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摘要：基于当前啤酒包装工业现场的迫切需要，提出了一种新型无压力控制算法，其不仅能降低噪音，减轻员工劳动强度，而且对提升啤酒包装线的效率起到了关键性的作用。

 

关键词：包装线；自动控制系统；工作原理；控制算法

 

笔者以灌酒机前面的多变单输瓶链道为例，介绍这种无压力控制系统。在过去，灌酒机的速度为２００００瓶／时，灌酒机前面的多变单输瓶链道对整条线效率的影响不是很突出，但是当灌酒机已发展到４８０００瓶／时，甚至５４０００瓶／时，瓶子在高速的多变单输瓶链道上出现倒瓶、堵塞或爆瓶的故障次数明显增多。针对高速灌装线上的一系列问题，国外的啤酒设备生产企业非常重视这一点，例如ＫＲＯＮＥＳ、ＨＥＵＦＴ、ＫＨＳ等企业的包装线产品，都设计了无压力控制，这些国外企业的无压力输瓶控制的原理不尽相同，提出了各种不同的无压力控制算法。笔者通过对国内高速灌装线上一系列问题的深入研究和吸取国外无压力的经验的基础上，设计了新型无压力控制系统。

 

１无压力控制系统的结构

 

图１为灌酒机前面的多变单输瓶链道平面机械结构与电器元件分布图，箭头方向为瓶流方向，带字的圆圈表示各个传感器的安装位置。整个无压力控制系统由７个电机（Ｍ１～Ｍ７）、１个压力开关、一组光电对射开关、６个光电反射开关、导向栏、护栏及２个收集台等机电结构构成。

 

２无压力控制系统的工作原理

 

根据生产情况，可将整个无压力控制系统分为４个工作状态：引瓶状态、动态微调状态、堵瓶状态、追缝状态。

 

２．１引瓶状态

 

即多变单输瓶链道的初始填充瓶状态，从无瓶或缺瓶填充至动态微调状态，是多变单输瓶链道与机台同步运行的前提。当压力开关ＧＳ１被触发时，引瓶状态开始，电机Ｍ１～Ｍ７低速运行，进行初始化单列链道填充，光电反射开关Ｒ２先被触发，系统降速，至光电反射开关Ｒ１也被触发，引瓶状态结束。

 

２．２动态微调状态

 

当无压力系统的引瓶状态完成时，灌酒机启动运行，系统开始动态微调状态运行。反射开关Ｃ１和Ｃ２之间链道上可容纳的瓶数是一个固定值“Ｘ”。无压力系统动态微调状态运行时，反射开关Ｃ１和Ｃ２之间链道上瓶子的数量是动态值“Ｙ”。当“Ｙ＝Ｘ”时，系统正常速度运行；当“Ｙ＜Ｘ”时，系统开始加速，至“Ｙ＝Ｘ”时，系统恢复正常速度；当“Ｙ＞Ｘ”时，系统开始减速，至“Ｙ＝Ｘ”时，系统恢复正常速度。

 

２．３堵瓶状态

 

系统运行时，Ｍ４链道上的瓶子没有很好地形成单列时，光电对射开关ＤＳ被触发并开始计时，系统自动进入解堵状态，电机Ｍ１～Ｍ４降速，通过Ｍ４、Ｍ５链道的速差缓解拥挤状况，在限定的时间内拥堵情况解除，电机Ｍ１～Ｍ４恢复正常速度运行；如果在设定的时间内无法解除拥堵情况时，系统将自动进入堵瓶状态，即系统立刻停止运行。系统停止后，操作员人工解除拥堵后，人工恢复系统正常运行。

 

２．４追缝状态

 

