對於高粘度密封膠等粘性物料的散裝灌裝，與普通液體物料相比，稱重灌裝方式有所不同。比如噴槍結構不同，普通液體物料一般采用帶底閥的灌裝噴槍，粘性物料一般采用不帶底閥的噴槍，噴槍口直徑明顯增大；進料不同，普通液體物料一般由球閥控製，粘性物料一般由罐式壓力機控製；噴槍升降控製不同。對於普通液體物料，一般采用氣缸驅動噴槍升降，對於粘性物料，可以采用步進電機驅動滾珠絲杠升降噴槍。介紹了一種用於灌裝粘性物料的200升鬥式托盤灌裝秤。噴槍升降由步進係統控製，稱重數據由高精度稱重儀采集，灌裝過程和步進係統由PLC、觸摸屏、傳感器等電氣元件控製。該係統有效提高了操作人員的工作效率和產品包裝質量，明顯降低了操作人員的勞動強度，大大提高了企業的生產效率、質量、安全和自動化水平。
1粘性物料大桶灌裝秤簡介。
1.1結構組成。

灌裝秤主要由稱重平台、支撐柱、滾珠絲杠、灌裝管道、灌裝槍、鍋壓、移動過濾器、通風裝置、電氣控製箱、步進電機等組成。結構示意圖如圖1所示。稱重平台最大量程為1500kg，分度值為0.5kg，稱重數據通過連接稱重儀表上傳。支撐柱支撐整個灌裝機構，包括滾珠絲杠、步進電機、灌裝管道等的支撐。步進電機驅動滾珠絲杠帶動灌裝管道和灌裝槍升降。灌裝時，壓罐機將物料壓入後，通過活動過濾器、灌裝管道和灌裝槍將物料壓入包裝鐵桶。如果正常灌裝管道出現故障，可以使用備用灌裝管道繼續包裝，以滿足生產需要。有機玻璃壓板可有效防止填充物中的雜質落入包裝桶內。木質插板可以有效保護秤台表麵，減少秤台上包裝鐵桶的磨損。同時，木插板設計有旋轉結構，上麵可以同時放置四個包裝鐵桶。當一個桶裝滿時，其他空桶可以通過手動旋轉木製插入板到噴槍正下方來裝滿，直到所有四個桶都裝滿。
1.2工作原理。
灌裝秤的工作原理如圖2所示。灌裝秤的物料是通過可編程控製器間接控製鍋壓給定的。平壓機的啟動通常是手動啟動，平壓機的停止由PLC自動控製。灌裝前，噴槍通常會降低到更靠近桶底的位置。灌裝後，噴槍應隨著灌裝重量的增加而自動緩慢提升。PLC根據稱重儀采集的重量數據和設定的數據，驅動滾珠絲杠緩慢提升噴槍，使噴槍嘴在整個灌裝過程中始終處於物料的平均液位之上，噴槍嘴與物料的平均液位之間的距離能夠盡可能保持相對穩定，可以有效保證物料能夠完全灌裝到包裝筒內，並使物料在包裝筒內不同位置的密度保持一致。灌裝秤通過步進係統驅動滾珠絲杠提升噴槍，控製精度高，控製方式靈活，參數設置方便，能夠滿足灌裝過程中粘稠物料提升噴槍的相關要求。

2控製係統方案設計。
灌裝秤控製係統的方案圖如圖3所示，其中PLC為控製中心，衡器采集稱重傳感器的數據，PLC與衡器以串行通信方式交換信息。接近傳感器是四個感應式接近開關，主要檢測噴槍的四個關鍵位置，即噴槍最高位置、噴槍上升到位、噴槍在筒內、噴槍下降到位。開關按鈕主要包括手動/自動/備用選擇開關、手動升降噴槍開關、快/慢升降噴槍選擇開關、啟動/停止加注按鈕等。PLC控製步進驅動器，步進驅動器驅動步進電機運行，步進電機驅動滾珠絲杠，從而提升噴槍精確定位。指示燈用於指示灌裝狀態並輸出報警狀態，繼電器用於間接控製氮氣吹掃和壓機壓板。觸摸屏用於設置灌裝參數，顯示灌裝數據、狀態和報警。

3.硬件係統設計。
灌裝秤的硬件係統設計主要包括PLCI/O分配表、電氣原理圖設計、部件清單等。下麵介紹PLCI/O分配表和PLC主模塊原理圖設計。
可編程控製器輸入輸出分配表。
灌裝秤控製係統可編程控製器輸入輸出分配表見表1。該表主要列出了PLC使用的輸入/輸出地址和信號名稱，但備用地址沒有完全列出。

