Автоматизированная система изготовления колпачков для ликероводочной продукции

    Подъемно-транспортные операции в цехе выполняются электропогрузчиками  во взрывозащищенном исполнении и ручными  тележками.

    Последовательность  вышеуказанных операций техпроцесса наглядно отображает структурная схема, представленная на рисунке 1.

    В процессе работы цеха могут образовываться отходы производства: обрезь алюминия, фольги, пленки ПВХ, бумаги. Отходы собираются в специальные контейнеры на специально выделенных местах и поддаются утилизации. 

 
 
 

 

 

 

 

 

 

  

 

   

  
 

 

 
 
 

       Рисунок 2.1 – Структурная схема технологического процесса

                        Figure 2.1 – Operating diagram  
2.1 Последовательность операций обработки заготовок на линии лакирования 

       Первоначальной  операцией подготовки к обработке  заготовки является ручная загрузка колпачков в бункер конусообразного  типа, с которого с помощью наклонного ленточного транспортера колпачок подается в ориентировщик – устройство, основное назначение которого – ориентирование крышки в одном направлении – дном вниз посредством сжатого воздуха, подаваемого по пневмотрубкам. Правильное ориентирование обусловлено и особенной конструкцией барабана ориентировщика, с которого колпачок попадает в приемный лоток, где происходит его набивка на палец вращающегося барабана, приведенного в движение двигателем Lenze. Одновременно происходит покрытие лаком боковой поверхности крышки с помощью резинового вала, вращаемого двигателем лакировки М6. Посредством устройства переноса – специальных вакуумных присосок, на которых вакуум создается при помощи вакуум насоса М3 – производится снятие двух колпачков с последующим их переносом на пальцы цепи. По движущейся цепи заготовки отправляются в печь непрерывной сушки. Здесь происходит перемешивание нагретого воздуха для поддержания равной температуры во всей рабочей зоне печи с помощью вентилятора-двигателя М4. Нагрев воздуха в печке обеспечивается за счет четырех пар электронагревателей (тенн), расположенных горизонтально. Поддерживаемая внутренняя температура равна 130°-150°С, требуемое ее точное значение определяется согласно типу применяемого лака. Разработанная система измерения предусматривает визуальный контроль посредством панели оператора, а также регулирование значений температуры в требуемом диапазоне.

       Для измерения температуры в печи использован контактный метод с  применением первичного преобразователя, выходной информативный параметр которого является функцией температуры чувствительного элемента. Первичный преобразователь находится непосредственно в среде. Контактный метод основан на использовании платинового термопреобразователя сопротивления, соединенного по трехпроводной линии связи. Трехпроводная схема подключения при соблюдении условий равенства сопротивлений всех трех проводов позволяет скомпенсировать их влияние на измерение температуры. Работа термопреобразователя сопротивления основана на температурной зависимости электрического сопротивления металлов. Датчик выполнен в виде катушки из тонкой платиновой проволоки на каркасе из изоляционного материала, заключенной в защитную  гильзу. Термопреобразователь сопротивления характеризуется двумя параметрами: К₀ – сопротивления датчика при 0°С и W₁₀₀ – отношение сопротивления датчика при 100°С к его сопротивлению при 0°С. Выбранные размеры печи обусловлены тем, что время нахождения колпачков в рабочей зоне составляет несколько минут и рассчитано для полного их высыхания. На выходе печи колпачки сдуваются с пальцев цепи и загружаются в упаковочную тару.

       Весь  процесс лакирования боковой  поверхности крышек на машине MONTOLI   контролируется и управляется  контроллером Siemens S7-224, который питается постоянным напряжением 24 В от импульсного блока питания   (POWER 24 V 4A) с подключением операторской панели TD 200 (напряжение питания – 24 В), установленной на пульте оператора. За счет этого оператор имеет возможность задавать требуемые значения температуры рабочей зоны печи, количество изделий на выходе, кроме того, наблюдать выводимую на панель информацию о поломках в системе, сбое в работе машины или отсутствии колпачков в ориентировщике. Важную роль играет правильная последовательность включения двигателей приводов: первоначально включают двигатель транспортера для заполнения приемного лотка, затем приводят в движение двигатель цепи, далее – электронагреватели и двигатель печи. В случае неисправности электродвигателя цепи происходит отключение электронагревателей во избежание перегрева колпачка и самой цепи в рабочей зоне.

       Для поддержания качества выпускаемой  продукции и правильного режима работы системы лакировочной машины предусмотрена система сигнализации. В случае неисправностей электродвигателей, преобразователей частоты, повреждении колпачка (брака), ненатянутой цепи, заклинивании ориентировщика выводится предупредительная информация на панель оператора. Контроллер анализирует ситуацию и переходит в режим «Стоп», в результате чего снимается напряжение с двигателей. 

