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液体灌装机机电一体化的设计
日期:2020.02.04

摘要:液体灌装机为了方便修正误差的需要,液位达到所要求的量值时自动停止输送及阀门关闭。将称重模块送来的信号进行放大,转换成称重信号成正比的标准电信号输出,以进行显示,累积和调节控制。

设计方案

称重灌装机设计采用电子秤来显示累计的灌装称重,通过计算机实现人机交互,来控制灌装称重的大小。其中每次灌装称重的大小及最终的灌装次数可以通过计算机界面认为的设定。计算机和灌装机之间的信号交互通过单片机及其接口实现。

液体灌装机原理

自动灌装机目前已广泛地被应用于工业过程中各种液体的称重测量,如各种酸、碱、盐等腐蚀性介质;各种浆液称重测量,形成了独特的应用领域。称量灌装机将称重模块送来的重量信号进行放大,并转换成称重信号成正比的标准电信号输出,以进行显示,累积和调节控制。

称量灌装机可以实现定量体积的灌装,用来满足修正灌装某些称重误差的需要,通过机械式或电子式的方法来进行高低液位的控制,可以控制电磁阀、泵等,从而来实现半自动化或者全自动化,根据选用不同的产品而不同。在自动填充机中阀门的启止是由电磁阀线圈的通断电来控制的,电磁阀是利用电磁铁控制流体的执行机构,广泛的应用于流体的开关控制中。

灌装控制过程

灌装系统的灌装动作是经过控制填充机的软件和硬件配合涞完成的,在填充系统设计的硬件基础上,称重仪表的信号经过称重灌装机的控制接口箱的控制、处理,再传递给计算,使操作员通过上位机的界面提示,发出各种灌装装置灌装命令,再经过称重灌装机的控制接口箱来控制灌装的各种动作,达到人们的预期灌装要求。灌装过程是通过计算机界面来控制的。计算机界面提供的控制量包括:每次的灌装量;灌装次数;被灌装流体的频率;灌装开始;灌装结束。

具体的灌装过程如下:当操作员按下计算机键盘上的F3键时,光标来到“灌装脉冲数”,输入每次灌装的灌装量(以脉冲个数形式输入,按脉冲当量计算可以得到灌装的容积),键入“ENTER”键后光标自动跳到灌装次数的输入位置,等待输入此次需要灌装的次数,待灌装的次数输入完毕,此时,此次灌装的参量已经设置完毕。按“开始灌装”键,灌装启止阀门开启,灌装工作真正开始,当达到灌装次数时,自动停止工作,灌装启止阀门关闭。或者在没有到达灌装次数时,如果不想继续灌装了,可以按结束灌装键,强制退出,停止灌装。此外,为了方便误差修正需要,还可以实现定量的灌装,即当达到所设置的灌装量后,灌装阀门自动关闭,停止灌装。完成这个工作过程需要控制的软硬件一起配合,实现灌装启止阀门的开启和关闭、计数器的脉冲累积计数及频率计数器中的频率读取。

逻辑控制功能设计

在灌装的控制中,灌装设备都离不开软件和硬件的相互配合,实现称重灌装机中的信号传递和逻辑控制,在此液体灌装机中也是一样。

此液体灌装机中,工作的完成需要灌装上位机和下位机之间的配合,实现称重灌装机各部件之间的信号交互传递。计算机的CPU和外围设备(电子地磅)之间有脉冲累积数据的传输,和灌装启止阀门之间有控制信号和状态信号的传递,所以利用计算机的EISA接口,设计一个计算机和液体灌装机之间的信号及数据传递的ESIA总线的PC机卡,实现上位机和下位机之间的数据传输和信号传递。为了抗干扰就要在其传递过程中设计抗干扰电路。在此的逻辑控制设计中,称重灌装机的上位机部分和液体灌装机的硬件设备之间的连接设计成一个控制箱来完成的,其间包括软件和硬件的相互配合实现逻辑控制,完成上位机和下位机之间的信号交互,产生灌装动作。在此灌装机中,信号有两个流向,一个是灌装设备发给计算机处理的信号,包括称重计发出的脉冲信号、灌装启止阀门的状态信号和定量液位信母。另一个是计算机发给灌装设备的执行信号,包括灌装开始信号、灌装结束信号以及灌装次数信号。这些动作由称量灌装机控制箱中的逻辑交互来完成。

称重灌装机的控制箱设计包括三块控制卡:信号输入、输出通道控制卡:ESIA总线控制卡;电源卡。这三块卡组合到一起完成信号的灌装启止阀门(开启和关闭信号)、地磅(脉冲信号)到计算机之间的传递。在液体灌装机中,利用可编程计数器/定时器8253来记录由防爆地磅发出的脉冲累积数以及所发脉冲的频率。因为所要求的灌装量不同,有时累积的脉冲数会很大,所以选择两片可编程计数器/定时器8253级连的方式。每片可编程计数器/定时器8253中有三个计数器/定时器,我们用一个来记录频率,一个做记录脉冲数。可编程并行通信接口8255A设计成为液体灌装机设备和计算机之间的输入、输出数据接口。

