引言

填充机与机电产品的通讯功能，实现了传动电机与拉花电机在触摸屏上直接启/停与调速，实现了伺服与主电机之间的速度跟随。使得操作人员的操作直观方便。利用伺服的PR模式（内部多段位置模式），将客户机械拉花变成电气控制，拉花的距离和速度可由最终用户在触摸屏上调整。使得客户的拉花花型调整变的便利灵活。大大提高了生产效率。

填充系统通常主要由4个部分组成：

（1）主传动部分：主传动采用间歇式减速箱输出带动链轮传动，带动瓶子板进行逐工位物料瓶子，主传动电机2.2KW,采用变频器调速控制，减速箱的减速比为30：1，主电机转30圈减速箱输出1圈，瓶子板移动一个工位，之后减速箱会有一个约1.5秒的空行程，留给各个工位进行各种工艺动作。主传动采用的变频器用485方式采用标准MODBUS协议和PLC通讯，改变了原先用开关量控制的方式，这种控制能够在触摸屏上直接进行启停控制和调速，多种状态监视等。省却了通过模拟量或者外接电位器控的烦琐，外部接线只要两根屏蔽线就好了，内部编程因为全部采用电气产品，只用一读一写两条指令就行了。简单稳定。

（2）灌装部分：灌装部分由十几个直线排列的灌装工位组成，执行不同的由相应的气阀控制，PLC接受主传动编码器传送过来的角度信号（360线，对应一个瓶子周期），ES系列PLC是整个机器的控制中心，根据设定的角度值控制阀的开闭。

（3）液体有平杯和蛋筒之分，拉花指的是蛋筒部分，平杯无须拉花。液体拉花部分主要功能是将灌装好的液体浇上样式好看的奶油，拉花控制主要控制两个部分，一个是不停旋转的拉花电机带动拉花头旋转浇奶油，另一个是带动拉花头做升降运动的部分，国内大部分厂家都是采用机械凸轮结构，当花型需要改动的时候，只有更换不同形状的机械凸轮，这样就会大大影响机器的生产效率。拉花是液体制作中很重要的一个部分。拉花头的造型，拉花旋转电机的速度，拉花升降位置的精确度和速度，这三大要素直接影响了花型的美观程度。其实升降部分主要控制的参数有两个：每段速度和每段拉花距离。即单位距离和单位速度可调，所以拉花旋转电机亦是采用变频器进行控制和采用A系列伺服来完成这项工作，在触摸屏做了8段相对应的速度和距离设置画面，利用A系列伺服的PR模式，通过PLC给伺服的三个开关量组合启动每段距离，速度通过通讯方式给定。用户在调节好每种花型的参数后，可通过屏的配方功能进行保存，下次使用只需调用出来就好了。

（4）温控部分：灌装机有三个地方需要进行温度控制：配料，混合，加热。均采用大功率加热管，K分度热电偶温度检测。温度上限为300度。如果采用PLC上控制温度，必须要加上温度检测或者控制模块。这些模块通常价格不低，需要在主机编程。从经济角度和互换性角度考虑，采用了温控器。

灌装系统设计

自动灌装机是主称重本身构成的称重闭环灌装，当设置确定后，通过闭环调节作用，消除扰动的影响，使的称重稳定在设定值上，主称重闭环自动灌装机属于恒值自动灌装。第二个闭环自动灌装机其输入量是经过检测与变送后的称重信号与比值系数的乘积。灌装机由副控制器、泵变频器、硫酸泵以及检测点变送器等组成，灌装机对涂料罐装生产流水线控制的硬件和软件方面进行了设计。其中硬件设计部分包括FX2N-32MRPLC外部电路的设计与安装；软件部分包括程序的设计与调试。根据实现要求对PLC、电动机、称重模块、继电器等外部设备进行选择型号。设计完成的涂料灌装生产流水线能够实现以下功能：

（1）通过开关将=设为自动操作模式，一经启动，则传送带的驱动电机启动并一直持续到停止开关动作或待涂料桶传送至灌装机下时停止运转；桶子装满涂料并上了盖后，传送带驱动电机必须自动启动，并保持到下一个涂料桶被传送至液体灌装机下或停止开关动作；

