自动灌装系统 论文9

The Design of the Intelligent Liquid Filling System

摘要：液体的灌装设备在工业领域应用非常广泛，凡是灌装设备毫无例外的都需要灌装控

制系统。目前工业生产中所用到的灌装设备，都有一定的局限性，不能适用于所有型号的灌装容器，而且大部分都是手动控制开和关。争对这一现状，我们设计出一种全智能灌装控制装置。这种灌装系统不仅对所有灌装容器具有普遍性，还能实现自动化控制。我们相信这种系统将会广泛应用于工业生产。

Abstract: The filling machine of liquid is widely used in industry. There is no

exception that all the filling equipment need filling control system. All the filling equipment used in present industrial production has limitations to some degree, and that most of them are manual control on or off. Faced with this situation, we have designed an intelligent control device. This kind of control device is not only universal to all filling containers, but also can realize automatic control. We believe this control device will be widely used in industrial production.

关键词：灌装系统，全智能灌装装置，自动化控制，普遍性

Key words: Filling machine, intelligent filling device, automatic control,

universal.

1.介绍

1.1 专业领域现状分析

随着现代科技的发展，人们对工作、生活的要求逐渐趋于自动化、智能化。目前，相关工厂加工线路上均有使用液体灌装技术，用以代替人力灌装，提高灌装效率和精度，并取得了良好的效果，在一定程度上满足人们生产自动化的要求。但是，目前工厂生产采用的有关液体灌装的技术均局限于定容灌装。渐渐地随着人们日益增长的物质文化要求，这种装置已不能满足人们对生产自动化、地球固有物质资源对发展可持续化等的要求，他的缺陷只要体现在以下几个方面：首先，它只能对给定的一种容积的容器进行灌装。灌装前设定一初始值（接近容器容积的数值），灌装时定容灌装。这样的生产线不适用于产品多样化，并且若采用设定不同初始值的若干机器来满足要求将会造成制造成本以及人力的浪费，也违背当代可持续发展的理念；其次，同样的灌装技术应用到家居生活就不够人性化，家居生活中盛装液体的容器体积不定，在此处应用定容自动灌装就很不方便。

基于这种现况，切合机电一体化的发展要求，我们推出一种新型的全自动液体灌装机，它面向不同容积的容器灌装动作，不需要人工调整，它就能按要求（如液面停留在离容器口指定距离处）注满容器。这种装置将更能满足生产生活需要，应用将更人性化。

本项自动灌装技术主要运用单片机控制和多传感器组合检测来实现。工作时，占位传感器感知容器激励单片机控制出水以及容器撤离的紧急停水；光电传感器测量水杯高度；超声波传感器测得实时液面高度；单片机处理两组数据进行判断、自动控制停水。这样的新型灌装技术实现了全自动控制，使用方便、人性化、安全且可靠。

1.2 结构分析

本项自动灌装技术运用嵌入式微机控制和多传感器组合检测，其工作结构如图示：

图中符号的意义分别是：

1. 灌装液体箱体 2. 超声波传感器探头 3. 出水口 4. 光电传感器 5. 占位传感器 6. 盛装液体的容器

全自动液体灌装控制工作原理：

当将盛装液体的容器放到装有占位传感器的底座上，占位传感器感知水杯、激励单片机发出指令，作出出水动作；同时，由于传感器接收到容器6的占位信号将该信号传给单片机控制器，单片机发出工作指令给光电传感器和超声波传感器，光电传感器发射光信号感知容器高度，并传递给单片机；单片机迅速查表（工作前输入的、水杯高度和超声波探头离水面距离的一一对应关系的数据表）得到“理想出水高度”；超声波传感器将测得实时液面高度，反馈给单片机；单片机分析比较实时液面高度与此“理想出水高度”，当两数值达到设定要求（如设定最终液面离杯口10mm）时，单片机控制开关阀作出停水动作，至此一个完整的工作动作完成。

