CN112744768A - 一种基于称量自校正的粘稠食品罐装系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于称量自校正的粘稠食品罐装系统和方法：针对粘稠食品，提出了基于计量调节技术的粘稠食品一次罐装模块和基于小脑神经网络（CAMC）复合PID控制方式的微量校正补灌方法，实现了粘稠食品灌装精确控制和补偿，首先通过PC机设定粘稠食品罐装量启动系统，控制自动理瓶模块使灌装瓶整齐有序进入输送带；然后根据设定灌装量由计量调节装置调节实现一次灌装；最后质量反馈模块对一次灌装后的罐装瓶进行质量检测，对存在误差的罐装瓶进行微量校正补灌，本方法适用于浓酱粘稠食品的自动化灌装控制，并且提高灌装精度以及控制系统的稳定。

Description

一种基于称量自校正的粘稠食品罐装系统和方法
技术领域
本发明属于发明涉及自动控制技术领域，具体涉及一种基于称量自校正的粘稠食品罐装系统和方法。
背景技术
灌装机的功能就在稳定、高速的情况下，把流动液体按照设定装量要求封装到一定的容器中形成产品。科技在发展，社会在进步，产品的质量受到越来越多消费者的关注。其中，稳定高速的生产是企业提高竞争力的关键，粘稠食品装量的均衡度是直接表现产品是否优质的关键。这就需要在原有的技术上，不断的去发掘，不断的去改进。本专利从粘稠食品的装量特性以及灌装技术为基础，确定了粘稠食品高精度罐装的控制要求，并结合工艺过程，提出基于计量调节技术的粘稠食品一次罐装模块和基于小脑神经网络(CAMC) 复合PID控制方式的微量校正补灌方法，为提高灌装精度以及控制系统的稳定、可靠性做出了一定的贡献。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足，提出一种基于称量自校正的粘稠食品罐装系统和方法。
本发明提供了一种基于称量自校正的粘稠食品罐装系统，其特征在于，包括一次灌装模块，自动理瓶模块，灌装瓶输送模块，计量调节模块，质量反馈模块，高精度补灌模块，PC机与人机界面模块，控制器模块。通过PC机与人机界面模块操作控制器模块，控制灌装瓶通过自动理瓶模块并由灌装瓶输送模块输送至一次灌装模块进行罐装，计量调节模块安装在一次灌装模块中，质量反馈模块检测灌装瓶通过一次灌装模块前后的质量差，再由高精度补灌模块进行校正。
应用所述基于称量自校正的粘稠食品罐装方法主要包括以下步骤：
步骤1，通过PC机的人机界面模块设定粘稠食品罐装量，启动系统，控制自动理瓶模块使灌装瓶整齐有序进入输送带；
步骤2，灌装瓶通过输送带进入质量反馈模块，由光电传感器检测玻璃瓶的存在，同时由质量检测传感器检测空瓶质量，检测后进入一次灌装模块；
步骤3，浓酱食品根据设定灌装量由计量调节装置调节提高一次灌装精度，实现一次灌装；
步骤4，质量反馈模块对一次灌装后的罐装瓶进行质量检测，与空玻璃瓶的质量检测形成质量差；
步骤5，针对两次质量检测得到的质量差与设定标准液体装量进行比较，对存在误差的罐装瓶进行微量校正补灌。
优选的，步骤1中的自动理瓶方式为：
托盘旋转离心式，罐装瓶自动整理环节，通过对托盘下异步电动机运行速度进行调节，在转动离心力的作用下，使罐装瓶整齐有序进入输送带。
优选的，步骤3中的一次灌装方式为：
以主电机和永磁低速同步电机为动力，通过嵌齿式扣链齿轮带动凸轮做循环的旋转动作，同时与凸轮相连的计量缸也做往复运动，当计量缸向下运动时，会把粘稠食品通过单向阀从料桶中吸入计量缸；当计量缸向上运动时，则会将粘稠食品通过灌装单向阀送到灌装装置的灌装阀实现灌装。
进一步的，调节粘稠食品一次灌装时，停止整个系统的运行，由控制器下达指令控制气缸，把计量调节装置与永磁低速同步电机相连。永磁低速同步电机的转动从而带动计量调节器的滑块移动同时带动检测计量缸的光栅尺的移动，由光栅尺的检测形成反馈环节，提高一次灌装精度。当一次灌装调节完成时，由控制器下达指令控制计量调节装置与永磁低速同步电机分开，灌装系统开始下一步工作。
优选的，步骤5中的微量校正补灌方式为：
小脑神经网络(CAMC)复合PID控制方式，用自动学习的方式去提高精度。
具体是利用CAMC与PID完成前馈反馈控制，如图2所示，， CMAC采用有导师的学习算法。一个控制周期完结的时候就可以计算得出对应的CMAC输出，同时可以将CMAC的输出和u(k)进行对比，更改权重，可开始进入学习：
u(k)＝un(k)+up(k)
Figure BDA0002256291570000031
其中un(k)为CMAC的输出，up(k)为PID的输出，αi为二进制选择向量，c为泛化参数，ωi为实际存储器至输出的映射。
CMAC的调整指标E(k)为：
