一、摘要（yào）：
灌裝機是酒水、飲料類等食品加工行業的關鍵設備之一。目前（qián）正向著灌裝的高（gāo）速化（huà） 、多功能化、智能化的（de）方向發展。例如高速化，我們公（gōng）司引進意（yì）大利CFT1200罐/min冷罐。多功能（néng）化，同一台設備（bèi），可進（jìn）行茶飲料，咖啡（fēi）飲料、豆乳飲料和果汁飲料等多種飲（yǐn）料的熱灌（guàn）裝，均可進行（háng）玻璃瓶與（yǔ）聚酯（zhǐ）瓶（píng）的（de）灌裝。例如：我們公司引進意大利CFT600罐/分鍾，就能（néng）實現冷、熱雙功能灌（guàn）裝。智能化：隨著電子技術的發展，各種功能的傳感器和可編程控製（zhì）器普遍 應用於灌裝機的控製係統中，而（ér）且大型設備更是采用計算機控製，人機界麵，精確、計量精確。
本文的灌裝機自動控製係統，包括設置在（zài）灌裝室（shì）外的總電櫃（4），設置一獨立的操作室（12），其內設置上位（wèi）機（1），灌裝室內不設分電櫃，將分電櫃（guì）合並到室外的總電櫃（4）內，總電櫃（4）通過一條通信線（5）與上位機（1）通（tōng）信，進行數（shù）據交換（huàn）。本控製全（quán）部（bù）電（diàn）氣模塊集（jí）中控製，能夠（gòu）精確計算，解決‘空瓶’與‘無蓋’產品現象（xiàng）。提高機械效率，使用企業生產成本降（jiàng）低，給企業帶（dài）來更多（duō）盈利。
二、關鍵詞：空瓶、無蓋、冷疑水；
三、前言（改善前）：
問題點：因為灌裝間采（cǎi）用10萬（wàn）級藥品和生物潔淨室空氣淨化，實現無菌灌裝，整個灌注間密閉設計。當（dāng）CIP高溫清洗時蒸（zhēng）氣冷疑水對電氣（qì）設備影（yǐng）響非常大。洗機完成後經常出現電氣故障，從而造（zào）成模塊損（sǔn）壞，多次非計劃長時間停機。
因用（yòng）MP277做軟PLC，描掃時間夠快，導致灌裝機36000瓶/時高速運行時（shí），經常出（chū）現（xiàn）‘空瓶’與‘無蓋’產品出現。
灌裝（zhuāng）機（jī）自動控製係（xì）統（見圖1），上位機； 2-分電櫃； 3-灌裝機； 4-總電（diàn）櫃；
5-通信線； 6-傳（chuán）遞口（kǒu）； 7-質檢室； 8-冷氣入口；9-瓶蓋室（shì）； 10-空瓶入（rù）口（kǒu）； 11-飲料出口； 12-操作室；13-操作（zuò）室進入門。
圖1：現有灌裝機電控圖；
四（sì）、正文：作者重點介紹液體等壓灌裝機自動控（kòng）製係統：
4.1、液體等壓灌裝原理：
本（běn）灌裝機一種等壓灌（guàn）裝機，貯液環缸內的壓力（lì）高於瓶（píng）中的壓力（lì），液體靠壓差流（liú）入（rù）瓶內，最後實（shí）現（xiàn）瓶子中的（de）壓力與貯液環缸內的壓力相等，高（gāo）速（sù）生產線多采用這種方法（fǎ）。壓力灌裝機適用於含氣（qì）體的（de）液體灌裝，我們公司（sī）天地壹號蘋果醋含氣飲料。
4.2、灌（guàn）裝機部件組（zǔ）成：
4.2.1、灌裝機；
4.2.2、工作台；
4.2.3、壓蓋機；
4.2.4、管路係統；
4.2.5、電控係統；
4.3、 主要技術參數：
4.3.1、型號（hào）：YGY112
4.3.2、灌裝頭（tóu）：112
4.3.3、壓蓋機頭數 18
4.3.4、額定產能（640mL）,36000瓶/小時；
4.3.5、主電機 15KW ;
4.3.6、裝機容量39.42KW;
4.3.7、壓縮空氣消耗量：6NM3/h (0.3Mpa);
4.3.8、CO2消耗量：120g/hL (0.4Mpa);
4.3.9、適用（yòng）瓶（píng）型：高210-295mm,瓶徑：Ø66-80mm;
4.3.10、外形尺寸（長X寬X高）：3860X3440X3400mm.
