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步进电机在液体灌装机中的应用
日期:2022.09.26

摘要:液体灌装机通过螺杆旋转的圈数多少来达到计量的多少,为了达到计量大小可调和提高计量精度的目的,要求螺杆的转速可调和位置定位。

自动填充机通过螺杆旋转的圈数多少来达到计量的多少,为了达到计量大小可调和提高计量精度的目的,要求螺杆的转速可调和位置定位准确,采用了步进电机控制螺杆的转速和转数,不仅简化了机械结构,而且使得控制非常方便。在不过载的情况下,步进电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响。步进电机与螺杆采用直接连接的方式,结构简单,维修方便。值得指出的是,如步进电机的过载能力较代,当轻微过载时,就会出现相当大的噪声。因此,在计量工况确定以后,就要选用较大的过载系数,以保证步进电机平衡工作。

自动灌装机利用计算机实现人的视觉功能,机器代替人眼来做测量和判断,利用光电成像系统采集被控目标的图像,经计算机或专用的图像处理模块进行数字处理,根据图像的像素分布、亮度和颜色等信息,进行尺寸、形状、颜色等的识别。这样就把计算机的快速性、可重复性与人眼视觉的高度智能化和抽象能力有机结合起来,大大提高了生产过程检测的柔性和自动化程度,节省大量的人力,提高检验效率和确保产品质量。

灌装系统根据生产要求,当生产线上需要投送某物料时,生产工人按下对应工位上的控制按钮,通过一种基于INTERBUS现场总线的通信模块,发送该物料的名称、工位号、数量等信息到LED大屏幕显示屏,同时启动音乐铃声并点亮工位和灯箱上对应该物料的指示灯。仓库工作人员得到信息后,按下灯箱指示灯下面对应的按钮应答,则灯箱上对应该物料的指示灯熄灭,表示信息确认已开始投料。总线控制器根据确认的信息,将工位按钮上方的指示灯由常亮转为闪亮状态,表示该物料正在投送中。当物料到达呼叫的工位后,操作人员恢复按钮断开状态,指示灯熄灭,表示该物料配送过程结束。

称重灌装机由S7-200PLC及称重仪表ICS241和灌装电磁阀组成,PLC使用RS232C通信口与称重仪表连接,通过通信采集、处理重量数据,以及发送去皮信号使仪表去皮。在定量灌装模式下,PLC作为主控器接收来自称重仪表的数据,对数据进行处理后发出一系列的控制灌装机动作的信号,使灌装机完成定量灌装。PLC通过RS232C与称重仪表通信,两者之间是无协议通信。PLC与称重仪表的串口通信参数需设定一致。称重仪表通过RS232C口连续向外发送数据,称重仪表一直不停地连续向外发送,保证串口的数据与仪表的数据同步。

称量灌装机只需将相同规格的桶整齐摆放在指定位置,采用PLC可程式控制器制作,两段式大小料自动灌装方式,具自动判别空桶功能及空秤不灌装功能,控制器配置了所有动作的手动按钮,双窗口显示专用灌装控制仪表,可显示目标量、灌装量、桶数、时间日期等信息。自动灌装机还包括前称重模块、复秤系统、LMC系列运动控制器、LXM系列伺服驱动器及伺服电机、上位机监控系统等。利用伺服电机实现转子泵行程控制,进而实现灌装量控制。灌装前,由前称量模块获取空桶重量,灌装后由后称量模块获取灌装重量,并将其传送至称重仪表,称重仪表会实时外理灌装数据得到重量偏差,灌装算法计算出控制大料量,称重控制系统会将控制量发送给伺服驱动器,驱动二次转子泵执行小料量提前关闭再控制小料灌装阀,上位机通过以太网与称重仪表相连实时读取灌装数据,可设定工艺参数监控生产线运行情况。在灌装完成压盖后驱动其抓取机械手装置精确定位到指定单元,在物料台上抓取灌装桶输送到指定地点然后放下。通讨伺服电机驱动机械手,利用PLC的高速脉冲输出功能,通过PTO编程实现机械手的准确堆垛控制。当给步进电机一个电脉冲信号,步进电机就转过0.9度;给两个脉冲信号,步进电机就转过1.8度。以此类推,连续给定脉冲信号,步进电机就可以连续运转。由于电脉冲信号与步进电机转角存在的这种线性关系,使得步进电机在速度控制、位置控制等方面得到了广泛的应用。步进电机的使用至少需要三个方面的配合:

(1)电脉冲信号发生器,按照给定的设置重复为步进电机输送电脉冲信号,目前这种信号大多数由可编程控制器或单片机来完成;

(2)驱动器(信号放大器),除了对电脉冲信号进行放大、驱动步进电机转动以外,还可以通过它改善步进电机的使用性能,事实上它在步进电机系统中起着重要的作用,一般一种步进电机可以根据不同的工况具有多种驱动器;

(3)步进电机,有多种控制原理和型号,现在常用的有反应式、感应子式、混合式等。进电机的速度控制是通过输入的脉冲频率快慢实现的。当发生脉冲的频率减小时,步进电机的速度就下降;当频率增长时,速度就加快。还可以通过频率的改变而提高步进电机的速度或位置精度。步进电机的位置控制是靠给定的脉冲数量控制的。给定一个脉冲,转过一个步距角,当停止的位置确定以后,也就决定了步进电机需要给定的脉冲数。在填充机控制中,给定脉冲数的多少,还与机构的参数有关,例如螺杆的直径等。在灌装中很多情况下需要控制执行机构的运行速度和运行位置,以前都是通过机械或其他方式来完成的,机构复杂、调节不易。改用步进电机后,不仅能使液体灌装机结构变得简单、调节方便、可靠性增长,而且精度会得到很大提高。

多工位液体灌装机
液体灌装机基于单片机、射频卡及网络集成技术的现场管理、控制系统,可以对物料灌装进行实时有效的控制。实现对灌装重量的实时检测和灌装过程电磁阀的实时开闭,数据上传进行有效的微机化管理。
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