3.2PLC主模塊原理圖設計。
可編程控製器采用西門子S7-200的CPU224XP-DC/DC/DC。主模塊有兩個端口，端口1與稱重儀表串行通信，端口0可以與打印機或主機連接進行通信，通信模塊EM277配置為與TP觸摸屏通信。PLC主模塊接線示意圖如圖4所示。圖中，+E1和-E1是DC24V的正負端子，+E2和-E2是DC5V的正負端子。由於步進電機驅動控製器的脈衝端和方向端要求為DC5V信號，1m和1l+端分別連接到DC5V的負端和正端。PLC的m+和l+電源端子分別連接到dc24v的負極和正極端子。輸入部分的開關和按鈕基本布置在現場控製箱的麵板上，其中SA13選擇一個三位自複位選擇開關，SA14選擇一個三位自鎖選擇開關，SA14用於選擇三種控製模式。輸出部分q0.0和q0.2分別接步進驅動器的脈衝信號端和方向信號端，q0.7接氮氣吹掃控製的ka11繼電器，ka11輔助觸點控製氮氣吹掃電磁閥，q1.0接壓板聯鎖控製繼電器ka12，ka12輔助觸點接壓板控製電路。

4.軟件係統設計。
灌裝秤的軟件係統設計主要包括控製需求分析、控製流程梳理和可編程控製器編程。
4.1灌裝控製要求。
本文將灌裝秤的控製要求主要分為三種模式，即自動模式、手動模式和待機模式。
4.1.1自動模式。
自動模式一般用於正常灌裝。具體控製要求包括:觸摸屏可以設置灌裝數據，帶配方功能，使用配方功能對常用的灌裝物料進行參數設置；噴槍提升速度可通過觸摸屏設定和修改。噴槍的提升速度可以分為快和慢兩種選擇。快擋細分為五擋，慢擋也細分為五擋。總提升速度可設置為10檔，有效滿足不同物料對噴槍提升速度的要求。印刷機的開啟應與噴槍的下降互鎖。在開始填充之前，隻有在噴槍下降後才能打開壓機。觸摸屏應有提示信息，操作人員核實數據後手動打開按鍵。在灌裝過程中，壓機始終處於工作狀態。當填充料的重量達到目標值時，係統會自動停止壓製；在整個灌裝過程中，噴槍始終處於液麵以上，噴槍頭不能進入物料進行灌裝。噴槍應隨著填充材料重量的增加而不斷升級，噴槍頭與液位的距離應盡可能保持相對穩定；氮氣吹掃控製:當開始充裝且噴槍到位時，係統自動控製氮氣吹掃電磁閥通電，開始氮氣吹掃，延時10秒後自動關閉氮氣吹掃；四個空桶可以同時放在秤台上。一桶加滿後，繼續加下一桶。四個桶都裝滿後，用叉車將重桶從秤台上提起。灌裝前可在觸摸屏上選擇單桶灌裝或多桶灌裝；在自動模式下，填充秤具有斷電記憶功能。通電後，按下啟動按鈕，灌裝秤可以繼續在斷電前的狀態下灌裝。
4.1.2手動模式。
灌裝桶不空時一般采用手動模式。例如，如果桶裏有一些材料，首先通過觸摸屏修改填充目標值。目標值應根據桶中現有材料的重量手動計算。此時，也可以修改其他參數。然後手動操作噴槍提升到桶內合適的位置，然後按下啟動按鈕進行加注。後續填充過程與自動模式基本相同。

4.2灌裝控製流程。
自動模式下灌裝秤的灌裝流程圖如圖5所示。初始狀態下，叉車將四個空桶提升至秤台，在觸摸屏上設置好相關參數後，按下控製箱上的開始按鈕開始灌裝；然後判斷毛重狀態，如果不是，則向儀器發送去皮命令，如果是，則判斷空桶是否稱重，通過比較儀器的顯示值和毛重狀態下空桶的重量來判斷空桶是否稱重。PLC控製步進係統使噴槍下降，當噴槍下降到接近傳感器檢測到的位置時停止；Plc向儀器發送去皮命令，去皮判斷成功後，開始正式灌裝，此時啟動壓機，開始氮氣吹掃；在填充期間，係統總是將當前填充值與目標值進行比較。同時，當填充值達到噴槍單次提升值時，PLC控製步進係統提升噴槍的固定高度。噴槍的單個提升值、提升速度和固定高度可以在觸摸屏上設置和修改。當灌裝值達到目標值時，停止灌裝，關閉壓機，延時10秒，關閉氮氣吹掃，判斷公差；係統將噴槍提升到該位置，該位置由相應的接近傳感器檢測；此時，一桶材料的填充完全完成。然後，手動將秤上未填充的空桶旋轉到噴槍口正下方，按下開始按鈕繼續填充下一桶。

