Автоматическое управление и контрольно-измерительные приборы играют важнейшую роль на любом современном промышленном предприятии, но, к сожалению, эта область игнорируется в ряде стран не только в промышленном секторе, но и в секторе инженерного образования. В результате большая часть приборов, блоков управления и даже машин импортируется из-за рубежа. Однако эти автоматические установки могут быть разработаны на месте путем координации промышленного сектора и инженерных учебных заведений. В этой статье приводится проектирование и разработка недорогой полностью автоматической системы розлива жидкостей на основе ПЛК, которая может заменить старые ручные операции. Благодаря этому местные отрасли могут получить безошибочный механизм, который может увеличить их производство с большей экономией.

Введение в процесс дозирования жидкостей

Разливочные машины являются сердцем любой фармацевтической, сиропной, прохладительной и соковой промышленности, скорость и точность производства в основном зависят от этого типа машин. Этот проект представляет собой смесь механической, электрической, электронной и программной инженерии. Механическая структура обеспечивает основу для внедрения электронного и программного управления. Чтобы получить желаемую производительность от машины, каждая механическая часть должна точно контролироваться электроникой и синхронизироваться друг с другом с помощью программных команд. Чтобы сделать управление эффективным, мы используем программируемый логический контроллер, обычно известный как ПЛК (S-7300IFM). Мы использовали объемное наполнение жидкостью, а не гравитационное наполнение, потому что этот процесс очень точный, быстрый и с помощью этого процесса можно наполнять различные жидкости. В конце мы последовательно подключаем весь процесс к компьютеру для управления данными всех продуктов. Управление базой данных построено на самом популярном программном языке MS Visual basic 6.0

Решения промышленных проблем при дозировании

Используя автоматическое оборудование для наполнения жидкостью, местные отрасли могут решить множество проблем, таких как:

1. Автоматическое оборудование для наполнения жидкостью обычно импортируется из-за рубежа, что очень дорого, местные отрасли не могут его купить, потому что им приходится платить большие налоги и пошлины. Если эти типы машин могут быть разработаны в России, местные отрасли могут легко купить их, не заплатив большую сумму денег.

2. Некоторые отрасли используют полуавтоматические машины для розлива, но у них нет конвейерной ленты для транспортировки бутылок из одного места в другое. Эти отрасли используют рабочую силу для перемещения бутылок из одного места в другое, поэтому мы используем конвейерный механизм для перемещения бутылок из одного места в другое, что также экономит немало денег и ускоряет процесс розлива.

3. Мы обнаружили, что существует дорогостоящее механическое управление для поворотного стола, т. е. стола в машинах для розлива, который помещает бутылку под небольшое сопло, теперь мы меняем его на менее дорогую и надежную систему управления положением шагового двигателя, которая также быстрее обычных механических систем.

4. Используя передовую систему управления данными, можно легко вести учет производства, что делает систему более экономичной, чем ручная система.

5. Используя датчик отсутствия бутылки, мы можем экономить жидкость, если в машине нет бутылки.

6. Используя датчик контроля ошибок, мы можем остановить машину, если в системе произошла ошибка. Используя датчик уровня, мы также можем остановить машину, если в основном контейнере нет жидкости.

Выбор процесса дозирования

Существует два типа процесса дозирования, обычно используемых для заполнения: Гравитационный процесс дозирования, Объемный процесс дозирования. Объяснение каждого процесса приведено ниже.

Гравитационное дозирование (по массе):

Это универсальный факт, что земля прикладывает силу к объектам. Эта сила является решением многих проблем. Эта сила также может быть использована для процесса заполнения. В этом типе процесса заполнения жидкость опускается под действием силы тяжести из контейнера и заполняется в бутылку. Поток жидкости контролируется с помощью клапана, который открывается на определенный период времени. Этот тип метода имеет одно преимущество, заключающееся в том, что он требует меньшего оборудования, чем процессы объемного заполнения. Но имеет следующие недостатки: Заполнение неточно. Медленное заполнение Высоковязкая жидкость не может быть заполнена этим методом.