系统运行时，由于灌酒机工艺要求瓶子进入灌酒机前无间隙，所以Ｍ６、Ｍ７单列输瓶链道上的瓶子之间出现缝隙时，就必须调整相关电机速度减小瓶间缝隙。当反射开关Ｔ１位置出现缝隙时，系统以一个较高的速度运行，直至反射开关Ｔ２处没有缝隙为止，系统恢复正常；当反射开关Ｔ２位置出现缝隙时，无压力系统以一个更高的速度运行，直至反射开关Ｔ１处没有缝隙为止，系统恢复正常；如果瓶子至灌酒机时仍然有较大缝隙，可能导致灌酒机停机，系统也同步停机。这种情况下，系统回复运行时，自动进入引瓶状态。

 

３无压力控制系统的链道速度与灌酒机速度实时匹配的控制原理

 

从图１灌酒机前面多变单链道结构示意图可以看到，电动机拖动链道转动的机械结构为：三相异步电动机拖动减速机，减速机再通过传动轴拖动固定在链道上的平顶链轮的转动，链道与平顶链轮同速转动。在理想环境下，无压力系统输瓶链道的速度与灌酒机速度的实时同步，忽略瓶子在输送链道上的滑动，输瓶链道与瓶子同速向前运动。灌酒机的速度与电动机的频率的基准关系公式如下：光电反射开关在无压力控制系统中用于计数和追缝的使用原理如下：①图２光电反射开关（ｓｅｎ－ｓｏｒ）在无压力控制系统中用于计数的时序图。当传感器ｓｅｎｓｏｒ＝１时，表示传感器被触发。当传感器ｓｅｎｓｏｒ＝０时，表示传感器未被触发。当传感器ｓｅｎｓｏｒ＝０并且滤波时间到达图２滤波时间ｔ（横虚线）处，计数进行加１。②图３光电反射开关（ｓｅｎｓｏｒ）在无压力控制系统中用于追缝的时序图。当传感器ｓｅｎｓｏｒ＝１时，表示传感器被触发。当传感器ｓｅｎｓｏｒ＝０时，表示传感器未被触发。当传感器ｓｅｎｓｏｒ＝１并且滤波时间到达图３滤波时间Ｔ（横虚线）时，说明瓶子与瓶子之间存在缝隙。

 

４控制系统的主要优势

 

①通过对啤酒灌酒机前面多变单输瓶工艺的长时间研究，根据实际生产所遇到的各种问题，编写了相应的控制算法模块，大大减少了现场调试人员的调试周期。②异步电动机的控制采用变频器调速，调速精度高，平滑性好，确保了链道可以实现平稳均匀的加减速。③控制信号全部采用数字量信号，所以变频器频率的设定比较准确，不会受到温漂、信号电压等误差的影响。④有效地减少了倒瓶、堵瓶发生的次数，显著地降低了瓶与瓶之间碰撞的噪音。⑤控制系统与机械设备充分配合，将整条生产线的效率提升至８５％以上。

 

５结束语

 

本无压力控制系统生产线已经在我国啤酒厂的生产线上调试成功，尤其在提升啤酒包装线的效率上取得的非常好的效果。尽管如此，由于机械工艺的精度、瓶源的质量、瓶源的标准化等一系列原因，我国目前的啤酒包装线效率还有提升的空间。

 

［参考文献］

 

［１］张赛昆．包装机械设计［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００５．

 

［２］石姗．啤酒包装线多道变单道自动控制系统［Ｄ］．呼和浩特：内蒙古工业大学，２０１９．

 

［３］袁佳伦．基于西门子ＰＬＣ的啤酒包装线多道自控系统设计［Ｄ］．呼和浩特：内蒙古工业大学，２０１９．

 

［４］张亮，刘文豪，李光俊，等．基于ＰＬＣ与触摸屏的啤酒包装线的整线平衡瓶输控制系统［Ｊ］．内蒙古科技与经济，２０１５，（１７）：５９～６１．

 

作者：刘炯 邢伟华 蔡文彬 王继燕 单位：内蒙古自治区流程工业信息化企业重点实验室 呼和浩特市排水事业管理局

 

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