2.2 Устройство и принцип работы датчиков системы контроля 

2.2.1 Функциональное назначение датчиков  

       Заполнение  ориентировщика происходит до определенного  уровня, установленного с помощью специального приспособления (лопаточки) и металлического флажка, который взаимодействует с индуктивным датчиком ВК2. С выхода ориентировщика колпачок направляется на наклонный лоток, где установлен индуктивный датчик ВК3. Этот датчик регулирует число колпачков в лотке, и в случае переполнения лотка останавливается двигатель ориентировщика. В приемном лотке контроль наличия колпачка осуществляет оптический рефлекторный датчик ВК6, он сигнализирует о готовности включения барабана с последующим покрытием боковой поверхности крышки лаком. Контроль необходим для избежания работы вхолостую и лучшей набивки колпачка. У этого датчика приемник и излучатель встроены в один корпус. Рефлектор на противоположной от датчика стороне отражает свет от излучателя обратно на приемник. Стандартный объект прерывает отраженный луч света и вызывает изменение выходного сигнала. Что касается отражающих поверхностей, для организации точной работы датчика с целью предотвращения любых побочных сигналов необходимо, чтобы свет, отраженный от объекта, фильтровался при помощи поляризующего фильтра. Сигнал о неплотно надетой на палец барабана капсуле выдает лазерный датчик ВК1. Над пальцем барабана установлен индуктивный датчик ВК4, реагирующий на алюминиевую крышку и производящий прямой счет заготовок. Датчик ВК4 одновременно определяет наличие колпачка на пальце, и, если набивки не произошло – палец барабана пустой – выдает сигнал на контроллер. Он в свою очередь просчитывает шаги барабана и, когда палец без колпачка доходит до лакировочного вала, последний отводится от пальца во избежание его покраски. Индуктивный датчик ВК7 предназначен для контроля натяжения цепи.

       Для контроля угла поворота вала редуктора цепи предназначен энкодер. Его главные функциональные назначения – контроль относительного перемещения цепи (по отношению к устройству переноса колпачка), включение/выключение операции одновременного сдува с пальца барабана колпачка и подвод вакуума к присоскам. 

2.2.2 Применение индуктивных датчиков

        Индуктивные бесконтактные выключатели (индуктивные датчики) без сомнения одни из самых распространенных устройств в составе низового оборудования систем управления автоматизированным производством. Индуктивные датчики находят широкое применение в машиностроении, пищевой, текстильной и других отраслях. Они наиболее эффективно используются в качестве конечных выключателей в автоматических линиях и станках, так как индуктивные датчики срабатывают только на металлы и не чувствительны к остальным материалам. Это увеличивает защищенность индуктивных датчиков от помех; например, введение в зону чувствительности выключателя рук оператора, эмульсии, воды, смазки и так далее не приведет к ложному срабатыванию. Объектом воздействия для индуктивных выключателей (датчиков) являются металлические детали: зубья шестерен, кулачки, ползуны; часто это металлическая пластина, прикрепленная к соответствующей детали оборудования.  
 
 
 
 
 
 

       Рисунок 2.2 –Устройство индуктивного бесконтактного выключателя 

       Согласно  статистике 90% дискретных датчиков положения  – индуктивные датчики. Это объясняется высокими эксплуатационными характеристиками, надежностью и низкой стоимостью индуктивных датчиков по сравнению с другими типами датчиков.

    Индуктивный датчик (бесконтактный выключaтeль) функционирует следующим образом:

1.Генератор  создает электромагнитное поле  взаимодействия с объектом.

2.Триггер  обеспечивает гистерезис при  переключении и необходимую длительность фронтов сигнала управления.

3.Усилитель  увеличивает амплитуду сигнала  до необходимого значения.

4.Светодиодный  индикатор показывает состояние  выключателя, обеспечивает контроль  работоспособности, оперативность  настройки.

5.Компаунд  обеспечивает необходимую степень защиты от проникновения твердых частиц и воды.