Объемное дозирование:

В этом типе процесса заполнения фиксированное количество жидкости всасывается шприцем, когда его поршень движется вниз, движение поршня вверх выталкивает это фиксированное количество жидкости наружу. Двигатель используется для перемещения шприца вверх и вниз. Этот процесс более затратный, чем гравитационное наполнение. Мы выбрали объемное наполнение по двум основным причинам: Объемное наполнение быстрее. Поршень, прикрепленный к машине, делает весь процесс быстрым и менее трудоемким. Скорость системы зависит от скорости вращения поршня. Чем больше оборотов двигателя, тем больше скорость системы.

Наша система имеет скорость от 600 до 1500 бутылок в час, что является очень хорошим количеством для промышленного уровня. Объемное наполнение более точное, потому что этот тип машины имеет поршни фиксированного объема, которые калибруются в соответствии с размером бутылки. Точность нашей общей системы составляет 95%, которая может быть дополнительно улучшена до 100% в зависимости от процесса изготовления машины.

Описание системы дозирования по объему

Весь процесс наполнения выполняется с помощью трех основных секций: 1. Механическая секция 2. Электронная секция 3. Секция программного обеспечения.

Механическая секция:

Механическая секция состоит из трех основных блоков. · Блок наполнения · Поворотный стол · Конвейерная лента.

Блок дозирования

Блок наполнения представляет собой прямоугольную коробку, в которой собраны все детали для получения требуемой функции. Вес корпуса не слишком мал, чтобы защитить машину наполнения от рывков при запуске двигателя. Благодаря этому разумному весу машина наполнения запускается очень плавно с рывком.

Внутренний блок наполнения: Мы можем осмотреть изнутри каждую часть блока наполнения. Шприцы всасывают необходимое количество жидкости из контейнера и впрыскивают ее в бутылку с помощью трубы и сопла. Кулачок используется для преобразования кругового движения двигателя переменного тока в линейное движение, чтобы поршень мог двигаться вверх и вниз. Минимальный объем жидкости 40 мл, максимальный 120 мл, может быть заполнен с помощью регуляторов жидкости.

Основной принцип работы:

Основная теория заключается в том, что «если мы контролируем движение поршня вверх и вниз, мы также можем контролировать заполняемую жидкость». Чтобы реализовать этот принцип на практике на нашей машине, мы соединили конец штока поршня с подвижным железным блоком, который движется внутри кулачка на болте. Вращая болт против часовой стрелки, мы регулируем минимальный объем, а вращая болт по часовой стрелке, мы можем регулировать максимальный объем. Цепной и зубчатый механизм обеспечивают связь между двигателем переменного тока и кулачком. Обратный клапан используется для предотвращения выпадения жидкости из сопла при заполнении шприца жидкостью.

Поворотный стол

Поворотный стол — еще одна важная часть этой системы, которая выполняет следующие задачи. 1. Он берет бутылку с конвейерной ленты и подводит ее под сопло наполнителя. Благодаря этому поворотному столу бутылка идеально попадает под него. 2. Сопло, поскольку управление поворотным столом осуществляется таким образом, что он останавливается прямо под соплом. 3. Поворотный стол снова забирает наполненную бутылку с сопла и помещает ее на конвейерную ленту. В нашей системе поворотный стол управляется электроникой. Шаговый двигатель будет поворачиваться на 90 градусов каждый раз с помощью управляющей схемы.

Конвейерная лента

Розлив становится очень эффективным, когда наша разливочная машина объединена с автоматическим конвейером, это увеличивает скорость процесса розлива. Конвейерная лента выполняет следующую функцию в системе. 1. Она транспортирует бутылку к поворотному столу для розлива. 2. Она уносит бутылку от поворотного стола после розлива.

Конвейерная лента состоит из двух роликов, двух направляющих и двигателя постоянного тока. Один ролик вращается двигателем постоянного тока. Лента движется по мере движения ролика. Две направляющие используются для защиты бутылки от падения.

Двигатели и приводы

В процессе розлива используются три двигателя: двигатель переменного тока, двигатель постоянного тока, шаговый двигатель. Двигатель переменного тока приводится в действие 1. При неправильном управлении может возникнуть резонанс. 2. Нелегко работать на очень высоких скоростях. напрямую от источника 220 переменного тока, в то время как двигатель постоянного тока и шаговый двигатель приводятся в действие своими схемами драйверов, каждый из этих двигателей и его драйверов обсуждаются ниже.

