液位探測器及液位監(jiān)測原理

1、第七章灌注系統(tǒng)TBA19 的灌注系統(tǒng)是一種閉環(huán)的自動控制，除此之外還有調(diào)節(jié)閥位置監(jiān)控、調(diào)節(jié)閥膜片滲漏監(jiān)護系統(tǒng)。用于控制的部件:液位浮子、液位探測器、IP 轉(zhuǎn)換閥、液位調(diào)節(jié)卡或 TMCC 液位控制卡、液位調(diào)節(jié)閥、液位繼電器、閥桿位置近接開關，A 閥（也叫產(chǎn)品閥）。263圖 1 是灌注系統(tǒng)的示意圖，主要包括：1-灌注調(diào)節(jié)閥 2-產(chǎn)品管線 3-下填料管4-液位監(jiān)測器 5-液位磁性浮子 6-壓縮空氣管線7-泄漏探測器 8-IP 轉(zhuǎn)換閥 9-液位調(diào)節(jié)卡工作順序：當灌裝機到達生產(chǎn)步驟，按動上行鍵，設備首先進入拉紙狀態(tài)，程序首先監(jiān)測灌注管液位在最低點，也就是磁性浮子在最低點，浮子的磁環(huán)在液845位傳感器上作

2、用，使得液位傳感器輸出一個電壓值到液位調(diào)節(jié)卡，當圖案校正到正常范圍之內(nèi)（圖案校正系統(tǒng)會講到），程序會要求液位調(diào)節(jié)卡輸出一個電流值（020mA）到 IP 轉(zhuǎn)換閥，IP 轉(zhuǎn)換閥打開，壓縮空7氣通過 IP 閥進入液位調(diào)節(jié)閥內(nèi)，推動閥芯工作。調(diào)節(jié)閥打開后，產(chǎn)品通過調(diào)節(jié)閥迅速進入到預先封合好的紙管內(nèi)，開始灌注時產(chǎn)品給入量較大，浮子快速上升，當浮子到達液位監(jiān)測器的 30-50時，液位監(jiān)測器又會給液位調(diào)節(jié)卡輸出一個電壓值，液位調(diào)節(jié)卡隨著輸入電壓值的增高，會輸出一個變大的電流值，該電流值控制著 IP 閥的開度減小，因此從 IP 閥到調(diào)節(jié)閥的空氣壓力也開始減小，調(diào)節(jié)閥的開度也減小，通過調(diào)節(jié)閥的產(chǎn)品供給量降低，紙

3、管內(nèi)液位下降，控制系統(tǒng)又會按照上述控制反向調(diào)節(jié)，液位又會上9升。通過以上的調(diào)節(jié)，紙管內(nèi)液位最終會停留在一個圖 1相對穩(wěn)定的位置上，保證了產(chǎn)品灌注精度。1061圖 2圖 2 是一個灌注系統(tǒng)的簡單示意圖。我們之所以選用利樂自動灌裝設備的目的，就是要得到穩(wěn)定、精確的灌裝量，保證每一包產(chǎn)品容量相等。利樂 TBA/19 灌裝機的運轉(zhuǎn)速度和灌注管口徑（也就是灌注開啟度）已經(jīng)是固定的了，唯一決定每包產(chǎn)品容量的就是紙管內(nèi)的液位了。圖 1 中所有的控制系統(tǒng)就是為了控制紙管內(nèi)相對恒定的液位。107圖 321圖 3 是灌注系統(tǒng)中的液位探測器與液位監(jiān)測原理，1 是帶有磁環(huán)的浮子，在浮子內(nèi)部的中間橫截面位置上，有一圈永

4、久磁環(huán)，而液位探測器的原理類似于干簧管，當浮子的磁環(huán)到達探測器得某一位置時，磁場的作用使液位探測器中的開關閉合導通，如圖箭頭所示。在液位探測器內(nèi)，串聯(lián)著 15 個電器元件，兩端連接9.6V的電壓。當9.6V的電壓每通過一個電器元件時，便產(chǎn)生0.6V的壓降，以此類推，當液位探測器中最下面的開關導通，輸出一個 0.6V 的電壓，當液位探測器中最上面的開關導通，輸出一個 9.6V 的電壓。依此類推，從下至上開關導通后依次產(chǎn)生 0.6、1.2、1.8、2.4、3.0、3.6、4.2、4.8、5.4、6.0、6.6、7.2、7.8、8.4.9.0.9.6V 等 14 個不同電壓信號。因浮筒在最低位時磁環(huán)

