文/鐘健威

水傳感器在液位灌裝控制的應(yīng)用

文/鐘健威

液體類的灌裝在食品方面需求很廣——本文介紹了一種以水傳感器作為檢測元件，以統(tǒng)一灌裝液面為標(biāo)準(zhǔn)的灌裝裝置。此裝置的主要成分是以水為被檢測介質(zhì)，通過PLC控制來實(shí)現(xiàn)液位灌裝。通過水傳感器實(shí)現(xiàn)液位定位灌裝，不僅使灌裝液位達(dá)到統(tǒng)一的水平位置，而且簡化了灌裝機(jī)的結(jié)構(gòu)，減少了機(jī)器后期的維護(hù)成本。其整套設(shè)備的制作成本只有流量灌裝和稱重灌裝的30%，是一種值得廣泛推廣的新型智能灌裝方式。

液體類的灌裝在食品方面需求很廣。目前主要是通過容積定量來實(shí)現(xiàn)，主要包括流量灌裝和稱重灌裝。但實(shí)際上，用于灌裝的瓶子會存在精度誤差，特別是玻璃瓶尺寸公差大，導(dǎo)致瓶內(nèi)容積相差較大，同樣體積或重量的產(chǎn)品灌裝到瓶后，表現(xiàn)出來的液位是高低不平的，不僅讓消費(fèi)者覺得產(chǎn)品檔次低，更有甚者會認(rèn)為生產(chǎn)廠家短斤缺兩，從而影響產(chǎn)品銷量。對于透明的容器，為了讓里面的液面均勻一致地呈現(xiàn)在貨架上，從而提出液位定位灌裝的要求。

圖1 灌裝機(jī)液位灌裝示意圖

液位定位灌裝原理及其結(jié)構(gòu)

液位灌裝是一種能夠在灌裝液體到達(dá)指定液位后，精準(zhǔn)關(guān)閥停止灌裝的裝置。由傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，通過PLC控制實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確開關(guān)閥。如圖1所示的4.5 L瓶型的旋轉(zhuǎn)式液位定位灌裝機(jī)，其整個動作過程是：當(dāng)空瓶子到達(dá)灌裝工位下，馬上打開灌裝閥，當(dāng)灌裝液面到了設(shè)定的高度后，觸發(fā)液位傳感器發(fā)出信號關(guān)閉灌裝閥。

傳感器和灌裝閥組成一套液位灌裝部件。首先在傳感器方面，要求能精確地檢測到液位到達(dá)的位置，而且不能受到灌裝產(chǎn)生的水花以及液體灌裝時(shí)產(chǎn)生的泡沫的干擾。其次在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，要關(guān)閥快速，達(dá)到液位準(zhǔn)確。因?yàn)橐何欢ㄎ还嘌b無需將灌裝閥伸進(jìn)瓶子，灌裝進(jìn)瓶口的水柱需要達(dá)到不發(fā)散、集中和限流的效果。所以灌裝頭采用錐形管，管型上大下小，并在管路出水口中間加限流和濾網(wǎng)。

液位定位灌裝裝置控制方法

傳感器的選型：為了達(dá)到高速灌裝，采用底部進(jìn)水的壓力灌裝方式。但這樣會在灌裝過程中，導(dǎo)致瓶子內(nèi)部出現(xiàn)大量水花，從而增加對液面到達(dá)準(zhǔn)確液位的干擾。經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)測試，德國勞易測電子（Leuze electronic）公司的一款檢測水傳感器能夠達(dá)到檢測效果。勞易測電子公司的水傳感器配備特殊的光源，該光源對水分子異常的敏感，只要被檢測的溶液所含的水分子足夠多，就可以利用該傳感器來檢測。且傳感器本身全不銹鋼外殼及IP69K的防護(hù)等級，也非常適合于食品飲料行業(yè)應(yīng)用。傳感器的性能參數(shù)如表1所示。

灌裝閥的選型：由于是帶壓力灌裝的，故需要灌裝閥的反應(yīng)速度非?？臁６移孔油庑卧诳拷靠谖恢妹黠@收窄，為了防止灌裝到最后水會濺出瓶口，灌裝閥采用二級閥隔膜閥，在提前到達(dá)目標(biāo)液位位置時(shí)，減少灌裝閥的流量以控制灌裝精度。

液位定位灌裝的控制：首先，為適應(yīng)不同的瓶型和灌裝水柱，該水傳感器一共有4個檔的光強(qiáng)輸出，選擇正確的傳感器光強(qiáng)度檔位，可以有效提高灌裝的準(zhǔn)確性。其次，傳感器的安裝位置如圖2所示，盡量避開瓶口灌裝水柱的位置，以減少傳感器的誤判。最后，通過PLC在程序方面完善兩級隔膜閥的開關(guān)時(shí)機(jī)，就可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的液位控制。

表1 傳感器的性能參數(shù)

圖2 水檢測的光路安裝

結(jié)論

通過水傳感器實(shí)現(xiàn)液位定位灌裝，不僅使灌裝液位達(dá)到統(tǒng)一的水平位置，而且簡化了灌裝機(jī)的結(jié)構(gòu)，減少了機(jī)器后期的維護(hù)成本。其整套設(shè)備的制作成本只有流量灌裝和稱重灌裝的30%，是一種值得廣泛推廣的新型智能灌裝方式。

[1] 陳軍陽. 稱重式灌裝系統(tǒng)的應(yīng)用[J]. 機(jī)電工程技術(shù). 2011(07);

[2] 歐陽曉燕, 李聚剛. 電磁流量計(jì)在無菌灌裝系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 中國高新技術(shù)企業(yè). 2013(04)。

本文作者系廣州達(dá)意隆包裝機(jī)械股份有限公司電氣工程師。