Шаговый двигатель и драйвер

Шаговый двигатель может быть хорошим выбором, когда требуется контролируемое движение. Они могут быть использованы с выгодой в приложениях, где вам нужно контролировать угол поворота, скорость, положение и синхронность. Шаговые двигатели нашли свое место во многих различных приложениях. Некоторые из них включают принтеры, плоттеры, высококачественное офисное оборудование, жесткие диски, медицинское оборудование, факсимильные аппараты, автомобильную промышленность, и мы используем его в нашей разливочной машине, потому что он имеет следующие преимущества

Преимущества процесса объемного дозирования

1. Угол поворота двигателя пропорционален входному импульсу (мы хотим, чтобы бутылка была расположена точно под соплом). 2. Двигатель имеет полный крутящий момент в состоянии покоя (если обмотки запитаны). 3. Точное позиционирование и повторяемость движения, поскольку хорошие шаговые двигатели имеют точность 3–5% шага, и эта ошибка не накапливается от одного шага к другому. 4. Превосходный отклик на запуск/остановку/реверс. 5. Очень надежный, поскольку в двигателе нет контактных щеток. Поэтому срок службы двигателя просто зависит от срока службы подшипника. 6. Реакция двигателя на цифровые входные импульсы обеспечивает управление по разомкнутому контуру, что делает двигатель более простым и менее затратным в управлении. 7. Можно достичь очень низкоскоростного синхронного вращения с нагрузкой, которая напрямую связана с валом. 8. Можно реализовать широкий диапазон скоростей вращения, поскольку скорость пропорциональна частоте входных импульсов.

Недостатки

1. При неправильном управлении может возникнуть резонанс. 2. Непросто работать на очень высоких скоростях.

Двигатель и драйвер

Двигатель постоянного тока используется для перемещения конвейерной ленты, двигатель постоянного тока предпочтительнее, поскольку можно изменять скорость, он менее дорогой и имеет хорошее соотношение веса и мощности. Схема привода необходима, поскольку мы хотим контролировать скорость конвейерной ленты. Для управления скоростью двигателя постоянного тока контроллер должен вырабатывать переменное напряжение на выходе, которое увеличивается и уменьшается в соответствии с желаемой скоростью. Если требуется увеличить скорость двигателя, то выход контроллера будет увеличиваться. А если требуется замедлить скорость двигателя постоянного тока, то напряжение на выходе контроллера будет автоматически уменьшаться. Для того чтобы подать пропорциональное напряжение на двигатель постоянного тока, мы используем схему привода, которая подает пропорциональное напряжение на двигатель.

Датчики

В системе наполнения используется четыре датчика, что делает систему более эффективной и надежной, каждый из этих датчиков будет рассмотрен ниже, . · Датчик пустого шприца Этот датчик используется для определения объема жидкости в шприце. Или, другими словами, он определяет уровень жидкости в шприце. Здесь нас интересует только пустой шприц. Когда шприц опустошается, бутылку следует подвести под насадку. После этого шприц всасывает жидкость из контейнера и наполняет бутылку. Этот датчик выполняет следующие задачи. 1. Он определяет жидкость в процессе впрыскивания. 2. Он подает сигнал на ПЛК о том, что теперь бутылку следует подвести под насадку. 3. Он обеспечивает ссылку на шаговый двигатель.

Датчик положения тары

Этот датчик используется для определения наличия или отсутствия бутылки под насадкой. Если бутылка находится под насадкой, то датчик выдаст выход 24 В на ПЛК, а если бутылки нет под насадкой, то датчик выдаст нулевой выход. Когда выход датчика высокий, то насадка наполнит бутылку, а если выход датчика низкий, то система остановится и будет ждать, пока придет бутылка. Когда бутылка придет, то система снова начнет работать и наполнит бутылку.

Как показано выше, когда бутылки нет, то концевой выключатель не будет активирован и выдаст нулевой выход, потому что заземление подключено к нормально замкнутому контакту. Когда бутылка придет, он активирует концевой выключатель, и выход датчика станет высоким.

