碳酸饮料灌装整线 — 单 Runtime 全流程控制

一、设备简介

项目位于江苏宿迁某头部饮料集团, 新建一条 24 000 BPH (Bottle Per Hour) 碳酸饮料灌装线, 主产品为 500 mL PET 瓶装汽水、苏打水、果味气泡水。 整线由 吹瓶/来瓶 → 冲瓶 → 等压灌装 (36 头旋转式) → 旋盖 (12 头磁滞) → 液位视觉 → 日期喷码 → 双侧贴标 → 暖瓶干燥 → 装箱 串联组成。

整线机械本体已由设备厂配套供货, 本项目承担:

• 单台研华工控机承载 灌装 36 头 + 旋盖 12 头 + 贴标双侧 + 喷码 + 视觉 全部动作;
• 主轴相位误差 ≤ 0.1°;
• 灌装精度 ± 1.5 mL (重量法, 约 ± 0.3%);
• 整线扫描周期 1 ms 级;
• 为每一瓶记录批次 ID 与过程数据, 经 OPC UA/MQTT 直达上层 MES (追溯查询由 MES 完成);
• 全国产化供应链, 单线控制部分 BOM 控制在 ¥50 万。

产能指标:

工位	节拍	关键约束
灌装 (36 头)	36 × 40 rpm = 24 000 BPH	等压灌装, CO₂ 保压 4.2 bar
旋盖 (12 头)	2.0 ± 0.2 N·m	旋盖相位 ≤ 0.1°
贴标 (双侧)	5 m/s 线速	追随静差 ≤ 0.8 mm
喷码	脉冲 20 kHz	与主轴编码器相位锁
液位视觉	1000 FPS 触发	低液/歪盖 100% 剔除

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二、项目模块组成

工程以 BEV_LINE 模板组织, 单 Runtime 下划分如下功能模块, 所有模块共享同一 MainAxis 主轴:

模块	职责	关键技术
MOD_MAINAXIS	主轴编码器采集 + 相位参考	2500 线编码器 + TSC 时戳
MOD_FILL36	36 个灌装头状态机 + 电动阀阵列	数组状态机 + 重量反馈
MOD_CAP12	12 个旋盖头磁滞扭矩控制	扭矩 PID + 旋转相位锁
MOD_LABEL	双侧热熔贴标电子凸轮	MC_CamIn
MOD_CODER	激光 / 油墨喷码脉冲	PWM + 编码器分频
MOD_VISION	液位 / 歪盖 / 标签视觉	海康 120 FPS + AI 分类
MOD_REJECT	不合格剔除	位置滞后队列 + 气缸
MOD_CIP_IF	与 CIP 站的握手	本地/远程模式切换
MOD_MES	批次追溯 / 速率 / OEE	Modbus TCP + MQTT
MOD_RECIPE	3 产品 + 瓶型配方	表格 + 版本
MOD_HMI	现场 15" HMI + 总控 22"	Darra HMI Designer
MOD_ALARM	三级报警, 按工位分组	AlarmManager
MOD_SAFETY	急停/门联锁/压力/空瓶联锁	DI 直连 + STO

外部接口:

• 上游吹瓶机: Modbus TCP 从站, 握手 PRODUCE_EN / BOTTLE_READY / ALARM;
• 下游装箱机: Modbus TCP 从站, 握手 BOX_READY / LOW_SPEED / ESTOP;
• 中央 CIP: OPC UA 或硬 DI/DO, 模式切换 PROD/CIP/RINSE;
• MES: MQTT 发布 batch.*、kpi.*、alarm.* 主题。

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三、机械装配架构

        ┌────────────────────────────────────────────────────────────┐
        │              整线主框 (36 灌 + 12 盖 + 贴标 + 喷码)          │
        │                                                            │
        │   ┌──────────┐  ┌──────────┐  ┌──────────┐  ┌──────────┐   │
        │   │  冲瓶    │→ │ 灌装旋转台│→ │ 旋盖旋转台│→ │ 液位视觉 │   │
        │   │ 32 头    │  │  36 头   │  │  12 头   │  │  120 fps │   │
        │   └──────────┘  └─────┬────┘  └────┬─────┘  └─────┬────┘   │
        │        ↓              │             │              ↓        │
        │   CO₂ / 糖浆 管路    编码器主轴 (2500 线)       剔除气缸   │
        │                                                            │
        │   ┌──────────┐  ┌──────────┐  ┌──────────┐  ┌──────────┐   │
        │   │ 日期喷码 │→ │ 贴标 L   │→ │ 贴标 R   │→ │ 暖瓶干燥 │   │
        │   │  20 kHz  │  │  伺服    │  │  伺服    │  │          │   │
        │   └──────────┘  └──────────┘  └──────────┘  └──────────┘   │
        └────────────────────────────────────────────────────────────┘
                                       ↓
                              [ 工控机 + EtherCAT ]
                                       ↓
   ┌──────────────┬──────────────┬──────────────┬──────────────┐
   │  SV680N × 6  │  AM600 IO ×3 │  称重模块 ×4 │  视觉 ×3     │
   │ (主轴/贴标/  │ (32DI/32DO)  │ (36 灌头)   │ (冲/液位/标) │
   │  喷码同步)   │               │              │              │
   └──────────────┴──────────────┴──────────────┴──────────────┘

