CN109592095B - 一种灌装精度控制方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种灌装精度控制方法和设备，通过使用包含系统初始化阶段、粗灌阶、精灌阶段、截止阶段的控制方法对灌装精度进行控制，其中精灌阶段使用所述灌装泵进行低速灌装，经过第二预设时间T16后，实时检测液体重量直至达到第二预设值G2后停止，所述第二预设值G2的大小是根据容器的目标装量量Gi与灌装泵关闭时还未落入所述容器中的少量剩余液体的重量的差值来确定的。本发明通过将粗灌和精灌分开进行分段控制，粗灌用于保证生产速度，精灌用于保证灌装精度，且精灌值与预设值之间考虑了泵后管存量，通过实时校准精灌值匹配泵后管存量，保证最终灌装量与预设值几乎一致。

Description

一种灌装精度控制方法和设备

技术领域

本发明属于灌装自动控制领域，具体涉及一种称重式的灌装精度控制方法和设备。

背景技术

无菌灌装技术是近几年来产生的一种新的生产工艺，随之产生了无菌冷灌装生产线，然而，目前的无菌灌装主要有两种形式，一种是采用流量计为测量器件的灌装技术，另外一种是采用称重传感器为测量器件的灌装技术。然而，流量计的价格成本往往比称重传感器要高，且存在耐高温性能不足的问题，而称重传感器可不受温度、气泡的影响。

灌装系统是整套分装设备最核心的部分，而灌装精度是衡量灌装系统最重要的性能指标，但是使用称重传感器进行灌装控制时仍然存在灌装精度不够准确的问题。传统的灌装精度控制几乎依靠泵本身，即给定一个固定装量通过换算得到泵的行程，最终的灌装量完全由泵来决定；即使带有在线称重的灌装系统也只能判断出此次装量的偏差，通过自动校准后的响应至少需要在下个周期才能生效，不能做到对当前灌装周期的精度控制。

本发明在没有增加额外硬件成本的前提下，在装量的精度控制上采用了边灌边称的方法，即对每个瓶子进行实时称重，监控整个灌装过程的实时重量，在考虑到执行器件的控制特性的情况下，通过灌装泵响应秤的实时重量反馈来进行分阶段的精确控制，做到装量实时监控，实时补偿偏差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种灌装精度控制方法和设备，以实现灌装重量的实时监控，避免了泵重复精度、管路长度、密封性等外界的干扰，提高了灌装精度，精度控制在0.5％(10ml装量)以内，比传统灌装1％的精度提高了50％，保证了每一支成品的装量准确性。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供了一种灌装精度控制方法，该控制方法通过使用包括灌装泵的称重装置来实现容器的液体灌装，所述灌装泵进行定量间歇灌装，该控制方法具包含如下步骤：

S1：系统初始化阶段，对空置的容器进行重量计数归零操作，并等待所述称重装置稳定后进行称量；

S2：粗灌阶段，使用所述灌装泵进行高速灌装，经过第一预设时间T15后，实时检测液体重量直至达到第一预设值G1后停止；

S3：精灌阶段，使用所述灌装泵进行低速灌装，经过第二预设时间T16后，实时检测液体重量直至达到第二预设值G2后停止，所述第二预设值G2的大小是根据容器的目标装量量Gi与灌装泵关闭时还未落入所述容器中的少量剩余液体的重量的差值来确定的；

S4：截止阶段，经过第三预设时间T17后和第四预设时间T18后，获取净重值并将容器推出称重平台，其中，所述第三预设时间T17为灌装泵关闭时还未落入所述容器中的少量剩余液体全部到达容器内所需的时间，所述第四预设时间T18为等待所述称重装置稳定所需的时间。

进一步的，所述灌装泵关闭时还未落入所述容器中的少量剩余液体的重量随运输管路的形变而变化，因此每次灌装前G2的值须经过校准：执行步骤S4后的实际灌装量为Gi’，当Gi’与Gi存在差值时，需将差值算入灌装泵关闭时还未落入所述容器中的少量剩余液体的重量中，以进行校准，从而用来计算下一次灌装的G2值。