6.Корпус  обеспечивает монтаж выключателя,  защищает от механических воздействий.  Выполняется из латуни или  полиамида, комплектуется метизными  изделиями. При подаче напряжения  питания перед активной поверхностью индуктивного выключателя образуется переменное магнитное поле, создаваемое катушкой индуктивности генератора. При попадании объекта воздействия в зону чувствительности выключателя, снижается добротность колебательного контура и амплитуда колебаний, что вызывает срабатывание триггера и изменение состояния выхода выключателя. Номинальное расстояние воздействия (Sn) и гарантированный интервал воздействия (Sa), указанные в технических характеристиках выключателей, относятся к стандартному объекту воздействия – это квадратная пластина из стали Ст 40, толщиной 1мм, сторона квадрата равна большему из значений: диаметру активной поверхности выключателя или значению 3Sn. Соотношение для определения реального расстояния воздействия (Sr): 0,9 Sn < Sr < 1,1 Sn – справедливо для стандартного объекта воздействия. Если объект воздействия имеет размеры меньше стандартного, то расстояния воздействия Sn, Sr, Sa следует умножить на поправочный коэффициент К. Поправочные коэффициенты К вводят также, если объект воздействия выполнен не из стали, а из других металлов и сплавов. 

Рисунок 2.3 – График зависимости К от площади объекта воздействия

                     Sисп. Объекта – площадь используемого объекта воздействия

                       Sст. Объекта – площадь стандартного объекта воздействия 

Медь…..............................0,25…0,45 
Латунь…...........................0,35…0,50

Нержавеющая сталь…....0,60…1,00

Никель…..........................0,65…0,75 
Алюминий…....................0,35…0,45 
Чугун….............................0,93…1,05 

2.2.3 Обнаружение металлического предмета в зоне чувствительного элемента, используемого в робототехнологическом комплексе      

 Работа  датчика основана на срыве  колебаний задающего генератора  при приближении металлического предмета к чувствительному элементу, в качестве которого применяют катушку индуктивности.       

 Чувствительность  датчика регулируется резистором R2 (рисунок 2.4). При генерации диод Д2 детектирует усиленные транзистором Т2 колебания, постоянная составляющая которых выделяется конденсатором С4, за счет чего транзистор Т3 открыт, а Т4 – закрыт.       

 При  срыве генерации транзистор Т2  открывается благодаря смещению  на базу через R6. Транзистор  Т3 закрывается, а Т4 открывается,  включая реле К1.       

 Светодиод  Д4 сигнализирует о срабатывании  датчика. Конструктивно катушку выполняют в различных вариантах в зависимости от назначения датчика. Величина резистора R3 и конденсатора С1 зависит от исполнения катушки.       

 В  первом варианте катушка выполнена на полистироловом каркасе или ферритовом стержне. В этом исполнении катушка чувствительна к внешним металлическим предметам.       

 Во  втором варианте стержень с  катушкой помещают в ферритовую  чашечку. Чувствительность датчика  – до 4 мм.       

 Третий  вариант предназначен для контроля  «на пролет». Площадь рамки  в этом случае соизмерима с  величиной контролируемой детали. При удалении катушки и электронной  схемы друг от друга соединительный  кабель следует выполнять витыми  парами.

Рисунок 2.4 – Схема индуктивного датчика 

2.2.4 Лазерный датчик, срабатывающий на обратное отражение

    Лазерные  датчики, срабатывающие на обратное отражение, содержат в одном корпусе схему излучателя и приемника. Световой луч распространяется от излучателя, до обратного отражателя затем и попадает в приемник. Так же как и в лазерных датчиках, работающих на просвет, объект обнаруживается, когда он пересекает световой луч. Диапазоном расстояний у этого типа датчиков считается расстояние от датчика до отражателя. Эффективным лучом в датчиках, срабатывающих на обратное отражение, является конус формой совпадающей с фигурой, соединяющей линзы датчика и отражатель. Отраженный луч обычно не сфокусированный и поэтому датчики, срабатывающие на обратное отражение, обычно применяют для обнаружения достаточно больших объектов. Вместе с тем, когда требуется малый эффективный размер луча, то так же как и в датчиках, работающих на просвет, используются лазерные диоды в качестве источников света. Большинство обратных отражателей сделано из множества маленьких призм, образованных углом куба и каждая из этих призм имеет три взаимно перпендикулярных отражающих поверхности. Когда световой луч падает на призму, три отражающие поверхности отражают луч в обратном направлении параллельно падающему лучу и отраженный луч поступает в приемник. Иными словами, обратный отражатель отражает луч в том направлении, откуда он пришел. В основном, обратные отражатели сделаны из литого пластика и производятся различных размеров, форм и цветов. Зеркальные поверхности также могут использоваться в качестве отражателей для датчиков. Однако луч от зеркальной поверхности отражается под тем же углом, что и падающий луч, но в противоположном, относительно нормали к поверхности зеркала, направлении. Для того, чтобы луч попал обратно на датчик, необходимо, чтобы зеркало было расположено строго перпендикулярно лучу. С другой стороны, обратный отражатель посылает луч обратно в датчик, даже если расположен под углом примерно 20 градусов от перпендикуляра. Это свойство делает настройку таких отражателей быстрой и легкой.