【正文】 器面板上的第1， 2， 3， 4四位撥碼開關(guān)選擇共16種細(xì)分模式，用電機(jī)每轉(zhuǎn)的步數(shù)標(biāo)識，既可以實(shí)現(xiàn)兩相的步距（如兩相標(biāo)準(zhǔn)半步400步/轉(zhuǎn)），也可以提供類似五相的步距（如五相標(biāo)準(zhǔn)半步1000步/轉(zhuǎn)），用戶可以根據(jù)需要自行決定細(xì)分，最大可達(dá)到30000步/轉(zhuǎn)。 步進(jìn)電機(jī)的連接及控制換向所用步進(jìn)電機(jī)由定位模塊QD70P8控制，步進(jìn)電機(jī)組與QD70P8模塊連接圖如圖36所示。通過脈沖信號輸入控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，驅(qū)動器側(cè)板第5位開關(guān)可選擇單脈沖模式或雙脈沖模式。單脈沖模式下步進(jìn)脈沖由脈沖端口接入，由方向端口的電平高低決定電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向；雙脈沖模式下，驅(qū)動器從脈沖端口接收正轉(zhuǎn)脈沖，從方向端口接收反轉(zhuǎn)脈沖。無論是單脈沖還是雙脈沖都以光耦從截止到導(dǎo)通作為有效接受信號。輸入脫機(jī)信號時，驅(qū)動器將切斷電機(jī)各相繞組電流使電機(jī)軸處于自由狀態(tài)，此時步進(jìn)脈沖將不能被響應(yīng)。此狀態(tài)可有效降低驅(qū)動器和電機(jī)的功耗和溫升。脫機(jī)控制信號撤消后驅(qū)動器自動恢復(fù)到脫機(jī)前的相序并恢復(fù)電機(jī)電流。當(dāng)不需用此功能時，脫機(jī)端可懸空。脫機(jī)端懸空時，通電后電機(jī)停止運(yùn)動時，步進(jìn)電機(jī)軸處于制動停止?fàn)顟B(tài)；輸入脫機(jī)信號時，通電后電機(jī)停止后，電機(jī)軸處于自由狀態(tài)，可手動轉(zhuǎn)動?？刂茣r，通過QD70P8模塊對步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動方向及運(yùn)動速度進(jìn)行設(shè)置，使電機(jī)按預(yù)定曲線進(jìn)行運(yùn)動。電動機(jī)的控制設(shè)計XG24128型灌裝機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)除了用來灌裝和加蓋的伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)外，有灌轉(zhuǎn)主電機(jī)、后輸送電機(jī)、散熱風(fēng)機(jī)等交流三相異步電機(jī)。這部分電機(jī)的功率及規(guī)格如表37所示。電機(jī)與輸出模塊的連接圖如圖37所示，按下啟動按鈕后，線圈KM3~KM13得電，連接在相應(yīng)電機(jī)前的常開觸點(diǎn)閉合，電機(jī)啟動。為了使灌裝主電機(jī)和出瓶輸送電機(jī)的轉(zhuǎn)速可調(diào)，灌裝主電機(jī)和出瓶輸送電機(jī)之前連接有變頻器，連接圖如圖38所示。電磁體控制設(shè)計XG24128型灌裝機(jī)要求實(shí)現(xiàn)無瓶不加蓋的功能，灌裝機(jī)供蓋組件設(shè)計有止蓋機(jī)構(gòu)。止蓋電磁體控制連接圖如圖39所示，當(dāng)有瓶放蓋傳感器29檢測相應(yīng)工位無瓶時，中間繼電器KA1線圈得電，其串連在止蓋電磁體線路中KA1的常閉觸點(diǎn)斷開，止蓋電磁體的彈片彈出，瓶蓋無法通過供蓋系統(tǒng)進(jìn)入旋蓋頭，從而使相應(yīng)旋蓋頭無蓋，實(shí)現(xiàn)無瓶不加蓋的功能。