行扩展。