5、不使任何一個開關導通，所以輸出是零伏特，所以在浮筒的工作范圍內(nèi)共有 15 個不同的電壓信號輸出到液位調(diào)節(jié)卡或 TMCC 卡上，在液位調(diào)節(jié)卡或 TMCC 卡上有指示燈對應不同的電壓信號，所以通過指示燈就能觀察紙管內(nèi)的產(chǎn)品液位。108圖 471234651-位置監(jiān)測電眼2-產(chǎn)品側隔膜片3-調(diào)節(jié)閥閥桿4-泄漏探測器輸入端（低點位）5-泄漏探測器輸出端（高電位）6-通氣消音器7-壓縮空氣側膜片密封腔密封腔109圖 4 是灌注系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥的詳細解剖圖，圖中黃色為產(chǎn)品，藍色為壓縮空氣，它們之間用兩個隔膜片隔開，產(chǎn)品絕對不能向左側方向滲漏，壓縮空氣也不能向右側滲漏。如果產(chǎn)品滲漏，滲漏監(jiān)測裝置會反饋信號到 P

6、LC，設備將作出相應反應。我們所用的膜片實際上分為兩層，見圖 5，一層是導電層，一層是非導電層。膜片會在生產(chǎn)、清洗、升溫過程中逐漸老化損壞，這樣產(chǎn)品側會和外界相通，這樣會造成無菌系統(tǒng)破壞，產(chǎn)品受到污染。假設圖 6 中粉色圓圈處為泄漏點，當膜片泄漏時，產(chǎn)品會從膜片的非導電側滲漏到導電側，這樣就會使圖5中4 和 5 之間導通，滲漏探測器輸入端就會接收到一個電信號，因此設備就會發(fā)出“膜片泄漏”的報警信息。當壓縮空氣給進調(diào)節(jié)閥時，閥桿 3向右側移動，調(diào)節(jié)閥打開（如圖所示），產(chǎn)品經(jīng)閥頭兩側流出（這樣設計是為了使流出產(chǎn)品的量更均勻，容易控制液位），進入預先封合的紙管內(nèi)。由于閥桿向右側移動，圖 4 中紅色虛

7、線所示的腔體空間加大，藍色虛線所示的腔體減小，如果是全密閉的，膜片移動時要克服大氣壓強才能移動（原理如馬德堡半球試驗），所以為了保證閥桿左右活動順暢，在調(diào)節(jié)閥中設計了通氣孔（圖中用粉色圓圈表示），并加裝了通氣消音器 6，這樣在膜片左右移動時，密封腔的大小產(chǎn)生變化由通氣孔和通氣消音器進行了彌補。圖4中 1 為調(diào)節(jié)閥閥桿監(jiān)測電眼，它的主要任務是在預熱二到烘干、CIP 清洗時監(jiān)測閥桿以動的位置。熱二到烘干時，調(diào)節(jié)閥的給入氣壓為2bar，CIP 清洗時為 4bar，生產(chǎn)時為0.8-1.0bar。110圖 5圖 6圖 6導電層導電體非導電體非導電層圖 6 是灌注系統(tǒng)中的液位調(diào)節(jié)卡，我們前面講過，浮子的位

8、置也就是產(chǎn)品液位位置通過液位傳感器輸出信號至液位調(diào)節(jié)卡，調(diào)節(jié)卡通過輸入電壓信號的變化（0-9.6V）改變輸出電流信號（0-20mA），從而改變壓縮空氣通過調(diào)節(jié)閥的多少。12111圖 7圖 7圖 11 是液位調(diào)節(jié)卡的詳細分解圖。首先看圖 7，圖中1是 “ 全 高 ” 電 位 計（PotentiometerALLHIGH），這是調(diào)定產(chǎn)品高液位報警點的電位計。在灌裝機零位時，將下灌注管安裝，提升浮子到發(fā)光二極管 4 發(fā)光（從頂部數(shù)第二個），同時檢查發(fā)光二極管 2 是否發(fā)光，如果沒有發(fā)光，可轉(zhuǎn)動電位計 1 來進行調(diào)整，直至發(fā)光。發(fā)光二極管 3是監(jiān)測有無下灌注管的，下灌注管移去，發(fā)光二極管 3 亮，反之