4.3PLC編程。
灌裝秤的PLC程序設計采用主程序調用子程序的結構，包括儀表通訊、灌裝K8凯发登录入口控製、步進控製、數據記錄、上位DP通訊、觸摸屏報警和打印等。下麵描述步進控製子程序。
本文中步進控製中高速脈衝的輸出方法采用西門子S7-200的運動包絡形式，通過編程軟件的位控製引導產生pto0_ctrl(控製)、pto0_run(運行運動包絡)、pto0_man(手動模式)、pto0_ldpos(加載位置)四個PTO(脈衝串輸出)指令模塊，然後在步進控製子程序中再次調用。引用該論文王誌平，王誌平.自動化應用，2012(4):55-58。[5]王瑞趙彥偉。200L桶裝潤滑油生產線技術改造[工業自動化與儀表，2017，44(1):108-110。j】。程序包括:電機運動方向控製在電機速度5檔選擇的控製部分，0~4分別代表12、36、60、84、99cm/min的速度；pto0_man指令的快慢賦值控製:計算每次提升噴槍時電機移動的距離和脈衝數；包絡數從0到4選擇時，計算加速、恒速和減速脈衝數；編程調用pto0_run指令；編程調用pto0_ctrl指令；編程調用pto0_man指令；pto0_ldpos指令的編程和調用。pto0_run指令的程序段如下:
總是開啟:SM0.0.
ＬＤ Ａｌｗａｙｓ_Ｏｎ：ＳＭ０． ０
＝ Ｌ６０． ０
ＬＤ ｍｏｔｏｒ_ｒｕｎ１：Ｍ2３． ０
Ｏ ｍｏｔｏｒ_ｒｕｎ2：Ｍ2３． １
＝ Ｌ６３． ７
ＬＤ Ｌ６０． ０
ＣＡＬＬ ＰＴＯ０_ＲＵＮ：ＳＢＲ８，Ｌ６３． ７，包絡編號：ＶＢ2６０１，噴槍
在桶內開關：Ｉ2． 2，Ｖ2７００． ０，ＶＢ2７０１，ＶＢ2７０2，ＶＢ2７０３，ＶＤ2７０4
此段程序中ＳＭ０． ０ 為ＰＴＯ０_ＲＵＮ 指令的使能信號，Ｍ2３． ０
或Ｍ2３． １ 為ＰＴＯ０ 運行的激活條件，ＶＢ2６０１ 為ＰＴＯ０ 的包絡編
號或符號名，Ｉ2． 2 為ＰＴＯ０ 的停止條件。
其中ＰＴＯ０_ＬＤＰＯＳ 指令的程序段如下所示：
ＬＤ Ａｌｗａｙｓ_Ｏｎ：ＳＭ０． ０
＝ Ｌ６０． ０
ＬＤ ｍｏｔｏｒ_ｒｕｎ１：Ｍ2３． ０
ＬＤ 噴槍升到位開關：Ｉ2． １
ＥＵ
ＯＬＤ
＝ Ｌ６３． ７
ＬＤ Ｌ６０． ０
ＣＡＬＬ ＰＴＯ０_ＬＤＰＯＳ：ＳＢＲ１０，Ｌ６３． ７，０，Ｖ2７６０． ０，ＶＢ2７６１，
ＶＤ2７６2
此段程序中ＳＭ０． ０  為ＰＴＯ０ _ ＬＤＰＯＳ  指令的使能信號， Ｍ2３． ０ 或Ｉ2． １ 上升沿為ＰＴＯ０ 脈衝計數清零（即為新的零位置）的條件。
5結束語。
本文介紹的粘性物料增值稅專用灌裝秤已在一家外資有機矽企業成功應用，運行狀況良好，係統運行穩定，大大提高了生產效率和灌裝產品的質量，降低了操作人員的勞動強度，提高了灌裝秤的自動化水平，為企業取得了良好的經濟效益。在使用過程中，也發現了一些不足。比如因為物料粘性很大，每一桶灌裝後，噴槍口的物料和桶內的物料粘在一起，需要人工操作才能將物料分開。後續的改造可以考慮這部分的優化設計。
自動化程度高。