主机械特征:

• 灌装旋转台直径 2.0 m, 36 工位均分, 相邻工位 10°;
• 旋盖旋转台直径 1.2 m, 12 工位均分, 相邻 30°;
• 主轴由 4 kW 伺服电机 + 行星减速机 (i = 25) 驱动, 顶部直连 2500 线编码器;
• 36 个电动灌装阀均为 插接式卫生级快装阀, 更换 1 个耗时 3 分钟;
• 贴标站左右对称, 每侧 1 台 200W 伺服 + 标签盘 + 热熔胶辊, 镜面安装;
• 视觉拱架采用 20×20 铝型材, 相机安装高度固定 450 mm。

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四、程序架构

┌────────────────────────────────────────────┐
│            Darra Runtime (单机)            │
│  ┌─────────────────────────────────────┐   │
│  │ OB_250us (最高优先级, EtherCAT PDO) │   │
│  │  └─> 主轴编码器采集, 相位更新        │   │
│  │  └─> MC_CamIn (贴标双轴)             │   │
│  │  └─> MC_GearIn (旋盖与主轴)          │   │
│  └─────────────────────────────────────┘   │
│  ┌─────────────────────────────────────┐   │
│  │ OB_1ms (PLC 主循环)                 │   │
│  │  └─> PRG_Fill36 (数组状态机)        │   │
│  │  └─> PRG_Cap12                       │   │
│  │  └─> PRG_Vision                      │   │
│  │  └─> PRG_Reject                      │   │
│  │  └─> PRG_Recipe                      │   │
│  └─────────────────────────────────────┘   │
│  ┌─────────────────────────────────────┐   │
│  │ OB_20ms (HMI 刷新/报警扫描)          │   │
│  └─────────────────────────────────────┘   │
│  ┌─────────────────────────────────────┐   │
│  │ OB_100ms (MQTT/MES/Modbus)           │   │
│  └─────────────────────────────────────┘   │
└────────────────────────────────────────────┘

任务分工:

• 250 μs 任务: 主轴相位, 所有 MC_* 凸轮/齿轮指令;
• 1 ms 任务: 36/12 个工位循环扫描, 视觉结果解析, 剔除队列;
• 20 ms 任务: HMI 刷新, 报警扫描;
• 100 ms 任务: MES 同步, MQTT 上云。

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五、硬件 BOM (国产优先)

5.1 控制层

设备	型号	数量	单价 (¥)	小计
工控机	研华 MIC-770 / i7-12700 / 32 GB	1	12 000	12 000
触摸屏 (工位)	威纶通 MT8103iE 10.1"	2	3 800	7 600
触摸屏 (总控)	威纶通 cMT-3162X 22"	1	9 800	9 800
EtherCAT 交换机	汇川 SW8 非网管	2	1 200	2 400
UPS	APC SUA3000	1	5 800	5 800

5.2 伺服与 IO

设备	型号	数量	单价 (¥)	小计
EtherCAT 伺服 主轴	汇川 SV660N 4 kW	1	8 800	8 800
EtherCAT 伺服 贴标	汇川 SV660N 400W	2	2 800	5 600
EtherCAT 伺服 冲瓶	汇川 SV660N 750W	1	3 600	3 600
EtherCAT 伺服 暖瓶	汇川 SV660N 200W	1	2 400	2 400
AM600 耦合器	汇川 AM600-ECAT	3	800	2 400
32DI / 32DO 模块	汇川 AM600-32DI/32DO	8	1 600	12 800
8AI / 4AO 模块	汇川 AM600	4	2 200	8 800
称重变送器 (36 灌头)	海利普 LDW-36 EtherCAT	4	6 500	26 000

5.3 执行机构与仪表

设备	型号	数量	单价 (¥)	小计
灌装电动阀	卫生级卡箍阀 DN25	36	680	24 480
旋盖扭矩磁滞头	国产 2 N·m 可调	12	2 800	33 600
激光喷码头	国产 30W CO₂	1	18 000	18 000
CO₂ 压力传感器	WIKA A-10	4	550	2 200
卫生级流量计	上海光华 LDG-DN25	4	3 500	14 000
光电开关	奥托尼克斯 BR100-DDT	24	260	6 240
主轴编码器	欧姆龙 E6B2 2500 线	1	650	650
安全继电器	亿高 STO	1	1 800	1 800