进一步的，所述称重装置包括灌装结构以及设于灌装结构下方的缓冲平台，缓冲平台上间隔设有多个称重平台，称重平台的下方设有用于检测容器重量的称重传感器，所述缓冲平台一侧设有用于将缓冲平台上的容器推送至称重平台上的推板。

进一步的，灌装结构与设于可升降的灌装架上的且间隔分布的灌针连接，灌装结构中的所述灌装泵通过将液体压入灌针中以实现灌装。

进一步的，所述称重装置具体为包含称重传感器的灌装加塞机。

进一步的，所述粗灌阶段的高速灌装具体使用PD控制器进行控制，以用于保证生产速度；所述精灌阶段的低速灌装具体使用PI控制器进行控制，以用于保证灌装精度。

进一步的，所述液体灌装的容器具体为瓶子或者罐子。

进一步的，所述称重传感器工作异常或者容器内液体溢出时，会通过监控系统发出报警信号。

进一步的，所述称重装置具体是楚天KGSR型号的灌装加塞机。

此外，本发明还提供一种灌装精度控制设备，其控制设备包括：至少一个处理器，以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述任意一种的所述灌装精度控制方法。

此外，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使得所述计算机执行上述任意一种的所述灌装精度控制方法。

(三)有益效果

由上述技术方案可知，本发明具备如下有益效果：

1)使用新的灌装方法：通过空瓶称量(去皮)、粗灌、第一预设值称量、精灌、第二预设值称量、等待空中部分的药液全部到达瓶内、灌装完成净值称量等主要步骤来完成整个灌装过程的方法达到精确灌装。从而进行灌装重量的实时监控(边灌边称)，避免了泵重复精度、管路长度、密封性等外界的干扰；

2)将粗灌和精灌分开，粗灌用于保证生产速度，精灌用于保证灌装精度。从而提高了灌装精度，精度控制在0.5％(10ml装量)以内，比传统灌装1％的精度提高了50％；

3)精灌值与预设值之间充分考虑了泵后管存量(即灌装泵关闭时还未落入所述容器中的少量剩余液体的重量)，通过实时校准精灌值匹配泵后管存量，保证最终灌装量与预设值几乎一致，从而实现了装量偏差的实时补偿，保证了每一支成品的装量准确性。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明的灌装结构示意图；

图2为本发明的称重结构示意图；

图3为本发明的PLC自动灌装控制系统的控制框图；

图4为本发明的灌装精度控制方法的控制流程图；

图5为本发明的灌装精度控制算法的时序图。

附图标记说明：1、灌装泵，2、减速机，3、伺服电机，4、灌针，5、瓶子，6、缓冲平台，7、称重平台，8、称重传感器，9、控制方法启动，10、粗灌信号，11、灌装开始，12、驱动过程，13、灌装过程，14、精灌启动。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种灌装精度控制方法和设备：

下面将结合附图1-5对本发明进行详细说明如下：

如图1中的灌装结构所示，灌装结构包括灌装泵1，以及与灌装泵1通过减速机2驱动连接的伺服电机3；所述灌装泵1为定量间歇灌装泵(柱塞泵或蠕动泵)，本发明使用的灌装结构是由伺服电机通过减速机后直接驱动灌装泵，这样设计更加方便灌装量的控制，当称重系统向PLC发出粗灌和精灌信号后，伺服可以快速响应，且可以以设定的粗灌或精灌速度持续灌，。

如图2中的称重结构所示，本发明使用的称重结构包含部件4～8，其中灌针4的动作为上下运动，保证药液注入到瓶子5内部；生产过程中，瓶子5首先放置在缓冲平台6上，然后通过推瓶机构将瓶子5缓慢的推入到称重平台7上，避免直接将瓶子5放入称重平台4上产生振动影响称重效果；称重传感器8安装在缓冲平台6的正下方，每个工位配有各自的称重传感器，此外，在称重传感器8工作异常或者检测到容器内液体溢出时，会通过监控系统发出报警信号，并在HMI界面上显示。