（2）当桶子传送并定位在液体灌装机下时，停1s，液体灌装机开始工作，对于大桶灌装8秒钟，小桶则5秒钟，灌装过程完毕后对涂料桶进行上盖操作，上盖时间约为2秒钟。整个灌装和上盖过程应设有报警显示，待上盖完毕后不再显示报警；报警方式为红灯0.5s间隔闪烁；

（3）包装过程，对于小桶：40桶为一大包，30桶为一中包，20桶为一包装；对于大桶：20桶为一大包，15桶为一中包，10桶为一包装；

（4）能够实现对生产产品进行自动记数并可以手动对计数器清零。

灌装控制工艺分析

（1）计量灌装机保证主机和伺服的电气零位和机械零位一致。

（2）灌装的起始与关闭通过编码器的角度信号控制，可在触摸屏上设定。

（3）伺服跟随主机运转，运转位置和速度由触摸屏上人工调整。

（4）主机速度能在触摸屏上调节。

（5）生产计数控制功能。

硬件体系结构设计

称重灌装机是由三菱fx2nc系列plc、、变频器、计量螺旋、电磁自动灌装机等组成。

(1)三菱fx2nc系列plc：fx2nc系列plc具有很高的性能体积比和通信功能，可以安装到比标准的plc小很多的空间内。i/o型连接器可以降低接线成本，节约接线时间。i/o点数可以扩展到256点，最多可以连接4个特殊功能模块。

(2)耐腐蚀泵：硫酸属于腐蚀性介质，输送泵必须采用耐腐蚀泵。本定量灌装机采用ihf6550-160型氟塑料离心泵，泵进口直径65mm;出口直径50mm;叶轮名义直径160mm;转速2900r/nin，称重25m3/h;扬程32m;电机功率5.5kw。硫酸泵采用变频调速。对于泵类设备，应选用水泵类专用变频器。ihf6550-160型氟塑料离心泵的驱动电机功率为5.5kw,选用西门子公司mm430型水泵专用变频器，该变频器带内置a级滤波器。

(3)西门子变频器：粉体在螺旋内的流动速度是由电机编码器输出脉冲来间接计算的,如果电机转速稳定性不好,将影响计量螺旋的正常工作。为此,采用德国西门子公司mm440型矢量控制变频器，电源电压380vac，额定输出功率5.5kw，额定输出电流13.2a。为了稳定螺旋轴的转速并计算粉体流速，称重灌装机采用带速度编码器的矢量控制方式。变频器需要增加脉冲编码器脉冲处理模板(简称编码器模板)和编码器。

(4)计量螺旋：氯化钾是粉粒状物料(简称粉体)。计量螺旋是对粉体进行输送、动态计量和称重控制的设备。本设计采用计量螺旋(螺旋电子称)。

(5)电磁自动灌装：广泛用于测量导电的液体和液固两相流体的体积称重，测量结果与流体的温度、粘度、密度、压力及液固成分比无关，电导率在较大范围内变化时也不会影响测量结果。因此，只需经普通水标定后，就可以用来测量其他导电性液体或液固二相流体介质的称重。

系统调试

1零点调试

目在初始调试的时候，没有做主机找零，结果调试的时候发现，机器运转的时间稍长，编码器的角度就和机械的位置对应产生累积偏差。为此，在程序中加上找零的一段，开机先找零，通过编码器的信号（中断采集）清零，因为零点和机械位置是始终对应的，所以不论数值偏了多少，每一圈零点都能将其纠正过来。伺服也同样存在位置偏移的问题，所以将伺服的零点设置在机械位置的最高点。开机即找到此零点。伺服与主机零点对应的机械位置是变化的，因此伺服在找完零点后立即反向找与主机零点位置的对应的起始位置，这个位置是由客户在屏上设定，这期间主机禁止运转。

2主机限速

主机和变频器之间采用通讯连接，因伺服跟随主机运转，速度有倍数关系，因此主机在满足客户生产速度的前提下做了限速处理。

结束语

项目已经通过调试，灌装系统的功能完全达到要求。项目充分展示了电气产品在包装行业机电一体化应用的技术能力。