气动直线式自动定量灌装机在饮料、制药等行业已得到广泛的应用, 由于它采用了触摸屏和PLC, 使灌装机定量调整变得直观和简捷, 因此受到很多需要经常调整灌装量的包装企业的欢迎[1]。但由于直线式灌装机灌装过程是输送进瓶→停止→灌装→输送出瓶, 整个生产过程是间隙运行, 生产效率较低;另外, 直线式灌装机在进出瓶时要求输送设备频繁启停, 易造成灌装物外溢或容器倾倒[2]。气动旋转式自动定量灌装机继承了直线式灌装机定量调整便捷、灌装精度高的优点, 而且还能在连续运转的过程中进行灌装和进出瓶, 大大提高了工作的稳定性和生产效率。

1 总体结构

气动旋转式自动定量灌装机由机械传动部分、电气控制部分和气动控制部分组成 (见图1) 。机械传动部分主要完成进出瓶工作;电气控制部分主要完成定量调整、存储、速度调整以及故障监测报警功能;气动控制部分主要完成气源的分配及各灌装阀的开闭。

图1 气动旋转式自动定量灌装机总图   下载原图

Figure 1 General layout of pneumatic Rotary quantitative automatic filling machine

1.总进液角座阀2.储气罐3.无瓶检测光电开关4.电控箱5.灌装头6.灌装角座阀

2 关键技术及其解决方案

2.1 灌装量转换为灌装阀开闭时间

气动旋转式自动定量灌装机沿用了直线式灌装机定时灌装的方式, 即在恒压状态下将灌装量转换为角座阀开闭时间, 并根据生产过程中检测出的每个灌装头的灌装误差, 由触摸屏对各个灌装头进行校正, 将校正参数存储于PLC内部, 所有这些参数在触摸屏上均以mL为单位进行显示, 因此定量调整直观、快捷。触摸屏画面见图2。

2.2 灌装头定位的处理

直线式灌装机在灌装时, 每个头的位置相对固定, 所有灌装头在瓶子输送到位后同时开启, 而旋转式灌装机是在旋转过程中进瓶和灌装, 由于每个头的校正参数不一样, 因此必须在开启灌装阀之前判断是哪一个灌装头处于灌装区域, 从而确定开启哪一个灌装阀和通过计算确定阀开启的时间。在该产品的设计中, 为了使灌装头信号准确送入PLC, 将电感式接近开关固定安装, 并在其下方有效距离内安装一个旋转分度盘 (见图3) , 该分度盘与灌装头准确对应并随灌装头旋转, 通过旋转分度盘上的金属感应片和固定安装架上的接近开关确定哪一个灌装头进入灌装区, 并将信号送入PLC, 确保灌装阀的开启不会发生错误动作。

图2 灌装机定量调整及存储触摸屏画面   下载原图

Figure 2 The picture of adjusting quantitatively and storing touch screen of filling machine

图3 灌装头定位装置   下载原图

Figure 3 Locating device of filling head

图3 灌装头定位装置   下载原图

Figure 3 Locating device of filling head

2.3 无瓶不灌装的处理

灌装过程中确保无瓶不灌装是非常必要的, 由于旋转式灌装机采用下凸轮结构将瓶子抬起并送入导瓶套内, 从而确保灌装嘴与瓶口对齐, 当有瓶子时, 在瓶口送入导瓶套的同时推动信号板抬起, 挡住光电开关, 发出有瓶信号, 灌装阀开启;如无瓶则信号板不会抬起, 光电开关不发出信号, 灌装阀也不会开启, 从而实现了无瓶不灌装 (见图4) 。

2.4 旋转储气罐进气端品的处理

在旋转式气动灌装机中, 负责为各灌装阀提供气源的储气罐是随灌装头旋转的, 因此, 在设计中选用了德国Festo旋转型快插接头QSRL-G3/8-10 (见图5) 作为进气端口接头, 固定进气端与气源联接, 旋转进气端与储气罐联接, 从而有效地解决了为旋转中的储气罐输送压缩空气的问题。该旋转接头最大旋转速度可达25 r/min[3], 可满足该产品的最大工作速度的要求。

图4 无瓶不灌装装置   下载原图

Figure 4 No refilling device without bottles

1.灌装角座阀2.无瓶检测光电开关3.信号板4.灌装瓶

图5 Festo旋转型快插接头   下载原图

Figure 5 Festo Rotary quick inserting joint

1.固定进气端 (与气源联接) 2.旋转进气端 (与储气罐联接)

2.5 电源的分配

灌装阀的准确开闭关系到灌装精度, 为保障在灌装过程中对每一个电磁阀的准确控制, 采用了全封闭式过孔导电滑环对PLC输出端的信号进行传递, 以确保灌装阀的准确开关[4]。

3 PLC程序设计

旋转式气动灌装机的工作流程见图6。

图6 气动旋转式灌装机工作流程图   下载原图

Figure 6 Main procedure of pneumatic Rotary filling machine

灌装机启动运转后, PLC根据固定在安装架上的接近开关的信号, 确认进入灌装机的灌装头号;同时置瓶台上升, PLC确认灌装头下是否有瓶, 如有瓶, 则调用存储在PLC内的灌装量, 确认灌装阀开启时间;使用压力开关和浮球开关确认气压和液位正常后, 打开灌装阀开始灌装, 在到达灌装时间后, 关闭灌装阀;灌计完毕后置瓶台下降, 出瓶拨盘将完成灌装的瓶子送出到输送线上[5,6]。

4 结论

气动旋转式灌装机不仅保留了气动直线式灌装机定量调整方便、直观的优点, 而且还有效解决了气动直线式灌装机生产效率低, 间歇式的生产过程, 大大提高了生产效率和工作的稳定性。由于采用了以PLC为核心的控制系统, 因此能适时监测气压不足、液位不足、卡瓶等故障并及时报警, 保障生产稳定可靠地进行。