直至下一有瓶信號傳來時，若有瓶，則止蓋電磁體的彈片吸合，供蓋；若無瓶，彈片繼續(xù)彈出，止蓋[22]。此外，進(jìn)瓶組件末端設(shè)置有擋瓶機(jī)構(gòu)，它的主要作用是使空瓶保持一定間距進(jìn)入過渡盤I。擋瓶電磁體的控制連接圖如圖310所示，擋瓶電磁體線路中串連中間繼電器KA2的常閉觸點(diǎn)，Y37輸出使得中間繼電器KA2得電，其常閉觸點(diǎn)斷開，擋瓶電磁體的彈片彈出，完成擋瓶動作。擋瓶電磁體彈片彈出時間T后，Y37輸出使得中間繼電器KA2失電，繼而彈片吸合，進(jìn)入下一工作循環(huán)。Y37的輸出狀態(tài)及時間T由程序設(shè)定。圖311為傳感器布置圖，圖中實(shí)心方塊所示1~32號為傳感器。1號為復(fù)位傳感器，它的主要作用是：按下復(fù)位按鈕，灌裝主電機(jī)帶動系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)復(fù)位傳感器1檢測到灌裝頭1轉(zhuǎn)動到此位置時，PLC控制灌裝主電機(jī)停止，主電機(jī)復(fù)位完成，目的是使每次開機(jī)運(yùn)行之前1號灌裝頭都停在灌裝起始位處。3號為有無瓶檢測傳感器，當(dāng)檢測到有瓶時，傳感器把檢測信號發(fā)給PLC,使相應(yīng)的伺服泵啟動，執(zhí)行灌裝動作；若無瓶，則相應(yīng)的伺服泵不動作，從而實(shí)現(xiàn)無瓶不灌裝的功能。4號為灌滿檢測傳感器，灌裝頭旋轉(zhuǎn)到此位置時即停止灌裝，這也是灌滿的標(biāo)志位。5~16號傳感器為1~12號灌裝泵上極限位檢測傳感器，相應(yīng)地1728號傳感器為12個灌裝泵下極限位檢測傳感器，灌裝泵在伺服電機(jī)帶動下定行程上下直線運(yùn)動，正常情況下不會在運(yùn)動行程之外，5~28號傳感器主要是起保護(hù)作用；同時，復(fù)位時，伺服電機(jī)帶動陶瓷泵運(yùn)動到下極限位置，保證灌裝開始之前所有陶瓷泵都在其底部，所以17~28號傳感器也是伺服電機(jī)的復(fù)位傳感器。29號傳感器為有瓶放蓋傳感器，灌滿的瓶子經(jīng)過渡盤Ⅲ進(jìn)入加蓋組件，若傳感器29檢測此工位無瓶，則止蓋電磁體動作，使相應(yīng)旋蓋頭無蓋，從而實(shí)現(xiàn)無瓶不加蓋，提高蓋子的使用率及灌裝機(jī)的自動化水平，同時又可防止余蓋掉入灌裝系統(tǒng)造成機(jī)械故障。30號傳感器為位置檢測傳感器，當(dāng)旋蓋頭下降到此位置時，傳感器將信號傳送給PLC, PLC控制加蓋伺服電機(jī)停止，加蓋動作完成。本章前三節(jié)確定了 XG24128型灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的PLC控制中心、伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)及電磁體等執(zhí)行元件的選用、傳感器的布置等，控制系統(tǒng)的硬件連接圖如圖312， 313, 314所示，分別為主基板和擴(kuò)展基板擴(kuò)展基板2的硬件連接圖，主基板與擴(kuò)展基板擴(kuò)展基板2之間的連接方式如圖32所示。第4章XG24128型灌裝機(jī)灌裝關(guān)鍵技術(shù)研究前面介紹過，XG24128型灌裝機(jī)最大的特點(diǎn)是灌裝部分采用個伺服泵同時控制兩個灌裝頭并實(shí)現(xiàn)連續(xù)灌裝的控制設(shè)計，這也是此灌裝機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本章主要圍繞著這個重點(diǎn)進(jìn)行介紹，另外本章所指的灌裝只限于灌裝組件，并不指代整個灌裝系統(tǒng)。