Figure BDA0002256291570000041
Figure BDA0002256291570000042
其中η为网络学习速率，且η∈(0,1)，Δw(k)为调整差值，在系统投入使用的时候，通过控制器控制使得Δw(k)取0，此时up(k)＝0， u(k)＝un(k)，利用CMAC的学习，让PID输出的控制量up(k)越来越小，使得CMAC所产生的输出控制量un(k)和u(k)的值越来越接近，以完成罐装瓶进行微量校正补灌。
优选的，灌装系统主控制器采用西门子S7-200 CPU226，其自带 20KHz的高频率脉冲输出，能够实现对基于光栅尺的伺服系统的状态量的检测，拥有24个信号接收的输入口，16个给定动作执行的数字量输出接口。
优选的，光电检测传感器采用的是德国SICK的VTF18-4N1212 型光电开关，能够检测300mm以内发出的光线，外形为直径18mm的圆柱体，方便安装。
优选的，质量检测均采用旭日300g称重传感器，该传感器是电容式传感器的一种，检测原理是当在符合量程要求的压力下，半导体薄膜会产生一定的形变量，造成电极板之间距离改变，那么电容值也将随之改变。
本发明与现有技术相比，其有益的技术效果为：本文论述了微量液体灌装的发展现状和未来发展趋势，采用小脑神经网络(CAMC) 复合PID控制方式，用自动学习的方式去提高精度，以伺服控制在线自校正技术为依托，采用一次灌装和调节灌装的反馈式控制，可进一步提高灌装精确度。
附图说明
图1是基于称量自校正的粘稠食品罐装系统的原理图。
图2是小脑神经网络(CAMC)复合PID控制方式原理图。
图3是本发明的步骤流程图。
具体实施方式
一种基于称量自校正的粘稠食品罐装系统，其特征在于，包括一次灌装模块，自动理瓶模块，灌装瓶输送模块，计量调节模块，质量反馈模块，高精度补灌模块，PC机与人机界面模块，控制器模块。通过PC机与人机界面模块操作控制器模块，控制灌装瓶通过自动理瓶模块并由灌装瓶输送模块输送至一次灌装模块进行罐装，计量调节模块安装在一次灌装模块中，质量反馈模块检测灌装瓶通过一次灌装模块前后的质量差，再由高精度补灌模块进行校正。
应用所述基于称量自校正的粘稠食品罐装方法主要包括以下步骤：
步骤1，通过PC机的人机界面模块设定粘稠食品罐装量，启动系统，控制自动理瓶模块使灌装瓶整齐有序进入输送带；
具体是托盘旋转离心式，罐装瓶自动整理环节，通过对托盘下异步电动机运行速度进行调节，在转动离心力的作用下，使罐装瓶整齐有序进入输送带。
步骤2，灌装瓶通过输送带进入质量反馈模块，由光电传感器检测玻璃瓶的存在，同时由质量检测传感器检测空瓶质量，检测后进入一次灌装模块；
步骤3，浓酱食品根据设定灌装量由计量调节装置调节提高一次灌装精度，实现一次灌装；
具体是以主电机和永磁低速同步电机为动力，通过嵌齿式扣链齿轮带动凸轮做循环的旋转动作，同时与凸轮相连的计量缸也做往复运动，当计量缸向下运动时，会把粘稠食品通过单向阀从料桶中吸入计量缸；当计量缸向上运动时，则会将粘稠食品通过灌装单向阀送到灌装装置的灌装阀实现灌装。
进一步的，调节粘稠食品一次灌装时，停止整个系统的运行，由控制器下达指令控制气缸，把计量调节装置与永磁低速同步电机相连。永磁低速同步电机的转动从而带动计量调节器的滑块移动同时带动检测计量缸的光栅尺的移动，由光栅尺的检测形成反馈环节，提高一次灌装精度。当一次灌装调节完成时，由控制器下达指令控制计量调节装置与永磁低速同步电机分开，灌装系统开始下一步工作。
步骤4，质量反馈模块对一次灌装后的罐装瓶进行质量检测，与空玻璃瓶的质量检测形成质量差；
步骤5，针对两次质量检测得到的质量差与设定标准液体装量进行比较，对存在误差的罐装瓶进行微量校正补灌。
具体是小脑神经网络(CAMC)复合PID控制方式，用自动学习的方式去提高精度。
具体是利用CAMC与PID完成前馈反馈控制，如图2所示， CMAC采用有导师的学习算法。一个控制周期完结的时候就可以计算得出对应的CMAC输出，同时可以将CMAC的输出和u(k)进行对比，更改权重，可开始进入学习：
u(k)＝un(k)+up(k)
Figure BDA0002256291570000071
其中un(k)为CMAC的输出，up(k)为PID的输出，αi为二进制选择向量，c为泛化参数，ωi为实际存储器至输出的映射。
CMAC的调整指标E(k)为：
Figure BDA0002256291570000072
Figure BDA0002256291570000073