如图3中的PLC自动灌装控制系统的控制框图所示，本发明采用PLC自动灌装控制系统进行灌装泵的闭环控制，该系统包含如下核心部件：PLC、伺服电机、灌装泵、称重系统。当所有准备条件满足后PLC进行控制方法启动9的操作，称重系统将对秤清零后立即给出响应输出粗灌信号10，PLC收到粗灌信号后立即控制伺服电机来驱动灌装泵以粗灌速度(快速)进行快速灌装11→12→13，当称重系统检测到实时重量已经达到粗灌装量后输出精灌信号14，PLC收到精灌信号后立即控制伺服电机来驱动灌装泵以精灌速度(慢速)进行慢速灌装11→12→13，当称重系统检测到实时重量已经达到精灌装量后停止信号输出，灌装结束(详细灌装精度控制方法流程参见图4-5的″灌装精度控制方法″)。

图4为本发明提供的的灌装精度控制方法的控制流程图，该控制方法通过使用包括灌装泵的称重装置来实现容器的液体灌装，所述灌装泵进行定量间歇灌装，该控制方法具包含如下步骤：

S1：系统初始化阶段，对空置的容器进行重量计数归零操作，并等待所述称重装置稳定后进行称量；

S2：粗灌阶段，使用所述灌装泵进行高速灌装，经过第一预设时间T15后，实时检测液体重量直至达到第一预设值G1后停止；

S3：精灌阶段，使用所述灌装泵进行低速灌装，经过第二预设时间T16后，实时检测液体重量直至达到第二预设值G2后停止，所述第二预设值G2的大小是根据容器的目标装量量Gi与灌装泵关闭时还未落入所述容器中的少量剩余液体的重量(即泵后管存量)的差值来确定的；

S4：截止阶段，经过第三预设时间T17后和第四预设时间T18后，获取净重值并将容器推出称重平台，其中，所述第三预设时间T17为灌装泵关闭时还未落入所述容器中的少量剩余液体全部到达容器内所需的时间，所述第四预设时间T18为等待所述称重装置稳定所需的时间。

该方法使用步骤S1-S4对间歇灌装泵进行了精确的灌装控制，从而通过控制泵的开启控制灌装并通过设置第二预设值与确定灌装值的差值等于泵后管存量(即灌装泵关闭时还未落入所述容器中的少量剩余液体的重量)的方法进行精确灌装，充分考虑到了间接泵的控制特性。

图5为本发明的灌装精度控制算法的时序图，其为图4的控制方法在工业控制计算机中的具体应用说明：如图5所示是灌装精度控制算法的时序图，横轴T为时间，纵轴G为实时重量；G0为重量值为0，G1为粗灌重量的阈值，即第一预设值，G2为精灌重量阈值，即第二预设值，Gi为目标装量值；T14-T18为个阶段的截止时间，其中，T14为去皮的截止时间，T15-T16为设定药液冲击消失时间，即第一预设时间和第二预设时间，T17为等待灌装停止后空中部分的药液全部到达瓶内所需要的时间，即第三预设时间，T18等待称稳定的时间，即第四预设时间；0-13为算法步骤；黑色曲线为实时灌装重量。