9、則滅。綜上所述，只要浮子（也就是液位）觸發(fā)圖中 4 所指示的發(fā)光二極管，設備就會高液位報警。112在 TBA/19020 型機中，已將液位調(diào)節(jié)卡更換為 TMCC 卡控制液位了，TMCC意思是“利樂多功能小型控制器”，在 TBA/19010 型灌裝機中，也有一部分將液位調(diào)節(jié)卡改為 TMCC 卡控制液位了，下面我們就結合圖片描述一下 TMCC 卡是如何控制液位的。圖 8首先看看TMCC卡上的輸入輸出點，圖中卡左側接線為卡的輸入端，從上至下依次為：124V 2接地線 3液位顯示9殺菌信號 10生產(chǎn)信 號 11清 洗 信 號12預灌注信號 13強制下載 14可以通訊信號 15通訊時鐘信 號16 通 訊

10、 數(shù) 據(jù)圖中卡右側為卡的輸出端，從上至下依次為：5IP 轉(zhuǎn)換閥信號 6液位輸出信號 25高液位報警信號 26低液位報警信息 27灌注OK 28信息傳送OK圖8中紅框所顯示的是TMCC卡上控制燈所代表的含義。113指示燈閃爍固定發(fā)光S1正?；蛑匦鹿嘧⑸a(chǎn)生產(chǎn)S2清洗S3殺菌S4高液位報警液位約在 83S5液位約在 66S6液位約在 50S7液位約在 33S8低液位報警液位約在 16圖 9圖 9 是圖 8 中紅色線框的放大圖，實際上是描述了 TMCC 卡上指示燈的功能114圖 10圖 10 是液位調(diào)節(jié)卡升級到TMCC卡的系統(tǒng)流程圖，它和圖 1 含義基本一樣，只是在紅色虛線框內(nèi)換成了 TMCC 卡，

11、TMCC 卡不但能傳輸信號給I/P轉(zhuǎn)換器，還要與設備中的PLC（可編程序邏輯控制器）以及 PC（個人計算機）進行雙向通訊。TMCC 卡與液位調(diào)節(jié)卡的區(qū)別在于：1、對于液位調(diào)節(jié)卡的各項手工設定在TMCC 卡中都已做了相應的程序編程，不需要進行人為調(diào)整。2、TMCC 卡在灌注模式上預先設置了三種模式，這三種模式對應的是三種不同的灌注方法，一種是在紙管圖案已經(jīng)校正到允許誤差（1.5 毫米）范圍內(nèi)進行產(chǎn)品灌注第二種是圖案校正和產(chǎn)品灌注同時進行。第三種是預先進行產(chǎn)品灌注，到達一定液位后，設備再進行圖案校正。所以工廠可根據(jù)實際情況選擇其中一種模式。115圖 11圖 11 是 TBA/19 灌注系統(tǒng)中重要的

12、組成部分，圖中A、B、C 為三個氣動閥，這三個閥經(jīng)過一定的組合，就形成了利樂公司具有代表意義的閥組。A 叫產(chǎn)品閥，B 叫無菌空氣閥，C 叫蒸汽閥。這三個閥各自有各自的作用，但又互相有聯(lián)系。圖 12 是設備在生產(chǎn)狀態(tài)下 ABC 閥的工作狀態(tài)，從圖中看出，A 閥的打開氣源和 B 閥關閉的氣源并聯(lián)在一起，由一路壓縮空氣控制，也就是說，A 閥打開的同時 B 閥關閉，這樣設計的目的就是防止產(chǎn)品流經(jīng) A 閥的同時，不會進入無菌空氣通道內(nèi)，也是一種安全防護措施。C 閥是一個蒸汽屏障，當高溫蒸汽（125）通過閥腔時，高溫作用殺滅外界侵入的所有細菌及芽胞，起到了外界污染物與產(chǎn)品的隔離作用，也就是為了保護無菌產(chǎn)品和無菌空氣系統(tǒng)不受破壞。圖 13 是設備暫停時的狀態(tài)，A 閥關閉，產(chǎn)品在 AP閥腔內(nèi)還會存有產(chǎn)品（見圖 13）。C 閥的閥桿是中空的，當 C 閥打開時，蒸汽會進入 C 閥的閥腔，對 A閥的閥頭起到保護的作用。但這樣會造成 A 閥閥頭的結奶垢現(xiàn)象，所以在以后的 TBA/19 020 與 TBA、22 型機中，專為 C 閥蒸汽設計兩個溫度。較高溫度用于設備升溫、殺菌時使用，較低