對于XG24128型灌裝機(jī)灌裝的核心技術(shù)研究本章主要圍繞以下三個方面進(jìn)行：（1) 一個伺服菜控制兩個灌裝頭的連續(xù)灌裝的灌裝流程；（2)伺服泵的速度如何分配以提高灌裝速度并防止飛濺和溢出；（3)如何控制步進(jìn)電機(jī)以實(shí)現(xiàn)快速、精確的換向。 ：灌裝流程圖41所示為復(fù)位之后灌裝部分的流程圖，圖所示位置為24號灌裝頭在1號工位時的情形。灌裝時，每個灌裝頭對應(yīng)一個瓶子進(jìn)行灌裝。按下啟動按鈕，灌裝輪盤開始轉(zhuǎn)動，灌裝開始。1號工位是灌裝的開始工位，9號工位為灌裝停止工位，17號工位為出瓶工位。對于每個灌裝頭來說，它的工作流程為：1號工位開始灌裝一9號工位灌裝結(jié)束一 17號工位出瓶。前面己經(jīng)介紹過，XG24128型灌裝機(jī)最大的特點(diǎn)是一個伺服泵對應(yīng)兩個灌裝頭的連續(xù)灌裝，同一伺服泵控制的兩個灌裝頭呈180度安裝。以1號伺服泵為例，控制1號灌裝頭和13號灌裝頭，1號灌裝頭和13號灌裝頭分別執(zhí)行上述的灌裝一停止一出瓶動作，所以每個伺服泵的工作流程為灌液一吸液一灌液一吸液，圖42所示為單個伺服泵的工作流程圖（圖中n為小于等于12的自然數(shù)）。按下啟動按鈕，瓶子經(jīng)過洗瓶組件進(jìn)入灌裝組件后，PLC通過安裝在灌裝主軸上的編碼器編碼識別各個灌裝頭的位置及其所對應(yīng)的伺服泵位置。首次灌裝從1號灌裝頭開始，當(dāng)1號灌裝頭運(yùn)動到灌裝起始工位（1號工位）且傳感器檢測到此工位有瓶時，灌裝開始。此后，1~12號伺服泵控制的灌裝頭運(yùn)動到1號工位時，若此吋傳感器檢測此工位有瓶，則對應(yīng)的伺服泵執(zhí)行圖42所示的工作流程。灌裝所用陶瓷泵有兩個出液口和一個進(jìn)液口 ，伺服泵要完成灌裝一吸液一灌裝一吸液動作，兩次灌裝分別從兩個出液口出液，吸液從進(jìn)液口進(jìn)液，所以每次灌裝與吸液動作之間，陶瓷泵都要經(jīng)過一次換向。圖43所示為灌裝組件灌裝的詳細(xì)流程圖（灌裝從n=l開始）。圖中n為小于等于12的自然數(shù)。從圖41可以看出，瓶子進(jìn)入灌裝組件后，轉(zhuǎn)動到1號工位時開始灌裝。灌裝開始之前要確定24個灌裝頭的位置，以確定灌裝開始后1號工位處對瓶子進(jìn)行灌裝的是幾號灌裝頭及其對應(yīng)的是幾號伺服泵。同時，由于陶瓷泵有兩個出液口和一個進(jìn)液口，灌裝開始時要保證12個陶瓷泵都停在中位（進(jìn)液口）且所有陶瓷泵活塞停在陶瓷泵的最底端，為初次吸液作準(zhǔn)備。復(fù)位流程如圖44所示。從圖44可以看出，復(fù)位分三個分支進(jìn)行。分支I為灌裝主電機(jī)的復(fù)位，它的復(fù)位主要是確定灌裝啟動之前24個灌裝頭相對于1號工位的位置。24號工位處安裝有傳感器1,當(dāng)傳感器1檢測到1號灌裝頭時，PLC控制灌裝主電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。也就是說復(fù)位完成之后，1號灌裝頭停在24號工位處。分支II為步進(jìn)電機(jī)的復(fù)位。陶瓷泵有一個吸液口和兩個出液口，它們呈120度分布。復(fù)位的作用是使灌裝開始之前陶瓷泵停止在中位（吸液口位置）。它的復(fù)位主要是靠步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。陶瓷泵內(nèi)芯的轉(zhuǎn)動范圍為：以中位為中心，向左和向右分別120度。