4.4、改造（zào）後的硬件方麵：
為了解決‘空瓶’與‘無蓋’及‘CIP時蒸氣冷疑水對電氣模塊的影響。本灌裝機自動控製係統，設置一獨立（lì）的操（cāo）作室（shì），其內設置（zhì）上（shàng）位機操作，減少（shǎo）噪音對操作人（rén）員造成的損（sǔn）傷。總電櫃設置在（zài）灌裝室外（wài）,灌裝室內（nèi）不設分電櫃，將分電櫃合並到室外的總電櫃內，從根上解決了冷疑水對電氣模塊的影（yǐng）響，總（zǒng）電櫃通過一條通信線（xiàn）與上位機通信，進行數據（jù）交換。
4.4.1、電氣硬件選擇說明：本係統采用（yòng）西門子PLC S7-300 -315-2DP 與丹佛斯（sī）FC302-15KW變頻器、人機界麵MP277-10寸（cùn）可觸摸型、灌裝機液（yè）位探針，主液薄膜閥、引電器、壓力傳感器、接近開關及一套自動控製元件來實（shí）現（xiàn）液位、壓力，速（sù）度、邏輯運算的自動灌裝，通過（guò）空瓶輸送（sòng）帶上光電開關檢測空瓶狀（zhuàng）態送入PLC，經PLC內部邏輯（jí）運算，輸出控製變頻器高、中、低（dī）三種速度（dù）自（zì）動運行。本次PLC選用S7300-315-2DP型號（hào），它處理二進製指令的時間約為 50 ns，每個（gè）浮點預（yù）算的時間為 0.45μs。36000瓶/小時掃描時間為36000÷60=600瓶/min÷60秒=10瓶/秒，（100000μs÷10=10000μs），實（shí）際運行動作時間10000μs>0.45μs係統掃描時間，因可以滿足生產需（xū）要。標配128K內存作為程序裝載存儲（chǔ）器的微型存儲卡（最大（dà）為 8 MB）也允許將可以項目（包括符（fú）號和注釋）保存在 CPU 中。裝載存儲器還可用於數據歸（guī）檔（dàng）和配方管理。 靈活的（de）擴展能力（lì）;多達 32 個模塊， 功耗4.5W，DC24V。2DP有網個DP通信口，第一個與人機（jī）界麵通信用（yòng），另一個程序調試與（yǔ）第（dì）三方設備通信用。本次係統采用西門子人機界（MP277-10寸帶觸摸式）與PLC通信（xìn），通信方式為：根據控製要（yào）求1-4任一項所述（shù）的灌裝機自動（dòng）控製係統，采用Profibus-DP,PLC地址為2，HIM地址為3; 實（shí）現PID參數參數賦值、狀態監測、報（bào）警信息、生產數量的統計、閥門動（dòng）行狀態、壓力與液位曲線顯示等（děng）。其中（zhōng），在總電櫃（guì）內設置有西門（mén）子PLC模塊CPU S7-300/315-2DP模塊。其中，灌裝（zhuāng）機包（bāo）括（kuò）瓶子對中導向裝置，在瓶子對中導向裝置（zhì）的導杆上安裝有接近開關，進行有瓶/無瓶檢測。其中，灌裝（zhuāng）機缸體液位由探（tàn）針、進料（liào）薄膜閥、中（zhōng）心碳刷傳電器、壓力傳感器PLC進行自（zì）動 PID控製。間隔掃描器包括一個接近開關，當有（yǒu）瓶時，導杆上升高度（dù）高於無瓶時的（de）高度，該接近開（kāi）關使係統能夠檢測出（chū）有瓶信號（hào）並發出一個脈衝信號傳到PLC模塊；當軟PLC模塊同時接（jiē）收到同步信號和有瓶信號時才給（gěi）開閥氣缸電磁閥發送開閥（fá）信號；否則，作為無瓶處理，不開閥。
