缺瓶检测与自动控制的结合在啤酒行业的应用

李晨

摘 要：针对啤酒行业包装箱内经常出现缺瓶的情况，通过产品的包装特点，结合现场实际情况，对输箱皮带环节进行改造，在码垛机前的输箱皮带上增加缺瓶检测的设计方案，采用接近开关和光电开关相结合检测的方式，结合西门子S7-300PLC的程序控制，进行程序在线检测，实现缺瓶检测功能，通过初步的调试以及生产中的观察，达到设计之初的计划可行性，降低了操作人员的工作强度，提高了产品质量。

关键词： PLC；自动化；缺瓶检测

接近开关的原理是通过与金属间接接触就可以触发动作的一种开关，当物体的金属部分靠近开关的检测面时，就会触发感应，免除了金属的触碰就可以使开关感应动作，精确的反映物体运动的轨迹。开关的感应动作快速，因为不用接触，因此很好的避免了机械磨损，降低故障率。可以直接接入到低压电器控制回路中，或者供给PLC中作为指令控制。相比传统的行程开关，无机械磨损，使用时间长，自带指示灯，显示直观。

光电接近开关简称光电开关，设备本身发出光信号，通过物体对光信号的阻挡，造成光线传播的中断，触发动作过程，同步到电气回路而形成的检测开关。跟接近开关不同的是，光电开关不需要金属感应，所有能阻挡光线的物体都可以检测。主要可分为漫反射式、对射式、反光板反射式。

一、系统介绍

随着工业自动化的高速发展，自动控制在啤酒行业中的高速生产线上的应用占据了非常大的作用。啤酒的灌装及外包装是出厂前最重要的过程，直接影响了啤酒的口感及外观质量，尤其是码垛机，作为最后一道工序，更是显得尤为重要。但是在实际生产中，因为多种原因，经常会出现包装箱里缺瓶的情况，造成产品质量下降。而且因为外包装箱已经封箱，无法每个纸箱都拆开查看，给生产造成了很大的困扰。

码垛机作为啤酒行业包装生产线的最后一道工序，是将纸包机，装箱机和膜包机生产出的啤酒包装箱按照一定排列方式摆放在托盘上，进行自动摆放，可根据程序编写方式摆放多层，然后推出，便于叉车运至仓库交付成品。华润鞍山的D线码垛机采用双道码垛，根據现场情况，决定把缺瓶检测安装在码垛机的前一个输箱皮带环节上，避免了在码垛机安装两套装置，减少了故障发生几率。

二、 设计方案

1.称重传感器+光电开关检测方式

通过在输箱皮带底部安装称重传感器的方式，结合光电开关给出信号检测。识别每个箱子的重量，利用称重传感器传送出4-20ma的模拟量信号送入PLC中，与预先设置箱子重量参数进行对比，当重量出现偏差，程序判断箱子中是否缺瓶。

2.接近开关+光电开关方式

在输箱加速皮带上方安装接近开关来检测啤酒瓶盖，安装方式为并排4个，在接近开关的前后分别安装2个光电开关，分别检测箱子开始与结束，在一个箱子运行周期内，通过计数判断箱子中是否缺瓶

三、种方式对比分析

称重传感器方式：可以通过在触摸屏做数字显示，直接显示每箱重量，观察直观，可以通过参数更改随时调节箱子重量设定值，但是，缺点也比较明显，1.称重传感器安装复杂，更换繁琐，一旦生产中出现故障，会耽误比较多的停产时间2.由于链道底座安装在钢结构上，而且啤酒是液体，输送皮带是运动的，在生产运动中难免造成液体晃动，引起箱子的重心点的变化，造成测量不准3.包装箱在输箱加速皮带的经过的时间越短，对PLC读取称重的模拟量信号的准确性影响越大4.对机器提速段、称重段之间间距要求高。5.称重传感器需要经常校准，增大了维护保养任务。

接近开关安装方式：因为接近开关安装在箱子上方，接近开关采用快速插头形式，且接近开关自带指示灯，状态显示直观，一旦出现故障，能够快速准确的定位故障点，更换方便，减少故障时间。同时通过调节检测高度就可以针对各种瓶子形状，调节方便。

四、安装方案

先把输送皮带拆开，独立安装一段加速皮带，用于拉开每个箱子之间的距离，防止多个箱子紧贴在一起经过造成无法检测。在加速皮带的中间位置的两侧安装固定支架，把4个接近开关按照每个瓶子通过的位置安装在钢板上，每个近接开关左右距离留出条形孔，方便以后调节接近开关位置，把安装接近开关的钢板安装在两侧的固定支架上，使接近开关的感应位置冲下，上下预留长条孔，方便根据不同瓶子高度调节感应距离。在感应支架的前后分别安装1个反射光电，用于缺瓶检测的启动与停止。在码垛机PLC柜中增加西门子321-1BH02-0AA0的DI16*DC24v的模块，用于接收4个接近开关和2个光电信号的输入。接近开关选用倍加福NBB15-U1-E2，检测距离30mm。

在码垛机PLC中编写检测程序，当箱子启动光电触发一个上升沿信号，计数器采用减法计数器，这个信号给计数器的预制值输入为3，同时接近开关随着箱子的运行检测瓶盖信号，每检测一个瓶盖，则计数器减1，计数器不为0时，一直是输出信号，只有当计数器为0，则信号断开，同时，在4组接近开关的常开点后串联箱子停止信号，停止信号方式采用下降沿，识别每一个箱子完整走过，在箱子经过的一个完整周期内，如果有任何一个检测计数不为0，则会触发报警停机。

在该系统完成后，经过调试以及生产中观察，满箱合格率可以达到100%，排除了不合格酒流入市场的隐患，提高了公司产品质量。但是，由于场地的影响，只能采用报警停机的方式，无法增加击打器，不能更加有效的降低停车时间，直接把不合格箱子打击到专门的链道中。而且，由于包装纸箱的脆弱以及钢灌装完啤酒瓶内压力大，担心击打器会损坏包装质量，今后还将根据现场情况逐渐改善。

参考文献：

[1] 邓重一.接近开关原理及应用[J].自动化博览：2003年05期.

[2] 郑源.浅谈工业电气控制之联合控制[J].中华建设：2009年08期.

[3] 刘俊.关于PLC控制系统在现场安装与调试中一些问题的探讨[J].电工技术杂志：2004年12期.