1 前言
在果蔬汁飲料無菌灌裝行業, 隨著灌裝產品的多樣化, 灌裝量精確化要求, 電子秤稱重計量越來越成為無菌定量灌裝的主要方法。灌裝產品如果含有顆粒物或存在電導率不均勻, 流量不穩等因素會導致流量計計量誤差較大。利用電子稱計量可以有效的避免以上缺點, 可滿足多品種產品的無菌定量灌裝, 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量原理。灌裝容器承壓在動工作臺上, 動工作臺通過稱重傳感器連接至靜工作臺。灌裝量的增大使稱重傳感器發生形變, 并變換為電阻信號的輸出。檢測電阻信號, 將其變換為重量物理值。
2 無菌灌裝重量常用采集方式
無菌灌裝稱重計量多用電阻應變片式稱重傳感器, 常用硬件搭接結構為傳感器電阻信號經分配器匹配求和后輸出給稱重儀表, 稱重儀表將電阻信號變換為重量值。同時, 稱重儀表將重量值通過4-20m A電流信號輸出給PLC的模擬量輸入模塊, PLC利用采集的重量值進行設備整體的邏輯控制。稱重儀表帶有I/O控制端口, 可進行清零、去皮等操作。
此傳統模式有如下缺點:
(1) 電氣系統連接點較多;
(2) PLC采集的模擬量信號即使受到微弱干擾, 也會對精確灌裝造成影響;
圖1:無菌灌裝稱重計量示意圖圖 下載原圖
1.灌裝容器;2.動工作臺;3.電阻應變式稱重傳感器;4.靜工作臺
(3) 如設備中集成了觸摸屏, 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) 重量的標定、參數設置需在儀表中進行, 集成化程度低。
基于以上傳統模式的不足, 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的應用
3.1 稱重模塊SIWAREX WP231簡介
表1:WP231稱重計量所需命令代碼 下載原表
圖2:稱重傳感器WP231搭接方式 下載原圖
圖3:WP231的軟件編程調用 下載原圖
圖4:標定界面 下載原圖
SIWAREX WP231是一款通用型稱重模塊, 適用于大多數稱重計量和測力應用。緊湊型模塊設計, 易于安裝在S7-1200 PLC系統中, 同時也可脫離CPU獨立運行。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。帶有四路數字量輸入和四路數字量輸出, 一路模擬量輸出, 具有以太網接口和RS485通信接口, 可以非常方便的與觸摸屏、SIWATOOL V7軟件及第三方設備進行MODBUS TCP/IP和MODBUS RTU通信。
3.2 SIWAREX WP231在灌裝稱重系統的硬件搭接
如圖2所示, 信號分配器輸出的電阻信號直接連接至稱重模塊, 稱重模塊WP231與PLC CPU之間通過內部總線連接, 避免模擬量信號傳輸過程中的干擾影響。WP231可無縫集成于PLC、觸摸屏的電氣系統中, 可通過在觸摸屏中的組態對稱重系統進行標定、參數設置等操作。
3.3 SIWAREX WP231在博途軟件中的組態
以西門子1200系列PLC為例說明。WP231通過內部總線與CPU1214C連接, CPU通過profinet協議與觸摸屏連接。
3.4 SIWAREX WP231在博途中軟件中的程序設計
打開編程軟件, 調用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:設定輸入地址的起始地址68。稱重模塊WP231當前的重量、模塊狀態、參數設置、數字量輸入輸出及模擬量輸出的狀態都存儲在背景數據塊DB6中。
3.5 SIWAREX WP231參數設置與標定
稱重模塊WP231的過程值、狀態、參數存儲于調用FB231時相對應的背景數據塊DB6中。其中在無菌灌裝稱重中主要應用的參數如下:
PROCESS_VAL_1:當前毛重 (去皮后為凈重;i_CMD_CODE:命令代碼;bo_CMD_TRIGGER:命令觸發位;DR3:標定有關的參數;DR10:稱重傳感器特征值。
無菌灌裝稱重計量的重量值存儲在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設備的計量控制。
對地址左大袋稱重_s_CMD1_i_CMD_CODE寫入命令代碼, 同時觸發命令執行位bo_CMD_TRIGGER, 可執行標定、清零、去皮等稱重功能, 所需命令代碼如表1所示。
通過觸摸屏中組態標定界面來標定電子秤, 如圖4所示。標定界面中的按鈕、I/O域與參數、命令代碼相對應。首先寫入必要參數DR3和DR10。輸入電子秤參數后, 點擊開始標定, 啟動WP231的服務模式。在空秤情況下,
點擊零點標定, 放置標定砝碼 (或其他已知重量物體) , 點擊砝碼標定。點擊標定結束, 關閉WP231的服務模式, 電子秤輕松完成標定。
在灌裝機工作過程中, 可在觸摸屏中設定所需灌裝量。灌裝量到達設定值后, PLC進行停止灌裝的控制。
4 結語
電子秤計量精度高, 灌裝量誤差不依賴溫度、流量、產品等其他工藝參數, 是目前灌裝機主要采用的計量方式。采用西門子稱重模塊SIWAREX WP231替代傳統稱重儀表的方式, 降低模擬量信號的易受干擾因素, 將稱重傳感器信號更可靠的采集到PLC控制器中。同時, PLC、稱重單元、觸摸屏無縫結合, 大大提高了灌裝機電氣系統的集成度, 簡化電氣系統, 減少故障點。稱重單元的參數修改, 標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中, 為稱重系統的遠程診斷創造了硬件基礎。具有強大功能的稱重模塊, 使用范圍廣, 利于灌裝機產品的系列化, 標準化。稱重模塊的成本與市場中主流稱重儀表的成本相當, 不會增加稱重系統的總體成本。