復(fù)位之前，12個陶瓷泵內(nèi)芯相對于中位的位置都不同，復(fù)位開始時，由步進(jìn)電機(jī)帶動陶瓷泵內(nèi)芯反轉(zhuǎn)至左極限位后過載停止，此時所有陶瓷內(nèi)芯的相對位置一致，接著正轉(zhuǎn)120度，此時12個陶瓷泵都處于中位(吸液口位置)。分支III為伺服電機(jī)的復(fù)位。復(fù)位之前，12個伺服電機(jī)的位置不定，也就說12個陶瓷泵活塞位置各不同。復(fù)位的作用是使灌裝開始之前所有陶瓷泵活塞停在陶瓷泵的最底端。伺服電機(jī)的復(fù)位是在步進(jìn)電機(jī)復(fù)位完成之后進(jìn)行的。 初次吸液復(fù)位完成之后，按下啟動按鈕，整個系統(tǒng)開始運(yùn)行。瓶子從風(fēng)道進(jìn)瓶組件進(jìn)入到灌裝組件之前，所有陶瓷泵必須吸滿液體。當(dāng)1號灌裝頭運(yùn)動到1號工位且此工位有瓶時，即可開始灌裝。圖45為首次吸液的流程圖，首次吸液包括吸液動作和換向動作兩部分。吸液由伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)通過絲桿帶動陶瓷泵內(nèi)芯向上移動一定距離以完成特定容量液體的吸液。換向由步進(jìn)電機(jī)帶動陶瓷泵內(nèi)芯轉(zhuǎn)動120度到出液口 1，等待灌裝。首次灌裝為1號灌裝頭的灌裝。初次吸液完成以后，空瓶進(jìn)入灌裝組件后，當(dāng)1號灌裝頭運(yùn)動到1號工位處，有無瓶檢測傳感器3檢測此時有瓶，則1 號灌裝頭就開始灌裝。灌裝開始后為確定灌裝組件上各灌裝頭的位置，灌裝組件主軸上安裝有編碼器，對灌裝主軸的旋轉(zhuǎn)免度進(jìn)行測量。采用單圈式絕對編碼器，通過PLC的串行通訊模塊讀取出每個編碼[24]。24個灌裝頭（對應(yīng)12個陶瓷泵）在復(fù)位之后有其固定的位置，對應(yīng)編碼器輸出有一個確定的編碼，這樣就可以確定每個泵的位置，從而可以對各個泵的工作狀態(tài)進(jìn)行控制。用分辨率為1024的編碼器來測量旋轉(zhuǎn)角度時，24個灌裝頭對應(yīng)的編碼以遞增。復(fù)位完成之后，1號灌裝頭在24號工位；開始灌裝之后，灌裝主軸旋轉(zhuǎn)15度時，即為1號灌裝頭轉(zhuǎn)動到灌裝的起始工位（1號工位），以此類推，則在1號工位，不同編碼值對應(yīng)的灌裝頭及伺服泵如表41所示。PLC通過其串行通訊模塊讀取編碼器的編碼值并以此來判斷灌裝頭的位置。首次灌裝完成以后， (n+12)時，在灌裝開始工位（1號工位）的即為第n號或第（n+12)號灌裝頭，于此對應(yīng)的n號伺服泵啟動，完成灌裝動作。也就是說，灌裝開始之后，若檢測到1號工位此時有瓶，則每個灌裝頭到達(dá)1號工位時，其對應(yīng)的伺服泵就開始灌裝動作。國內(nèi)灌裝機(jī)的灌裝速度普遍比較低，同時還存在著灌裝穩(wěn)定性不高、精度穩(wěn)定性差等問題。其中很大一部分原因是因?yàn)楣嘌b速度提高以后，雖然提高了生產(chǎn)效率，但速度的提高也使得灌裝中的飛濺、泡沫問題更為嚴(yán)重，從而影響灌裝的質(zhì)量。所以，對灌裝速度高達(dá)18000BPS的大容量、高精度、高穩(wěn)定性的飲料類灌裝機(jī)的灌裝速度進(jìn)行深入研究是很有必要的。由于灌裝速度快且要求灌裝精度高，不能有氣泡、溢出、滴漏等情況出現(xiàn)，所以灌裝時采用跟蹤灌裝模式。圓周方向上，瓶子和灌裝頭都跟隨灌裝組件以相同的速度旋轉(zhuǎn)，所以圓周方向瓶子和灌裝頭相對靜止；垂直方向，灌裝開始時灌裝頭伸入到瓶子內(nèi)部進(jìn)行灌裝，整個灌裝過程中，灌裝頭頭部距離液面始終保持固定距離，以減少飛濺和氣泡的產(chǎn)生，灌裝頭垂直方向的運(yùn)動由凸輪曲線實(shí)現(xiàn)。此外，為了減小高速灌裝帶來的沖擊及氣泡，對灌裝速度也作了更深入的研究。