装酒机爆瓶喷冲的研究与改进

付东纪，于延超，卢 明

（青岛啤酒股份有限公司青岛啤酒四厂，山东青岛 266000）

我们厂使用的是南轻啤酒灌装机，额定能力24000 瓶/h，工作原理如图1 所示，工作流程为：进瓶、有瓶检测、1 次抽真空、1 次背压、2 次抽真空、2次充气背压、玻璃瓶检测、灌装静置、排气、出瓶、压盖等。目前破瓶检测信号位于灌装前，爆瓶发生在破瓶信号前，该瓶位运行到接近开关后检测不到信号，因此认为存在爆瓶；并在破瓶检测信号后有7个阀位开启破瓶喷冲电磁阀，并在第二圈、第三圈对应在爆瓶位置开启闭液体阀，各灌装5 个半瓶。但在实际生产过程中破瓶检测后，灌装及静置过程中仍然存在爆瓶现象。爆瓶产生的玻璃渣是严重的食品安全问题，本着“顾客就是上帝”的原则，我们不允许该问题出现。部门成立装酒机爆瓶喷冲攻关小组，着手研究并解决该问题。

1 现状分析

1.1 装酒机的自控系统

为解决该问题，我们必须要熟悉装酒机的控制原理，了解装酒机在运行过程中如何检测有瓶、爆瓶及通过程序的逻辑运算执行喷冲和灌半瓶指令的。我厂装酒机选用西门子自动控制系统。下位机使用S7-300PLC，上位机wincc flexible 触摸屏，在设备维护过程中，有时需要借助SIMATIC Manager 软件的在线监控或仿真（S7-PLCSIM）的方式进行在线故障诊断，常用的方法是通过监控变量表（Virable Table）和数据块（Date Block），这样做通常要求对功能和功能块中的相关程序段落有足够的理解。这其中灌装机里的移位程序为该型号灌装机的核心程序，也是难点，因此本文就以爆瓶喷冲和灌半瓶程序为例进行分析西门子移位程序在灌装机中的应用。

图1 装酒机灌装原理图

1.2 PLC移位程序在装酒机中的应用

从灌装机应用上分析，在旋转过程中，从进瓶、抽真空、备压、灌酒，到排气、激沫、压盖、出瓶，需要对每个瓶子的位置和状况做全程跟踪，比如在一特定时刻，某一瓶子运转到了什么位置，且该瓶子处于什么状态（是否破损），等等。由于正常生产时，瓶子是一个接一个的，因此在这里使用移位寄存器是最佳选择。灌装机程序中移位寄存器的编程，我们根据移位原理（SHL）编写FC92 功能块，后续程序段中调用FC92功能块。

1.3 爆瓶检测的编程思路

为说明编程思路，请参考图2。首先，假定3 个接近开关，其中A 感应酒机旋转时每个托瓶垫的到来，为机器的运行感应器；B感应进瓶（有瓶）；C（破瓶）感应定中杆是否下降，同时结合进瓶情况来确定在CO2备压时有无爆瓶。有瓶时定中杆在上面，C 信号为1；无瓶时定中杆下降，C 信号为0。F（破瓶2）检测原理同C，该型号的酒机带有80 个托瓶垫，我们在托瓶垫所处圆周上均匀分布80 个固定位置。

在S7-300 中我们把每个地址的状态存储在数据块中，每个字节共8 位，80 个瓶位需要10 个字节，有瓶检测B 的地址为DB100.DBX52.1，有瓶检测的状态（有瓶移位）放在指针指向的DB10 中以DB10.DBX0.0 开始的数据块中。其中，任何一位为1 则代表旋转至该处的托瓶垫在经过进瓶时有瓶（参考图3有瓶移位程序）。

动态记录进瓶情况的程序结构见图4。根据进瓶情况，结合破瓶检测C，机器可以判断有无破瓶。C 定位在从B 数起的第24 个托平垫的位置，与该位置对应的数据块地址为DB10.DBX3.0，如果A 的上升沿瞬间检测到DB10.DBX3.0 为1，表示该处经过进瓶B 时有瓶，而此时C 为1，则表示瓶子在抽真空、背压过程中完好；否则出现爆瓶。类似动态记录有瓶情况，可以另设一个数据块DB20 来记录破瓶的情况，其中任何一位为1 则表示此刻旋转至该位置的托瓶垫背压时爆瓶。破瓶移位程序见图5。

2 对策实施

2.1 爆瓶检测改造

图2 破瓶喷冲原理图

图3 有瓶移位程序

图4 动态记录进瓶情况的程序结构

明白了上述程序思路，就便于我们对设备进行升级改造，如图2 在装酒机泄压前安装第二个爆瓶检测接近开关及爆瓶喷冲阀门，并参考第一个爆瓶移位程序编写第二个爆瓶移位程序及灌半瓶程序，如图6。

改造后，如爆瓶发生在破瓶检测2 前，检测开关就可以检测到，通过破瓶喷冲2 进行喷冲，之后的第2 圈，第3 圈根据程序关闭闭液体阀灌5 个半瓶；此增加的接近开关可以有效监控装酒机在灌装全过程爆瓶的问题，保证了酒机360°全覆盖爆瓶喷冲，显著提高了爆瓶检测效果，降低了玻璃渣酒产生的风险。

2.2 爆瓶报警改造

在新增爆瓶检测实现酒机360°全覆盖爆瓶喷冲后，仍需要确认检测的准确性，操作人员如何能够知晓爆瓶后是否真正检测到呢？比如瓶爆而未破碎，导致感应定中杆未降落下来，从而未检测到，不执行喷冲和灌半瓶程序。

图5 破瓶1程序

图6 破瓶2改造程序

表1 爆瓶误检率实测值

针对该问题我们继续进行改造，新增爆瓶报警：(1)在装酒机设置爆瓶警示装置，如酒机发生爆瓶，蜂鸣器发出声响，说明爆瓶发生在第一道光电前爆瓶并喷冲；如果酒机发生爆瓶，蜂鸣器发出声响且报警灯闪烁，则说明爆瓶发生在第一道光电后、第二道光电前；(2)如果酒机发生爆瓶，操作人员听到声音但未报警，说明有瓶爆破而未破碎，操作人员应手动进行喷冲；通过爆瓶报警改造操作人员可以有效监控爆瓶光电的有效性及爆瓶位置，提高操作人员的警觉性。如图7所示。

2.3 实施效果

利用以上方案对爆瓶误检率进行统计，参照标准进行列表，见表1。

3 结论

如表1 所示，通过对装酒机爆瓶喷冲程序的研究和改造，有效降低了爆瓶误检率，爆瓶后可有效喷冲，玻璃渣酒11 月份反馈为零，达到预期目的，证明本试验所提出的方案可以对实际生产上的爆瓶误检率进行有效控制，从而为企业节约成本提高效率。

图7 爆瓶报警改造现场照片