灌装精度控制算法步骤：

0：就绪；

1：算法启动；

2：等待秤稳定并空瓶称量(去皮)，T14为去皮的截止时间；

3：粗灌启动；

4：屏蔽检测时间T15，由于粗灌启动时药液会有冲击，实时重量波动较大，屏蔽此段时间与G1的对比；

5：开始对实时重量和G1进行比较；

6：粗灌持续阶段；

7：实时重量已经达到G1，停止粗灌，启动精灌。

8：屏蔽检测时间T16，由于粗灌停止切换到精灌启动时药液会有冲击，实时重量波动较大，屏蔽此段时间与G2的对比；

9：精灌持续阶段；

10：实时重量已经达到G2，停止精灌；

11：截止时间T17，等待灌装停止后空中部分的药液全部到达瓶内；

12：截止时间T18，等待秤稳定，获取净重值；

13：算法结束。

本发明通过空瓶称量(去皮)、粗灌、第一预设值称量、精灌、第二预设值称量、等待空中部分的药液全部到达瓶内、灌装完成净值称量等主要步骤来完成整个灌装过程的方法达到精确灌装。该算法中的G1和G2值可通过手动调整，也可以通过开启优化参数功能自动调整。

此外，考虑到所述灌装泵关闭时还未落入所述容器中的少量剩余液体的重量(即泵后管存量)会随运输管路的形变而变化，因此每次灌装前G2的值须经过校准：执行步骤S4后的实际灌装量为Gi’，当实际灌装量Gi’与目标装量量Gi存在差值时，需将差值算入灌装泵关闭时还未落入所述容器中的少量剩余液体的重量中，以进行偏差校准，从而用来计算下一次灌装的G2值。本发明通过控制间歇灌装泵的开闭控制灌装并通过设置第二预设值与确定灌装值的差值等于泵后管存量的方法进行精确灌装，从而实现间歇灌装泵的多段精确灌装控制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种灌装精度控制方法，其特征在于，该控制方法通过使用包括灌装泵的称重装置来实现容器的液体灌装，所述灌装泵进行定量间歇灌装，该控制方法具包含如下步骤：

S1：系统初始化阶段，对空置的容器进行重量计数归零操作，并等待所述称重装置稳定后进行称量；

S2：粗灌阶段，使用所述灌装泵进行高速灌装，经过第一预设时间T15后，实时检测液体重量直至达到第一预设值G1后停止；

S3：精灌阶段，使用所述灌装泵进行低速灌装，经过第二预设时间T16后，实时检测液体重量直至达到第二预设值G2后停止，所述第二预设值G2的大小是根据容器的目标装量量Gi与灌装泵关闭时还未落入所述容器中的少量剩余液体的重量的差值来确定的；

S4：截止阶段，经过第三预设时间T17后和第四预设时间T18后，获取净重值并将容器推出称重平台，其中，所述第三预设时间T17为灌装泵关闭时还未落入所述容器中的少量剩余液体全部到达容器内所需的时间，所述第四预设时间T18为等待所述称重装置稳定所需的时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述灌装泵关闭时还未落入所述容器中的少量剩余液体的重量随运输管路的形变而变化，因此每次灌装前G2的值须经过校准：执行步骤S4后的实际灌装量为Gi’，当Gi’与Gi存在差值时，需将差值算入灌装泵关闭时还未落入所述容器中的少量剩余液体的重量中，以进行校准，从而用来计算下一次灌装的G2值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述称重装置包括灌装结构以及设于灌装结构下方的缓冲平台，缓冲平台上间隔设有多个称重平台，称重平台的下方设有用于检测容器重量的称重传感器，所述缓冲平台一侧设有用于将缓冲平台上的容器推送至称重平台上的推板。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，灌装结构与设于可升降的灌装架上的且间隔分布的灌针连接，灌装结构中的所述灌装泵通过将液体压入灌针中以实现灌装。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述称重装置具体为包含称重传感器的灌装加塞机。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粗灌阶段的高速灌装具体使用PD控制器进行控制，以用于保证生产速度；所述精灌阶段的低速灌装具体使用PI控制器进行控制，以用于保证灌装精度。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液体灌装的容器具体为瓶子或者罐子。

8.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述称重传感器工作异常或者容器内液体溢出时，会通过监控系统发出报警信号。

9.一种灌装精度控制设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器，以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1-8任意一项所述的方法。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使得所述计算机执行如权利要求1-8任意一项所述的方法。

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