4.4.2、灌裝機自動控製係統（tǒng）布局：包括設置在灌裝室（shì）外（wài）的總電櫃（4），設置一（yī）獨立的操作室（shì）（12），其內設置（zhì）上位機（1），灌裝室內不設分電櫃，將分電櫃合並到室外的總電櫃（guì）（4）內，總（zǒng）電櫃（4）通過一條通信線（5）與上位機（1）通信（xìn），進行數據（jù）交換； 6-傳遞口； 7-質檢室； 8-冷（lěng）氣入口（kǒu）；9-瓶蓋室； 10-空瓶入口； 11-飲料出口； 12-操作室（shì）；13-操作室（shì）進入門。見下（xià）圖2：
圖2：改告後灌裝機自動控製係（xì）統示意圖（tú）。
根據控製要求1所述的灌裝機自動控製係統：在總電櫃（4）內（nèi）設置有西門（mén）子硬（yìng）件CPU S7-300/315-2DP模塊，對灌裝（zhuāng）機（3）進行控製（zhì）。同時（shí）把之前在灌裝室內的從站模塊移出灌裝室外，從根本上解（jiě）決CIP清洗時冷疑水對（duì）電氣模塊威害，解決高（gāo）速運行時‘空瓶’與‘無蓋’現（xiàn）象。
4.5、改造後的軟件程（chéng）序設計思路：
4.5.1、功能：點動模式、灌裝模式、CIP模式、手動（dòng）模式、自動模（mó）灌裝5種工作模式。
根據控製要求3或4所述的灌裝機（jī）自動控製係統：間隔掃描器包括一個接近開（kāi）關，當（dāng）有瓶時，導杆（gǎn）上升高度高於無瓶時（shí）的高度，該接近（jìn）開關使係統能夠檢測出有瓶信號並發出一個脈衝信號傳到PLC模塊；當PLC模塊同時（shí）接收到同步信號和有瓶信號時才給開（kāi）閥氣缸電磁閥發送開閥信號；否則，作（zuò）為無瓶處理，不開閥。
4.5.2、環缸液位與壓力精準控製：根據控製要求3所述的灌裝機自動控製係統：灌（guàn）裝機（3）缸體液位由探針、進（jìn）料（liào）薄膜閥、中心碳刷傳電器、壓力（lì）傳（chuán）感器和PLC模塊進行自動（dòng） PID控（kòng）製。由液位與壓力傳（chuán）感器送過來（lái）4-20mA模擬信（xìn）號,送入PLC模以量輸入模（mó）塊6ES7-331-7KF02-OAB0(AI8X12Bit),PLC內部程序調用係統功能塊FC105,FC106 FB41,實（shí）現PID數據運算，最（zuì）後由6ES7-332-5HF00-OAB0(A08X12Bit)輸出4-20mA控製執（zhí）行閥門精準動做，當設定數據等於實際值時停止輸出。由人機界（jiè）麵MP277完成數據賦值與監視，實現液位與壓力自控（kòng）製。（見程序附圖19 頁）
4.5.3、灌裝閥（fá）動做原理：