若自动工作进行中突然将容器撤离，占位传感器感知空缺信号，激励单片机作出紧急停水动作。

1.2.1超声波传感器： 经过多方面的考虑，我们最终确定使用超声波传感器作为液面监控的传感器，超声波传感器具有以下优点：

（1） 超声波的传播速度仅为光速的百万分之一，便于测量较近距离，且纵向分辨率高； （2） 超声波对色彩、光照度不敏感，液体测量不会影响其精度； （3） 超声波传感器结构简单、体积小、费用低、信息处理简单可靠。 超声波传感器测距原理

超声波传感器探头发出一定频率的超声波，超声波精障碍物反射回来，被接收探头接收，只需要测出这段时间所需要的时间，就可以计算出据障碍物的距离L

L=c(t/2)

式中：c为超声波速度；t为发射到接收的时间 1.2.2光电传感器

光电传感器在此智能控制系统中所实现的功能就是以精确、快捷的方式来测定灌装容器的高度并将信号发送给单片机。要选择一种合适的传感器，必须要综合原理和工作性能、精确度以及工作环境和造价等方面来考虑。光电传感器是由光源、光电路和光电元件三部分组成，是一种应用光电子技术将光信号转换成电信号而进行非电量参数检测的传感器。它的物理基础是光电效应，工作时通过感应被被检测物体反射回的光的反射率和吸收率来检测信息。

光电传感器有以下优点：一、响应时间短。因为光本身是传播的一种媒介，光电传感器的电路都由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间，总的来说响应迅速；二、分辨率高。光电传感器能通过高级设计技术使光束集中在小光点，或通过构成特殊的受光光学系统来提高分辨率，在此前提下，就可进行微小物体的检测和高精度位置的检测；三、对被检测物体的限制少。由于是以被检测物体引起的遮光和反射为检测原理，所以它可对玻璃、塑料、木材等几乎所有物体进行检测，也就是说，对灌装容器的材质没有特殊要求；四、可实现非接触性的检测。因为无需机械性的接触被检测物体，因此适用于多种工作环境，且不会对被检测物体和传感器造成损伤；五、具有可调整性。因为光电传感器发射的光束是可见的，所以可以对被检测物体的位置进行调整。

灌装系统广泛用于工业生产中，在保证工作性能的条件下也要保证造价上的可行性。光电传感器作为一种检测装置，具有精度高、反应快、非接触等良好的综合性能，而且可测参数多，结构简单，形式灵活多样而体积小，它的应用范围大到航空航天军事领域，小到车载电子眼等，可见适用范围之广。

1.3.相关理论原理 1.3.1标定程序

图中：1为超声波传感器；2为容器；3为一侧若干个光电传感器；H为实时监控的液面出水口的高度；h为光电传感器测得的容器高度

将容器放置的一侧安装上相距1~2mm的一排光电传感器，用标准量块代替容器，光电传感器测得量块高度h;此时，超声波传感器能测出出水口到量块的距离H，根据需要设定需要停止释放液体的高度X，由于量块高度已知，则根据需要当超声波传感器测得出水口距液面距离为（H+X）时，应停止出水。由于查表控制方式程序设计简单且精度高，因此选择查表程序控制方式。即：利用标准量块事先确定好杯子高度h与(H-X)一一对应关系，建立对应表格，将此表格输入单片机里面。

1.3.2单片机程序控制流程图

在此智能控制系统中的核心之一就是单片机的应用，它是用来接受信息、分析信息和发出指令的控制中心，单片机的工作过程就是执行程序的过程。 单片机的控制流程图如下：

开始

占位传感器感知容器，激励单片机 单片机激励出 水阀开始出书 单片机激励光电传感器检测 容器高度并反馈给单片机 单片机激励超声波 传感器开始工作 单片机快速分析容器高度得出“理想出水高度” 超声波传感器实时监测液面高度，反馈给 单片机与“理想出水高度”作实时对比 直至两数值达到设定值，单片机激励出水阀停止工作