Измерение уровня жидкости

Датчик уровня жидкости определяет количество жидкости в резервуаре для воды. Преимущества В любой момент, если контейнер опустеет, процесс наполнения будет оставаться в непрерывном рабочем состоянии, и непрерывная потеря электроэнергии, расходы на обслуживание увеличатся, жизненный цикл проекта сведется к минимуму.

Таким образом, основные преимущества использования этого датчика заключаются в следующем: 1. Повышение эффективности 2. Снижение расходов на обслуживание 3. Увеличение жизненного цикла проекта 4. Удовлетворение человеческого фактора. 5. Он снижает электрические заряды

Датчик, используемый в процессе наполнения, представляет собой просто датчик переменного типа сопротивления. Стержень соединен с подвижной частью резистора, а поплавок находится на конце этого стержня. Таким образом, когда уровень жидкости повышается, стержень также поднимается вместе с положением жидкости и, следовательно, изменением сопротивления. ·

Датчик «нет бутылки — нет работы»

Когда нет потери жидкости в бутылке, для устранения этого состояния устанавливается этот датчик. При отсутствии бутылки, когда на конвейерной ленте нет бутылки, механизм поворотного стола находится в рабочем состоянии, в то время как механизм розлива не находится в рабочем состоянии, поворотный стол непрерывно вращается, потому что, когда на ленту поступает новая бутылка, стол вращает ее и подводит точно под сопло.

Раздел программного обеспечения

Промышленная автоматизация в настоящее время жизненно важна для ее процветания, поскольку она во много раз снижает себестоимость продукции, а также повышает производительность. Для этой цели в 60-70-х годах был представлен WLC (т. е. проводной логический контроллер). Это был первый шаг в промышленной автоматизации. Позже были представлены микроконтроллеры, которые имели преимущество большей гибкости по сравнению с WLC. С развитием технологий была представлена ​​очень сложная версия контроллера с очень большой возможностью обработки ввода-вывода и чрезвычайной гибкостью, называемая программируемым логическим контроллером, обычно называемым ПЛК.

Преимущества ПЛК

Большое количество входов и выходов. Простой и язык программирования. Возможен онлайн-мониторинг. Уровни логического уровня высоки. Возможно сетевое взаимодействие

Управление базой данных

База данных — это организованный набор данных. Данные обычно не являются текстовыми, как данные обработки текста, а скорее представляют собой группу элементов, которые вы должны отслеживать, будь то личные данные, клиенты, поставщики, инвентарь, книги или программное обеспечение. . Существует ряд программного обеспечения, используемого для создания и управления структурой базы данных. Мы создали наше управление базой данных на базе MS Access с помощью Visual Basic 6.0.

Процесс розлива жидкости, спроектированный и разработанный в IIEE, соответствует требуемым спецификациям Reagent Laboratory, Pvt. (Ltd.). Проектирование и разработка машины для розлива жидкости с использованием местных ресурсов и производственных мощностей не только экономит иностранную валюту для страны, но и является нашим скудным вкладом в то, чтобы сделать нашу страну самодостаточной.

Исследование повторяемости массы жидкого наполнения на основе метода взвешивания

Традиционный динамический регулятор расхода имеет проблемы высокой проводимости, плохой стабильности системы и точности измерения. В этой статье время наполнения жидкостью контролируется электромагнитным клапаном 0330 компании Burkert в Германии; электронные весы проверяются 100-граммовым грузом класса F2 китайской весовой фабрики Shuiling; масса жидкости после наполнения измеряется электронными весами bt4202s компании Sartorius в Германии, и выполняется повторяемость экспериментального анализа качества жидкости после наполнения. Экспериментальные результаты показывают, что масса жидкого наполнения устройства имеет высокую повторяемость. Это решает проблему низкой повторяемости массы жидкого наполнения с малым расходом и имеет высокую ценность для применения.

В последние годы, с быстрым развитием отечественной фармацевтической, пищевой, безалкогольной и других отраслей промышленности, точность управления наполнением динамического регулятора расхода должна быть все выше и выше для медицинской фармацевтической, безалкогольной и медицинской продукции. Однако точность электромагнитного регулятора расхода, произведенного до сих пор в Китае, не может удовлетворить требованиям вышеуказанных отраслей. Поэтому улучшение и повышение точности динамического регулятора расхода стало главным приоритетом текущих исследований.