當（dāng）灌（guàn）機（jī）在灌裝模式下，根據控製要求2所述的灌裝（zhuāng）機（jī）自動控（kòng）製係統：灌裝機（3）包（bāo）括瓶子對中導向裝置，在瓶子對中導向裝置的（de）導杆上安裝（zhuāng）有（yǒu）接近開關，進（jìn）行有瓶/無瓶檢（jiǎn）測。根據控製要求3或4所述的灌裝機自（zì）動控製係統，裝同步信號測（cè）定檢測是（shì）在瓶子對中導向裝置的導杆（gǎn）上完成的,信號（hào）檢測是由一（yī）隻接（jiē）近開關來完的，灌裝機轉動時，每過一個灌裝閥即發出一個脈衝信號傳送到灌裝機的PLC控製係統，有無瓶檢測是在瓶子對中導（dǎo）向裝置的導杆（gǎn）上（shàng）完成的，信號是由（yóu）一隻接近開（kāi）關來完成（chéng）的，間隔掃描包括一個接近開關，當有瓶時，對中導向杆上升高度高（gāo）於無瓶時的高度（在拉下凸輪上升段），該開關使係統能夠檢測出有瓶信號（hào）並發出一個脈衝信號傳送到PLC，當PLC係同時（shí）接收到同步信號和有瓶信號時才給開閥氣缸電磁（cí）閥發送開閥信號，否則，作為無瓶處理，不開閥。通過S7-30內部係統功（gōng）能塊（kuài）FC92左移位指令來實現上述功能。（見程序附圖25 頁）
4.5.4、破瓶衝洗控（kòng）製：
當灌機在（zài）灌裝模式下，裝同步信號測定檢測是在瓶子（zǐ）對中導向裝置的導杆上完成的,信號檢測是由一隻接（jiē）近開關來完的，灌裝機轉動時（shí），每過一個灌裝閥即發出一個脈衝信號傳送到灌裝機的PLC控製係統。有破瓶檢測是在瓶子對中（zhōng）導向裝置的導杆上完（wán）成的，信號是由（yóu）一隻接近開關來（lái）完成的，間隔掃描包括一個（gè）接（jiē）近開關（guān），當有瓶（píng）時，對中導向杆上升高度高於破瓶時的（de）高（gāo）度（在拉下凸輪上升段（duàn）），該開關使係統能夠檢測出破瓶（píng）信號並發出（chū）一個脈衝（chōng）信號傳送到PLC。當PLC係同時接收到同步信號和破瓶信號時才給開閥氣缸電磁閥發送開閥信號，否則，作為無破瓶處理，不開（kāi）閥（fá）。通過S7-30內部係統功能塊FC92左（zuǒ）移位（wèi）指令來實現上述功能。（見程序附圖26頁）
4.5.5、灌（guàn）裝封蓋檢測（cè）控製：當在灌（guàn）裝狀態下，出口封蓋連續（xù）5瓶（píng）沒有蓋時，灌裝機自動停機，並在人機界麵上有未封蓋報（bào）警顯示，告訴操作人員停機的原因，實現可視化（huà）。實現此功能（néng）是通過PLC內部通過計數與比較（jiào），最後觸發人機界（jiè）麵的報警字實現位報警。（見程序附（fù）圖33 頁）
4.5.6、灌裝流程圖：
4.6、改善後的成果（guǒ）：
下麵結合附圖進行具（jù）體說明（míng）。
現有的設備如圖（tú）1所示，沒有設有單獨的操作室，上位機1與灌裝機3設置在（zài）一個房間內，噪音容易對操（cāo）作人員（yuán）造成損傷。如圖2所示，設置（zhì）一獨立的（de）操作室12，其內設置上位機（jī）1，從而（ér）避免噪音對操（cāo）作人員造成的損傷。
目（mù）前灌裝機采用（yòng）西門子MP277軟PLC模塊控製，高速運行時刷新時間不夠快，信號丟失，導致空瓶與無蓋產（chǎn）品出現。為（wéi）解決上述問題，在（zài）總（zǒng）電（diàn）櫃4內增加一個（gè）硬件CPU S7-300/315-2DP模（mó）塊，提高CPU運算（suàn），滿足生產工藝，解決空瓶現象。由於（yú）電氣模塊IP等級低，不防蒸（zhēng）氣冷疑（yí）水。分布控製達不到現場使用要求，因此采用集中控製，將灌（guàn）裝室內的分電櫃合並（bìng）到（dào）室外的（de）灌裝機（jī）總電櫃（guì）4內。通過一條（tiáo）通信（xìn）線5與上（shàng）位機通（tōng）信，完成數據交換（huàn）。通信（xìn）線5可采用DP總線。（見程序附圖17頁）