灌裝速度確定主要確定陶瓷泵吸液速度和灌液速度兩部分。對于旋轉(zhuǎn)型自動灌裝機(jī)，其生產(chǎn)能力般用式（41)進(jìn)行計算：Q=60an (41)其中，Q——灌裝生產(chǎn)能力，生產(chǎn)工藝要求為18000瓶/h。a——灌裝機(jī)頭數(shù)，24頭；n——灌裝臺的轉(zhuǎn)速，r/min。由式（41)可知，要提高灌裝的生產(chǎn)能力就必須增加灌裝機(jī)頭數(shù)a和提高轉(zhuǎn)速[26]。如果增加灌裝機(jī)的頭數(shù)a來提高生產(chǎn)率，那么灌裝機(jī)的旋轉(zhuǎn)臺直徑也會相應(yīng)增大，這樣的話，一方面整個機(jī)器體積變大；另一方面，旋轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速一定時，還必須考慮離心力的影響，要保證瓶子在灌裝過程中繞主軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力小于瓶子與瓶托之間的摩擦力，否則瓶子會被拋出托瓶臺，影響整個灌裝過程的順利進(jìn)行。如果采用提高主軸的轉(zhuǎn)速n來提高生產(chǎn)率，除了同樣要考慮離心力之外，還要考慮灌裝時間，要保證有足夠的時間使得瓶子在限定的灌裝區(qū)域內(nèi)完成定量灌裝的要求。根據(jù)生產(chǎn)要求，生產(chǎn)能力從12000瓶/h提高到18000瓶/h，生產(chǎn)效率提高了 50%,灌裝機(jī)的頭數(shù)不變，通過提高灌裝臺的轉(zhuǎn)速來達(dá)到生產(chǎn)的工藝要求。由式（41)可得，灌裝臺的轉(zhuǎn)速為。主軸旋轉(zhuǎn)一周即每個灌裝頭完成一個工作循環(huán)所需時間為：由于XG24128型灌裝機(jī)采用的是一個伺服泵同時控制兩個灌裝頭并實(shí)現(xiàn)連續(xù)灌裝的控制設(shè)計，也就是說主軸旋轉(zhuǎn)一周，伺服泵要完成兩次吸液和兩次灌液，所以，XG24128型灌裝機(jī)伺服泵每完成一個工作循環(huán)（一次吸液和一次灌液）的時間為：式中：Vo——灌裝容量，500 ml。C——流量系數(shù)。Ao——灌裝口流通截面積，灌裝容器瓶子直徑為18mm左右，取出氣孔或灌裝閥的活動空間最小為4 mm。Z1——液箱液面距管口的高度，由于灌裝為伺服泵灌裝，不考慮Z1對灌裝的影響[27]。， XG24128型灌裝機(jī)共有24個工位，則每個工位的運(yùn)動時間為：也就是說，根據(jù)T工位對式（45)中所求的灌液時間進(jìn)行修正，同時，若使用一個伺服泵對一個灌裝頭進(jìn)行灌裝，則1號工位升始灌裝，17號工位出瓶， So XG24128型灌裝機(jī)每個伺服泵控制兩個灌裝頭，取灌液時間為主軸運(yùn)動8個工位的吋間，即：Tg= (47)由式（44)、 (47)可知，吸液時間為： 其中，L——陶瓷泵行程,吸液和灌液時，行程相同；D——陶瓷泵直徑，74 mm。Pz——絲桿導(dǎo)程，5 mm/rev。S——電機(jī)位移，吸液和灌液時，電機(jī)位移大小相同，方向相反。確定了吸液時間Tx和灌液時間Tg后，對吸液速度和灌裝速度的分配分別進(jìn)行研究。吸液伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)時，通過絲桿帶動陶瓷泵向上運(yùn)動，完成吸液動作。吸液過程包括兩次換向動作和一次吸液動作，伺服泵在工位9處完成灌裝，工位9至工位13為吸液區(qū)間。在此區(qū)間內(nèi)，首先，陶瓷泵內(nèi)芯在步進(jìn)電機(jī)的帶動下先從出液口轉(zhuǎn)到吸液口，然后由伺服電機(jī)帶動陶瓷泵完成吸液動作，最后灌滿液體的陶瓷泵在步進(jìn)電