1 前言
在果蔬汁飲料無菌灌裝行業(yè), 隨著灌裝產(chǎn)品的多樣化, 灌裝量精確化要求, 電子秤稱重計(jì)量越來越成為無菌定量灌裝的主要方法。灌裝產(chǎn)品如果含有顆粒物或存在電導(dǎo)率不均勻, 流量不穩(wěn)等因素會(huì)導(dǎo)致流量計(jì)計(jì)量誤差較大。利用電子稱計(jì)量可以有效的避免以上缺點(diǎn), 可滿足多品種產(chǎn)品的無菌定量灌裝, 大大提高了灌裝精度。
如圖1, 無菌灌裝中, 通常采用的電子秤計(jì)量原理。灌裝容器承壓在動(dòng)工作臺(tái)上, 動(dòng)工作臺(tái)通過稱重傳感器連接至靜工作臺(tái)。灌裝量的增大使稱重傳感器發(fā)生形變, 并變換為電阻信號(hào)的輸出。檢測電阻信號(hào), 將其變換為重量物理值。
2 無菌灌裝重量常用采集方式
無菌灌裝稱重計(jì)量多用電阻應(yīng)變片式稱重傳感器, 常用硬件搭接結(jié)構(gòu)為傳感器電阻信號(hào)經(jīng)分配器匹配求和后輸出給稱重儀表, 稱重儀表將電阻信號(hào)變換為重量值。同時(shí), 稱重儀表將重量值通過4-20m A電流信號(hào)輸出給PLC的模擬量輸入模塊, PLC利用采集的重量值進(jìn)行設(shè)備整體的邏輯控制。稱重儀表帶有I/O控制端口, 可進(jìn)行清零、去皮等操作。
此傳統(tǒng)模式有如下缺點(diǎn):
(1) 電氣系統(tǒng)連接點(diǎn)較多;
(2) PLC采集的模擬量信號(hào)即使受到微弱干擾, 也會(huì)對(duì)精確灌裝造成影響;
圖1:無菌灌裝稱重計(jì)量示意圖圖 下載原圖
1.灌裝容器;2.動(dòng)工作臺(tái);3.電阻應(yīng)變式稱重傳感器;4.靜工作臺(tái)
(3) 如設(shè)備中集成了觸摸屏, 一般很難將觸摸屏顯示的重量值與稱重儀表顯示的重量值一致;
(4) 重量的標(biāo)定、參數(shù)設(shè)置需在儀表中進(jìn)行, 集成化程度低。
基于以上傳統(tǒng)模式的不足, 如采用西門子的稱重模塊WP231可取得更理想的效果。
3 西門子稱重模塊WP231的應(yīng)用
3.1 稱重模塊SIWAREX WP231簡介
表1:WP231稱重計(jì)量所需命令代碼 下載原表
圖2:稱重傳感器WP231搭接方式 下載原圖
圖3:WP231的軟件編程調(diào)用 下載原圖
圖4:標(biāo)定界面 下載原圖
SIWAREX WP231是一款通用型稱重模塊, 適用于大多數(shù)稱重計(jì)量和測力應(yīng)用。緊湊型模塊設(shè)計(jì), 易于安裝在S7-1200 PLC系統(tǒng)中, 同時(shí)也可脫離CPU獨(dú)立運(yùn)行。該模塊可以連接四線制和六線制稱重傳感器, 測量精度為0.05%, 檢定分度為3000, 分辨率為1百萬, 采樣周期為10ms。帶有四路數(shù)字量輸入和四路數(shù)字量輸出, 一路模擬量輸出, 具有以太網(wǎng)接口和RS485通信接口, 可以非常方便的與觸摸屏、SIWATOOL V7軟件及第三方設(shè)備進(jìn)行MODBUS TCP/IP和MODBUS RTU通信。
3.2 SIWAREX WP231在灌裝稱重系統(tǒng)的硬件搭接
如圖2所示, 信號(hào)分配器輸出的電阻信號(hào)直接連接至稱重模塊, 稱重模塊WP231與PLC CPU之間通過內(nèi)部總線連接, 避免模擬量信號(hào)傳輸過程中的干擾影響。WP231可無縫集成于PLC、觸摸屏的電氣系統(tǒng)中, 可通過在觸摸屏中的組態(tài)對(duì)稱重系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定、參數(shù)設(shè)置等操作。
3.3 SIWAREX WP231在博途軟件中的組態(tài)
