吉永林

(杭州中亚机械股份有限公司， 浙江 杭州 310011)

随着无菌灌装系统在乳品、饮料和制药等行业的应用越来越广，使得控制灌装量的传统定容积方法不再适合，而目前应用较多的在线直接测量和控制流量的定量控制方法需要专业的流量计来满足灌装的特殊需求[1]55。在液体灌装设备中，灌装定量是通过电磁流量计来达到精确控制流量的目的[2]，灌装精度是定量的关键点。传统的控制方式采用PLC加高速计数器模块实现，利用PLC的输入、输出口进行脉冲计数以及对灌装阀的控制。其缺点：①控制实时性差，PLC扫描刷新时间较长；②控制时效性差，导致多路灌装阀控制不统一，影响灌装精度；③灌装效率低，PLC响应时间较长，控制等待时间长；④可扩展性差，如果需要同时控制多路灌装阀灌装，精度和效率会更低[3]。

为了解决上述问题，课题组研发了流量计定量灌装专用控制器，即采用高速现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)进行高速脉冲计数和灌装阀控制，提高实时性以及控制精度。另外，利用ARMMCU的灵活性，解决与人机界面(HMI)配置和通信的问题，使控制器简单易用。

1 方法原理

图1所示为流量计灌装系统示意图。HMI主要进行参数设置、各种数据的读取和显示功能；控制器实现流量计信号采集、灌装阀的控制以及与HMI的通信。

图1 流量计灌装系统示意图Figure 1 Illustrative diagram of filling system with flowmeter

1.1 高速脉冲计数与灌装阀控制

流量计信号的输出为一个10 kHz的高频信号，图2所示为占空比为50%的方波(B为输入的脉冲宽度；P为单个脉冲的间隔)。……