（1）灌裝機左進右出，能夠二次抽真空，液位精（jīng）度高（gāo），有瓶抽（chōu）真空，無瓶（píng）不抽真空（kōng），高壓激泡。能夠進行有瓶無瓶及瓶（píng）蓋自動檢測（cè）控製。全機采（cǎi）用（yòng）集中潤滑，噪聲小，壽（shòu）命長。
（2）自動控製原理：灌裝（zhuāng）機缸液位由探針、進料薄膜閥、中（zhōng）心碳刷傳電器、壓力傳感器、PLC模塊進行自動（dòng） PID控（kòng）製來實缸體液位自動控（kòng）製。
（3）同步信號（hào）測檢是在（zài）瓶子對中導向裝（zhuāng）置（zhì）的導杆上安裝接近開關完成。
（4）信號檢測是由一隻接開關完成，灌裝機轉動時，每過一個灌裝閥即發出一個脈衝信號給PLC。
（5）有無瓶檢測是在瓶子（zǐ）對（duì）中（zhōng）導向裝（zhuāng）置的導杆上完（wán）成。信（xìn）號來源是由一隻接近開關完（wán）成的，間隔掃描器（qì）包括一個接（jiē）近（jìn）開關，當（dāng）有瓶時，對中（zhōng）導向杆上升高度高於無瓶時的高度（在拉下凸（tū）輪上升段），該開關使係統能夠檢測出有瓶信號並（bìng）發出一個脈衝信號傳到PLC控製係統。當PLC係統同時接收到同步信號和有瓶信（xìn）號時才給開閥氣（qì）缸電磁閥發送開閥信號。否則（zé），作為無瓶處理，不開閥。
五（wǔ）、結束語：
5.1、解（jiě）決飲料行業通用問題：因為灌裝間采用10萬級藥品和生物潔淨室空氣淨化，實現無菌灌裝，整個灌注間密（mì）閉設（shè）計。沒有設有單獨的操作室，上位機1與（yǔ）灌裝機3設置在一個房間內，噪音容易對操作人（rén）員造成損傷。當CIP高溫清洗時蒸氣冷疑水對電氣設備影響非常大（dà）。洗機完成後經常出現電氣故障，從而造成（chéng）模塊損壞，多次非計劃長（zhǎng）時間停機。目前灌裝機（jī）采用西門子MP277軟PLC模塊控製，高速運行時刷新時間（jiān）不夠快，信號丟失，導致出現‘空瓶’與‘無（wú）蓋’產品現象。
5.2、設置獨（dú）立的操作室12，其內設置上位機1，從而避免噪音（yīn）對操作（zuò）人員造成（chéng）的損（sǔn）傷，對生產操作（zuò）員工環境大大改善，噪音低（dī）、舒實度提（tí）高。
5.3、全部電氣模塊集中控製，CIP高溫清洗（xǐ）時對電氣元件無（wú）損害。
5.4、 硬件選型上CPU S7-300/315-2DP模塊，提高（gāo）CPU運算，滿足生產工藝（yì），解決空瓶、無蓋現象。調用西門子內部係塊實現液位與壓力（lì）精確控製。
5、5、采用西門子315-2DP與MP277 Proflbus-DP現場總線通信，技（jì）術成熟（shú）穩定（dìng）。
5.6、提高機械效率，使用企業生產成本降低，給企業帶來（lái）更多的盈利。