5.4 视觉与机器人 (本项目无机器人)

设备	型号	数量	单价 (¥)	小计
相机 (冲瓶检测)	海康 MV-CA013-21GM	1	3 200	3 200
相机 (液位/歪盖)	海康 MV-CA050-12GM	1	4 500	4 500
相机 (贴标校验)	海康 MV-CA013-21GM	2	3 200	6 400
光源	海康 MV-LRDS 系列	4	1 200	4 800

5.5 小计

类别	金额 (¥)
控制层	37 600
伺服与 IO	70 400
执行机构	100 970
视觉	18 900
硬件小计	227 870
Darra Runtime 授权 (按核)	25 000
Darra HMI 授权	5 000
整线投资	¥ 257 870

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六、IO 模块配置

6.1 选型思路

36 个灌装头按 4 组扎堆, 每组 9 头, 每组称重变送器带 9 路 AI → 映射到 PLC 变量数组; 12 个旋盖头扭矩反馈用 12 路 AI; DI/DO 按工位集中布置到 3 个 AM600 机架。

6.2 地址分配

模块	地址范围	用途
DI_0 (32DI)	%IX0.0~%IX3.7	操作按钮 + 门开关 + 急停 + 上下游握手
DI_1 (32DI)	%IX4.0~%IX7.7	36 个工位空瓶光电 (9+9+9+9)
DI_2 (32DI)	%IX8.0~%IX11.7	旋盖座位检测 (12) + 贴标到位 + 喷码反馈
DO_0 (32DO)	%QX0.0~%QX3.7	36 灌装阀 × 位掩码第 0~31
DO_1 (32DO)	%QX4.0~%QX7.7	灌装阀 32~35 + 旋盖 12 + 喷码触发 + 剔除 + 安全输出
DO_2 (32DO)	%QX8.0~%QX11.7	CIP 路由阀 + 冲瓶阀 + 补光
AI_0 (8AI ×4)	%IW0~%IW62	36 个灌装称重
AI_1 (8AI ×2)	%IW64~%IW78	12 个旋盖扭矩反馈 + 4 个 CO₂ 压力
AQ_0 (4AO)	%QW0~%QW6	主糖浆流量阀 + 冲瓶水压 + 热熔胶温

6.3 分工表

功能	PDO/IO	绑定
主轴	Axis_Main	SV660N 4 kW (站号 1), 编码器高速 PDO
贴标左	Axis_LabelL	SV660N 400W (站号 2) + MC_CamIn Master=Axis_Main
贴标右	Axis_LabelR	SV660N 400W (站号 3) + MC_CamIn Master=Axis_Main
冲瓶	Axis_Rinse	SV660N 750W (站号 4)
暖瓶	Axis_Warm	SV660N 200W (站号 5)
灌装阀 [1..36]	DO_0/DO_1	数组映射 DO_Fill[i]
称重 [1..36]	AI_0	数组映射 AI_Weight[i]
旋盖扭矩 [1..12]	AI_1	数组映射 AI_Torque[i]
喷码触发	DO_1.6 + AQ PWM	与 Axis_Main 相位锁
视觉触发	DO_0.(32+1..3)	硬件触发, 200 μs 脉宽

6.4 绑定操作流程

1. Studio → 扫描从站 → 识别 5 个 SV660N + 4 个 AM600 耦合器 + 4 个称重变送器 + 2 个视觉接线盒;
2. 为 Axis_Main 选择 CSP + 编码器反馈 PDO 模板, 其余轴 CSP;
3. 新建 4 个 MC_CamTable: Cam_Label500mL、Cam_Label330mL、Cam_Label1L、Cam_Coder;
4. 打开 MC_CamIn 向导, Master 选 Axis_Main, Slave 选 Axis_LabelL/R, 表选 Cam_Label500mL;
5. 配方变量 Recipe.BottleType 切表, Studio 自动在切换时完成 CamIn → CamOut → CamIn 无缝切;
6. 36 灌装阀 DO 在 PDO 映射 中选 32 位打包, 程序直接按位写入 UINT32;
7. 下载工程, 进入 诊断 → 相位监控, 手动点动主轴, 观察从轴跟随 ≤ 0.1° 即完成绑定。

