1 随动式智能灌装机机体介绍

随动式智能灌装机采取的控制方案是禾川Q1PAC+X3EB总线伺服。机体主要由来料分瓶、线宽及灌高调整、平移灌装、液嘴升降、推活塞、输送线、液储罐组成。分瓶部分根据控制分瓶轴和理料输送线的速度差把来瓶分出所需要的间距;线宽及灌高调整部分根据瓶径及瓶高的不同，自动调整线体宽及机架高度;平移灌装部分主要作用是带着罐头机构同步平移跟随瓶子灌装液体。液嘴升降是指配合液面高度自动调整液嘴高度，以改善灌装效果;推活塞部分主要作用是负责从液体存储罐抽出罐液， 根据多段速控制把液体通过管道打进灌装头。理料输送线主要是完成料瓶的输送作用，承担起控制主轴角色。液体存储罐根据液位传感器来控制罐液的存储。

图 1 禾川 Q1 PAC

图 2 随动式智能灌装机

2 随动式智能灌装机关键工艺分析

随动智能灌装机的关键工艺是跟随，即灌装头严格与输送带保持实时同步，实现灌装头与输送带严格同步的方法是通过控制器电子凸轮功能实现。如图3所示方法，即当进瓶传感器检测到瓶子时，系统即刻锁存当前输送带位置，当输送带当前位置-锁存位置=灌装头到进瓶传感器距离时，即瓶子到达灌装头位同步条件满足，以输送带作为主轴通过电子凸轮带动从轴灌装头做同步运动，当灌装头轴从加速区到达同步区后，活塞开始推料液体从灌装头流入容器，当活塞推料行程到达时，灌装头轴脱离与输送带的同步停止运动，然后活塞与灌装头返回启动位，等待下一个工作信号的到来。

　图 3 采用编码器反馈输送带位置方法

3 随动式灌装机效率影响因素分析

灌装机的生产效率通常定义为每分钟灌装完成的产品数，直观来说就是经过输送带瓶子的数量。从人的直接感观效果来说，通常第一认知是输送带运动速度越高，产量越高，但从机器整体运行分析随动式灌装机是活塞定位、灌装头与输送带同步平移运动的统一协同。机器的工作步序是输送带做连续运动，灌装头根据检瓶信号做跟随同步运动， 同时灌装头进入同步区后活塞进行推料定位， 推料结束即灌装完成后灌装头停止运动， 系统回归启动工作位。

整个流程中最核心的工序是灌装头同步后“活塞推料”，活塞推料灌装嘴出液系统灌装进行中，活塞推料完成灌装嘴脱瓶停止跟随，因此活塞的运动时间决定着灌装头的同步时间。活塞的推料时间与灌装头的运动时间是一致的，灌装容量不变，如将输送带的速度调高，那么灌装头行程+=灌装头时间*(灌装头速度+)，灌装头走的行程长了返回时间必然增加且对运动区间有硬性要求，因此改变单一的输送带的速度对整体灌装效率并无意义。

由上分析，提高机器工作效率的最佳方法是提高“活塞推料速度”，推料时间减少，灌装头运动时间减少，机器整体效率提高。而围绕着机器效率的核心，“活塞推料速度”所必然伴随的是液体的压力效应，推料速度越快意味着在单位时间内经过同一横截面的液体越多，即液体流量越大， 液体的压力越大，液体越具有冲击力;试想一个灌装头每秒出液1KG，可想而知此时液体的压力。高速的液体碰到灌装瓶会产生溅液，因此为了保持生产的稳定性就要抑制溅液。抑制溅液的本质是减低液流的压力，即一般通过调节活塞运动速度实现，故溅液是影响机器整体效率的首要因素。在保证机器不溅液稳定运行的前提下，应尽可能提高活塞运动速度，减少灌装时间，提高机器整体效率。其次才是根据灌装头行程调节相适应的输送带速度。

图 4 主从轴高精度高速同步电子凸轮的实现

图 5 随动式灌装机人机操作界面

4 随动式灌装机抑制溅液方法

高速流动下的液体必然产生强烈的冲击力，这是物质的物理属性，难以通过控制方法改变，但是可以根据液体在不同外部环境下做出与之相适应的控制工艺。通常可以把整个灌液流程分为低灌段、中灌段、高灌段3个阶段，低灌段是液流直接与瓶子底部进行不同质冲击，液流与瓶子容易产生较大的压力波，此段速度不宜太高;当瓶子底部有一定液体即可进入中灌段，中灌段速度最高行程最大是灌装的主要行程，当液体快到达瓶子顶部时，此时应降低速度防止溅液。低中高3个灌段对应着与之相应的行程比例并可根据实际情况进行调节。其次可以通过管道设计或减压灌装嘴适当调节液流压力，提高灌装速度。

图 6 禾川智能灌装机解决方案

5 总线型个性化定制解决方案分享

消费需求的变化正在使得生厂商和服务商改变传统模式，市场逐渐走向消费者为导向的创新型道路，柔性快速的供应链正在成为企业的关键竞争力。多样化生产场景形成了多样化的生产需求，满足个性化定制需求是新制造的核心竞争力，浙江禾川科技股份有限公司能够为客户提供全方位的自动化核心零部件与整体解决方案，满足广大设备厂商对定制化解决方案的需求。

禾川灌装方案主要通过禾川Q1 PA C与X3EB总线伺服实现，Q1 PAC是一种多功能总线型控制器，支持EtherCAT、CANopen、Modbus RTU、 ModbusTCP 多种通信协议，本体自带16对高速脉冲IO，可用于编码器高速输入、步进、脉冲伺服的控制。通过Q1， 客户可以选择多样化的电气配置，如输送带采用伺服电机、变频器+普通电机+编码器、步进电机+编码器等，并能根据客户需求提供整体的定制解决方案，满足生产现场对个性化的需要。

禾川总线方案能精确判断、智能选瓶、精确灌装，高速高精度实现同步跟随、灌液体积实时可调、多段速控制罐液、异常不灌液、瓶子不同规格灌液、多级配方选择与保存、减少重复操作，操作清晰、简单易用、功能全面， 并能实时根据生产需要进行功能优化。