1 前言

在果蔬汁饮料无菌灌装行业, 随着灌装产品的多样化, 灌装量精确化要求, 电子秤称重计量越来越成为无菌定量灌装的主要方法。灌装产品如果含有颗粒物或存在电导率不均匀, 流量不稳等因素会导致流量计计量误差较大。利用电子称计量可以有效的避免以上缺点, 可满足多品种产品的无菌定量灌装, 大大提高了灌装精度。

如图1, 无菌灌装中, 通常采用的电子秤计量原理。灌装容器承压在动工作台上, 动工作台通过称重传感器连接至静工作台。灌装量的增大使称重传感器发生形变, 并变换为电阻信号的输出。检测电阻信号, 将其变换为重量物理值。

2 无菌灌装重量常用采集方式

无菌灌装称重计量多用电阻应变片式称重传感器, 常用硬件搭接结构为传感器电阻信号经分配器匹配求和后输出给称重仪表, 称重仪表将电阻信号变换为重量值。同时, 称重仪表将重量值通过4-20m A电流信号输出给PLC的模拟量输入模块, PLC利用采集的重量值进行设备整体的逻辑控制。称重仪表带有I/O控制端口, 可进行清零、去皮等操作。

此传统模式有如下缺点:

(1) 电气系统连接点较多;

(2) PLC采集的模拟量信号即使受到微弱干扰, 也会对精确灌装造成影响;

图1:无菌灌装称重计量示意图图   下载原图

1.灌装容器;2.动工作台;3.电阻应变式称重传感器;4.静工作台

(3) 如设备中集成了触摸屏, 一般很难将触摸屏显示的重量值与称重仪表显示的重量值一致;

(4) 重量的标定、参数设置需在仪表中进行, 集成化程度低。

基于以上传统模式的不足, 如采用西门子的称重模块WP231可取得更理想的效果。

3 西门子称重模块WP231的应用

3.1 称重模块SIWAREX WP231简介

表1:WP231称重计量所需命令代码     下载原表

图2:称重传感器WP231搭接方式   下载原图

图3:WP231的软件编程调用   下载原图

图4:标定界面   下载原图

SIWAREX WP231是一款通用型称重模块, 适用于大多数称重计量和测力应用。紧凑型模块设计, 易于安装在S7-1200 PLC系统中, 同时也可脱离CPU独立运行。该模块可以连接四线制和六线制称重传感器, 测量精度为0.05%, 检定分度为3000, 分辨率为1百万, 采样周期为10ms。带有四路数字量输入和四路数字量输出, 一路模拟量输出, 具有以太网接口和RS485通信接口, 可以非常方便的与触摸屏、SIWATOOL V7软件及第三方设备进行MODBUS TCP/IP和MODBUS RTU通信。

3.2 SIWAREX WP231在灌装称重系统的硬件搭接

如图2所示, 信号分配器输出的电阻信号直接连接至称重模块, 称重模块WP231与PLC CPU之间通过内部总线连接, 避免模拟量信号传输过程中的干扰影响。WP231可无缝集成于PLC、触摸屏的电气系统中, 可通过在触摸屏中的组态对称重系统进行标定、参数设置等操作。

3.3 SIWAREX WP231在博途软件中的组态

以西门子1200系列PLC为例说明。WP231通过内部总线与CPU1214C连接, CPU通过profinet协议与触摸屏连接。

3.4 SIWAREX WP231在博途中软件中的程序设计

打开编程软件, 调用FB231功能块, 如图3所示。它是称重模块与S7-1200之间的通信接口。管脚ADDR:设定输入地址的起始地址68。称重模块WP231当前的重量、模块状态、参数设置、数字量输入输出及模拟量输出的状态都存储在背景数据块DB6中。

3.5 SIWAREX WP231参数设置与标定

称重模块WP231的过程值、状态、参数存储于调用FB231时相对应的背景数据块DB6中。其中在无菌灌装称重中主要应用的参数如下:

PROCESS_VAL_1:当前毛重 (去皮后为净重;i_CMD_CODE:命令代码;bo_CMD_TRIGGER:命令触发位;DR3:标定有关的参数;DR10:称重传感器特征值。

无菌灌装称重计量的重量值存储在PROCESS_VAL_1, CPU只需寻址"左大袋称重".s_IO_DATA.PROCESS_VAL_1, 可读取该重量值用于灌装机设备的计量控制。

对地址左大袋称重_s_CMD1_i_CMD_CODE写入命令代码, 同时触发命令执行位bo_CMD_TRIGGER, 可执行标定、清零、去皮等称重功能, 所需命令代码如表1所示。

通过触摸屏中组态标定界面来标定电子秤, 如图4所示。标定界面中的按钮、I/O域与参数、命令代码相对应。首先写入必要参数DR3和DR10。输入电子秤参数后, 点击开始标定, 启动WP231的服务模式。在空秤情况下,

点击零点标定, 放置标定砝码 (或其他已知重量物体) , 点击砝码标定。点击标定结束, 关闭WP231的服务模式, 电子秤轻松完成标定。

在灌装机工作过程中, 可在触摸屏中设定所需灌装量。灌装量到达设定值后, PLC进行停止灌装的控制。

4 结语

电子秤计量精度高, 灌装量误差不依赖温度、流量、产品等其他工艺参数, 是目前灌装机主要采用的计量方式。采用西门子称重模块SIWAREX WP231替代传统称重仪表的方式, 降低模拟量信号的易受干扰因素, 将称重传感器信号更可靠的采集到PLC控制器中。同时, PLC、称重单元、触摸屏无缝结合, 大大提高了灌装机电气系统的集成度, 简化电气系统, 减少故障点。称重单元的参数修改, 标定等操作集成于触摸屏中, 方便操作。称重模块的故障信息可方便的读取到控制系统中, 为称重系统的远程诊断创造了硬件基础。具有强大功能的称重模块, 使用范围广, 利于灌装机产品的系列化, 标准化。称重模块的成本与市场中主流称重仪表的成本相当, 不会增加称重系统的总体成本。