Как мы все знаем, высокоточный динамический регулятор расхода широко используется в промышленности, сельском хозяйстве, медицине, повседневной жизни и других областях. С непрерывным развитием экономики и технологий соответствующая технология также достигла определенного прогресса. В настоящее время в Китае есть определенные экономические и технические возможности для разработки высокоточного динамического регулятора расхода для наполнения с независимыми правами интеллектуальной собственности.

Существующие на рынке высокоточные динамические регуляторы расхода имеют проблемы относительно высокой проводимости, плохой стабильности системы и точности измерения, которые не могут соответствовать требованиям GB17323-1998 «бутилированная питьевая вода».

В этой статье время заполнения жидкостью контролируется электромагнитным клапаном 0330 компании Burkert в Германии, а масса жидкости после заполнения измеряется электронными весами bt4202s компании Sartorius в Германии, и анализируется повторяемость массы жидкости после заполнения. Экспериментальные результаты показывают, что устройство, показанное на рисунке 1, имеет высокую повторяемость для массы заполнения жидкостью.

Электромагнитный клапан

Принцип работы В данной работе выбраны двухпозиционный два нормально открытых электромагнитных клапана и двухпозиционный два нормально закрытых электромагнитных клапана компании Burkert. Когда требуется заполнение жидкостью, верхний компьютер выдает сигнал высокого уровня 5 В. Однако, поскольку электромагнитный клапан должен приводиться в действие 24 В, добавляется схема привода от 5 В до 24 В, как показано на рисунке 2(a). Схема привода подает напряжение 24 В на нормально закрытый электронный клапан, как показано на рисунке 2(b), и нормально закрытый электромагнитный клапан открывается. Начинается заполнение жидкостью; аналогично, когда время достигает значения настройки таймера, триггер прерывается, схема привода подает напряжение 24 В на нормально открытый электронный клапан, нормально открытый электромагнитный клапан закрывается, и заполнение жидкостью заканчивается.

Электронные весы. Поверка

(1) Возьмите 10 средних распределенных точек (100 г, 200 г, 300 г, 400 г, 500 г, 600 г, 700 г, 800 г, 900 г, 1000 г) в пределах использования, которые составляют 4200 г; (2) Постепенно нагружайте стандартный вес от 0 г до 1000 г, чтобы завершить первую проверку; (3) Разгружайте от 1000 г до 0 г и завершайте вторую проверку; (4) Запишите массу загрузки, массу разгрузки и показания электронных весов для каждой точки соответственно; (5) Повторите 10 испытаний.

Расчет неопределенности

Обращайтесь к методу расчета неопределенности весового прибора, указанному в правилах проверки эталонного устройства расхода жидкости JJG164-2000, чтобы рассчитать неопределенность электронных весов.

Использование метода взвешивания для измерения массы жидкого наполнения и расчета ее повторяемости

Масса жидкого наполнения измеряется методом взвешивания, а повторяемость рассчитывается методом диапазона. Измерение массы жидкого наполнения методом взвешивания. (1) Откройте процедуру испытания на повторяемость оборудования и отрегулируйте показания электронных весов на ноль; (2) Включите оборудование и установите ПИД-регулятор преобразователя частоты на 50%. Запустите преобразователь частоты и дождитесь, пока устройство достигнет стабильного состояния; (3) Отрегулируйте показания электронных весов на ноль, затем нажмите кнопку запуска теста, чтобы открыть электромагнитный клапан; (4) Записывайте данные электронных весов каждые 20 секунд; (5) После завершения записи данных жидкость в контейнере должна быть вылита, а показания электронных весов должны быть отрегулированы на ноль в то же время; (6) Повторите шаги (4) и (5).

Заключение

Благодаря проверке электронных весов и использованию метода взвешивания и нормально открытого и нормально закрытого электромагнитного клапана экспериментальные результаты показывают, что повторяемость массы наполнения жидкости находится в пределах 0,15% после многократных измерений, как показано в Таблице 3, что имеет высокую повторяемость. Этот метод решает проблему низкой повторяемости массы наполнения жидкости с малым расходом на предприятиях и имеет высокую прикладную ценность.