以西門子1200系列PLC為例說明。WP231通過內(nèi)部總線與CPU1214C連接, CPU通過profinet協(xié)議與觸摸屏連接。
3.4 SIWAREX WP231在博途中軟件中的程序設(shè)計(jì)
打開編程軟件, 調(diào)用FB231功能塊, 如圖3所示。它是稱重模塊與S7-1200之間的通信接口。管腳ADDR:設(shè)定輸入地址的起始地址68。稱重模塊WP231當(dāng)前的重量、模塊狀態(tài)、參數(shù)設(shè)置、數(shù)字量輸入輸出及模擬量輸出的狀態(tài)都存儲(chǔ)在背景數(shù)據(jù)塊DB6中。
3.5 SIWAREX WP231參數(shù)設(shè)置與標(biāo)定
稱重模塊WP231的過程值、狀態(tài)、參數(shù)存儲(chǔ)于調(diào)用FB231時(shí)相對(duì)應(yīng)的背景數(shù)據(jù)塊DB6中。其中在無菌灌裝稱重中主要應(yīng)用的參數(shù)如下:
PROCESS_VAL_1:當(dāng)前毛重 (去皮后為凈重;i_CMD_CODE:命令代碼;bo_CMD_TRIGGER:命令觸發(fā)位;DR3:標(biāo)定有關(guān)的參數(shù);DR10:稱重傳感器特征值。
無菌灌裝稱重計(jì)量的重量值存儲(chǔ)在PROCESS_VAL_1, CPU只需尋址"左大袋稱重".s_IO_DATA.PROCESS_VAL_1, 可讀取該重量值用于灌裝機(jī)設(shè)備的計(jì)量控制。
對(duì)地址左大袋稱重_s_CMD1_i_CMD_CODE寫入命令代碼, 同時(shí)觸發(fā)命令執(zhí)行位bo_CMD_TRIGGER, 可執(zhí)行標(biāo)定、清零、去皮等稱重功能, 所需命令代碼如表1所示。
通過觸摸屏中組態(tài)標(biāo)定界面來標(biāo)定電子秤, 如圖4所示。標(biāo)定界面中的按鈕、I/O域與參數(shù)、命令代碼相對(duì)應(yīng)。首先寫入必要參數(shù)DR3和DR10。輸入電子秤參數(shù)后, 點(diǎn)擊開始標(biāo)定, 啟動(dòng)WP231的服務(wù)模式。在空秤情況下,
點(diǎn)擊零點(diǎn)標(biāo)定, 放置標(biāo)定砝碼 (或其他已知重量物體) , 點(diǎn)擊砝碼標(biāo)定。點(diǎn)擊標(biāo)定結(jié)束, 關(guān)閉WP231的服務(wù)模式, 電子秤輕松完成標(biāo)定。
在灌裝機(jī)工作過程中, 可在觸摸屏中設(shè)定所需灌裝量。灌裝量到達(dá)設(shè)定值后, PLC進(jìn)行停止灌裝的控制。
4 結(jié)語
電子秤計(jì)量精度高, 灌裝量誤差不依賴溫度、流量、產(chǎn)品等其他工藝參數(shù), 是目前灌裝機(jī)主要采用的計(jì)量方式。采用西門子稱重模塊SIWAREX WP231替代傳統(tǒng)稱重儀表的方式, 降低模擬量信號(hào)的易受干擾因素, 將稱重傳感器信號(hào)更可靠的采集到PLC控制器中。同時(shí), PLC、稱重單元、觸摸屏無縫結(jié)合, 大大提高了灌裝機(jī)電氣系統(tǒng)的集成度, 簡化電氣系統(tǒng), 減少故障點(diǎn)。稱重單元的參數(shù)修改, 標(biāo)定等操作集成于觸摸屏中, 方便操作。稱重模塊的故障信息可方便的讀取到控制系統(tǒng)中, 為稱重系統(tǒng)的遠(yuǎn)程診斷創(chuàng)造了硬件基礎(chǔ)。具有強(qiáng)大功能的稱重模塊, 使用范圍廣, 利于灌裝機(jī)產(chǎn)品的系列化, 標(biāo)準(zhǔn)化。稱重模塊的成本與市場中主流稱重儀表的成本相當(dāng), 不會(huì)增加稱重系統(tǒng)的總體成本。