液位信号逻辑控制

自动灌装秤为了方便误差修正时的需要,在此灌装机中设计有定量灌装的液位控制信号。当液位达到所要求的量值时,称重灌装机自动停止灌装,灌装启止阀门关闭。完成这种功能是利用光电三极管对光敏感的特性,在玻璃液位指示管的外部装有光电三极管,由于在光电三极管外部用环行电木密封遮挡,当有液位上升到光电三极管和还没有到达时,光电三极管分别处于截止和导通状态,输出的电压特性有所不同,此信号经过输入、输出通道控制卡隔离放大后,送入EISA控制卡的可编程并行通信接口芯片8255的A端口的PA1、PA2或PA5、PA6中的一个脚。通过软件检测,控制灌装启止阀门的动作。即液位没有达到预定的灌装位置时,灌装启止阀门处于开启状态;在达到预定位置时,灌装启止阀门关闭。

液体灌装秤设备上的光敏三极管感应液位信号部分,其中发光二极管部分一直处于导通状态,当液位指示管中没有液体时,光敏三极管处于有光照状态,它的光电流大于或等于1.5mA;液位指示管中有液体时,由于液体的阻隔,光敏三极管处于截止状态,它的暗电流小于或等于0.8Ma。所以我们根据光敏接收三极管的光电流和暗电流的大小不同时,能使与相连的电阻产生电位不同,设诗一个电位比较器与施密特电路配合,来分辨比较液位指示管中的液位是否达到定量指示。2.5V稳压管LM336提供LM311输出低电平时的电压阀值Ut-,稳压管的电源是+12V,R6稳压管的限流电阻。

脉冲计数器的逻辑控制

在EISA控制接口板中,由两个可编程计数器8253级连组成脉冲计数器。脉冲计数器由两片可编程计数器8253中的计数器l级连而成,由计数器8253A计数器1的输出OUT作为可编程计数器8253B的计数器1的时钟输入。

频率计数器的逻辑控制

频率计数器是由两块可编程计数器/定时器8253级连而成的。其中一块

(8253B)静计数器O作为定时器,另一块(8253A)傲为计数器。定时器和计数器的开始和结束动作是同步的,由各自的门控信号控制,门控信号的控制和上节的计数器的门控信号上同步的并且是同样的逻辑控制。

称重灌装机软件设计

液体灌装机的软件控制平台采用C语言编写,在DOS环境下编译,为使用者提供了友好的人机接口界面,通过界面的提示与用户进行交流,使得用户自己可以控制液体灌装机动作的流程。此软件控制界面对操作的控制包括:每次灌装量设定的控制;灌装次数的控制;灌装开始的控制;灌装结束的控制;灌装脉冲数的显示,灌装频率的显示。

1.每次灌装量设定的控制

灌装量在灌装实验中是一个非常重要的控制量,它的大小根据实际的不同需要而设置,在这个液体灌装机中,称重计的输出上限频率为1000Hz,称重模块的通径是20mm,称重计的量程为3㎡/h,灌装定点称重为化2L/s,脉冲当量是0.5mL/脉冲,设定每次灌装量的脉冲为2000个,这个量的变化要由软件来监控,当检测到脉冲变化量达到所设定的值时,就结束本次灌装。这个灌装量的设置是通过键盘输入的,按下F2键时,输入设定的脉冲数值,输入正确后,通过软件检测,自动进行下一步的灌装初始化程序。

2.灌装次数的控制

我们要通过多次测量来评定灌装实验称重灌装机误差的大小,由于工作量器的大小的限制,我们设定的灌装为60次,每完成一次灌装,软件程序自动使灌装次数增一,当达到所设定的灌装次数时,一次灌装实验结束。此外,在每完成一次灌装,在未进行下一次灌装时,都要间歇10秒,等待下一次灌装,这个时间由软件来控制。

3.灌装开始的控制

在每次实验时,都有一个开始灌装的命令,我们设置键F3为开始灌装的控制键,当我们按下F3键时,一次灌装实验开始,灌装启止阀门开启。在以后的59次灌装中,不需要我们在界面中来控制,在实验的过程中,由软件自动进行开始和关闭的动作。

4.灌装结束的控制

当达到所设定的灌装次数时,一次实验完成了,灌装启止阀门关闭且在没有“开始灌装”信号时,液体灌装机一直处于工作状态,或者在一次灌装实验中如果我们想终止此次实验,根据界面提示我们按下灌装结束按键F4,灌装启止阀门关闭,灌装结束。

5.灌装脉冲数的显示

在每次灌装过程中,由于计算机的所应用的硬件运行速度限制及软件检测运行时间的限制,实际上并不能总最准确的在所设定的脉冲数值上停止灌装,灌装装脉冲数显示了每次实际灌装脉冲数,也即为实际灌装量,也为以后的数据处理提供根据。

6.灌装频率的显示

灌装的频率即为灌装速率的显示,也可以从中看到灌装过稷的速率的动态变化,为操作者提供一个简洁的灌装状态显示界面,也为以后的误差修正带来了方便。


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。
液体抽料混合配料系统的应用
配料系统采用双CPU构成冗余系统,由西门子公司提供的 STEP7MicroWin V4.0SP6 编程软件作为人机界面编写程序调试程序、下载程序等。PC 机与PLC 实验机用一根PC/PPI电缆连接进行通信,并对相应的参数进行设置。
自动液体灌装机功能应用
自动液体灌装机由变频器控制,实现无级变速,设定目标重量,操作简单灌装速度快,采用大、小两段给料灌装方式,可选配电脑连线或实时打印灌装日期、序号、净重、皮重、累计重量等灌装参数。
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