其中η为网络学习速率，且η∈(0,1)，Δw(k)为调整差值，在系统投入使用的时候，通过控制器控制使得Δw(k)取0，此时up(k)＝0， u(k)＝un(k)，利用CMAC的学习，让PID输出的控制量up(k)越来越小，使得CMAC所产生的输出控制量un(k)和u(k)的值越来越接近，以完成罐装瓶进行微量校正补灌。
一种浓酱粘稠食品罐装控制系统灌装系统所述的控制器模块为：西门子S7-200CPU226，其自带20KHz的高频率脉冲输出，能够实现对基于光栅尺的伺服系统的状态量的检测，拥有24个信号接收的输入口，16个给定动作执行的数字量输出接口。
一种基于称量自校正的粘稠食品罐装系统所述的光电检测传感器为：德国SICK的VTF18-4N1212型光电开关，能够检测300mm以内发出的光线，外形为直径18mm的圆柱体，方便安装。
一种基于称量自校正的粘稠食品罐装系统所述的质量检测传感器为：旭日300g称重传感器，该传感器是电容式传感器的一种，检测原理是当在符合量程要求的压力下，半导体薄膜会产生一定的形变量，造成电极板之间距离改变，那么电容值也将随之改变。
以上对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的表明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本表明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种基于称量自校正的粘稠食品罐装系统，其特征在于，包括一次灌装模块，自动理瓶模块，灌装瓶输送模块，计量调节模块，质量反馈模块，高精度补灌模块，PC机与人机界面模块，控制器模块；通过PC机与人机界面模块操作控制器模块，控制灌装瓶通过自动理瓶模块并由灌装瓶输送模块输送至一次灌装模块进行罐装，计量调节模块安装在一次灌装模块中，质量反馈模块检测灌装瓶通过一次灌装模块前后的质量差，再由高精度补灌模块进行校正。
2.一种称量自校正的粘稠食品罐装方法主要包括以下步骤：
步骤1，通过PC机的人机界面模块设定粘稠食品罐装量，启动系统，控制自动理瓶模块使灌装瓶整齐有序进入输送带；
步骤2，灌装瓶通过输送带进入质量反馈模块，由光电传感器检测玻璃瓶的存在，同时由质量检测传感器检测空瓶质量，检测后进入一次灌装模块；
步骤3，浓酱食品根据设定灌装量由计量调节装置调节提高一次灌装精度，实现一次灌装；
步骤4，质量反馈模块对一次灌装后的罐装瓶进行质量检测，与空玻璃瓶的质量检测形成质量差；
步骤5，针对两次质量检测得到的质量差与设定标准液体装量进行比较，对存在误差的罐装瓶进行微量校正补灌。
3.如权利要求2所述的浓酱粘稠食品罐装控制方法,其特征在于，
步骤3中的一次灌装方式为：以主电机和永磁低速同步电机为动力，通过嵌齿式扣链齿轮带动凸轮做循环的旋转动作，同时与凸轮相连的计量缸也做往复运动，当计量缸向下运动时，会把粘稠食品通过单向阀从料桶中吸入计量缸；当计量缸向上运动时，则会将粘稠食品通过灌装单向阀送到灌装装置的灌装阀实现灌装。
在调节粘稠食品一次灌装时，停止整个系统的运行，由控制器下达指令控制气缸，把计量调节装置与永磁低速同步电机相连，永磁低速同步电机的转动从而带动计量调节器的滑块移动同时带动检测计量缸的光栅尺的移动，由光栅尺的检测形成反馈环节，提高一次灌装精度；当一次灌装调节完成时，由控制器下达指令控制计量调节装置与永磁低速同步电机分开，灌装系统开始下一步工作。
4.如权利要求2所述的浓酱粘稠食品罐装控制方法，其特征在于：
步骤5中的微量校正补灌方式为：小脑神经网络(CAMC)复合PID控制方式，以自动学习的方式去提高精度；具体是利用CAMC与PID完成前馈反馈控制，CMAC采用有导师的学习算法，一个控制周期完结的时候就可以计算得出对应的CMAC输出，同时可以将CMAC的输出和u(k)进行对比，更改权重，可开始进入学习：
u(k)＝un(k)+up(k)
Figure FDA0002256291560000021
其中un(k)为CMAC的输出，up(k)为PID的输出，αi为二进制选择向量，c为泛化参数，ωi为实际存储器至输出的映射；
CMAC的调整指标E(k)为：
Figure FDA0002256291560000031
Figure FDA0002256291560000032
其中η为网络学习速率，且η∈(0,1)，Δw(k)为调整差值，在系统投入使用的时候，通过控制器控制使得Δw(k)取0，此时up(k)＝0，u(k)＝un(k)，利用CMAC的学习，让PID输出的控制量up(k)越来越小，使得CMAC所产生的输出控制量un(k)和u(k)的值越来越接近，以完成罐装瓶的微量校正补灌。
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