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七、核心数据结构

TYPE TYPE_FILL_HEAD :
STRUCT
    Id              : INT;
    State           : INT;       (* 0=idle 1=bottle 2=fill 3=done 4=fault *)
    TargetVolume_mL : REAL;
    ActualGram      : REAL;
    StartAngle_deg  : REAL;
    EndAngle_deg    : REAL;
    ValveOn         : BOOL;
    LastBottleId    : UDINT;
    FaultCode       : INT;
END_STRUCT
END_TYPE

TYPE TYPE_CAP_HEAD :
STRUCT
    Id              : INT;
    State           : INT;       (* 0=idle 1=screw 2=torque 3=ok 4=fault *)
    TargetTorque_Nm : REAL;
    ActualTorque_Nm : REAL;
    PhaseLockOK     : BOOL;
    LastBottleId    : UDINT;
END_STRUCT
END_TYPE

TYPE TYPE_BOTTLE_FS :
STRUCT
    Id              : UDINT;
    BornAngle       : REAL;
    FillHead        : INT;
    CapHead         : INT;
    FillOK          : BOOL;
    CapOK           : BOOL;
    LevelOK         : BOOL;
    LabelOK         : BOOL;
    CodeOK          : BOOL;
    Rejected        : BOOL;
    ExitTime        : DT;
END_STRUCT
END_TYPE

TYPE TYPE_RECIPE_BEV :
STRUCT
    Id              : INT;
    Name            : STRING[24];
    BottleType      : INT;        (* 1=500mL 2=330mL 3=1L *)
    TargetVolume_mL : REAL;
    FillSpeed_rpm   : REAL;
    CapTorque_Nm    : REAL;
    CapTol_Nm       : REAL;
    CO2_bar         : REAL;
    LabelCamId      : INT;
    MainAxisSpeed   : REAL;
END_STRUCT
END_TYPE

VAR_GLOBAL
    FillHead    : ARRAY[1..36] OF TYPE_FILL_HEAD;
    CapHead     : ARRAY[1..12] OF TYPE_CAP_HEAD;
    BottleBuf   : ARRAY[0..2047] OF TYPE_BOTTLE_FS;  (* 2K 环缓冲 *)
    Recipe      : TYPE_RECIPE_BEV;
    MainAngle   : LREAL;   (* 0..360 deg, 由主轴编码器更新 *)
    MainRev     : DINT;    (* 累计转数 *)
    EStop       : BOOL;
    DO_Fill     : UDINT;   (* 32 位灌装阀掩码 *)
    DO_Fill_Hi  : UDINT;   (* 剩余 4 位 + 其他 *)
END_VAR

---

八、核心程序代码

8.1 主轴相位更新 (250 μs 任务)

PROGRAM PRG_MainAxis
VAR
    rawEnc  : DINT;
    prevEnc : DINT;
    delta   : DINT;
END_VAR

rawEnc := Axis_Main.ActPos;    (* 编码器原始值 *)
delta  := rawEnc - prevEnc;
IF delta > 1250 THEN delta := delta - 2500; END_IF;   (* 环形修正 *)
IF delta < -1250 THEN delta := delta + 2500; END_IF;
prevEnc := rawEnc;

MainAngle := MainAngle + DINT_TO_LREAL(delta) * 360.0 / 2500.0;
IF MainAngle >= 360.0 THEN
    MainAngle := MainAngle - 360.0;
    MainRev   := MainRev + 1;
END_IF;

8.2 36 灌装头数组状态机 (1 ms 任务)

PROGRAM PRG_Fill36
VAR
    i         : INT;
    valveMask : UDINT := 0;
    angle     : REAL;
END_VAR

FOR i := 1 TO 36 DO
    angle := REAL(i - 1) * 10.0;   (* 工位相位 *)

    CASE FillHead[i].State OF
    0: (* idle: 等瓶到位 *)
        IF IsBottleAtAngle(i, angle) THEN
            FillHead[i].LastBottleId    := NewBottleId(angle);
            FillHead[i].StartAngle_deg  := MainAngle + 15.0;  (* 打开阀相位 *)
            FillHead[i].EndAngle_deg    := MainAngle + 315.0; (* 关阀相位 *)
            FillHead[i].TargetVolume_mL := Recipe.TargetVolume_mL;
            FillHead[i].State := 1;
        END_IF;

    1: (* 等到开阀相位 *)
        IF AngleReached(MainAngle, FillHead[i].StartAngle_deg) THEN
            FillHead[i].ValveOn := TRUE;
            FillHead[i].State   := 2;
        END_IF;

    2: (* 灌装中, 同时看重量 *)
        FillHead[i].ActualGram := AI_Weight[i];
        IF FillHead[i].ActualGram >= FillHead[i].TargetVolume_mL * 1.0
           OR AngleReached(MainAngle, FillHead[i].EndAngle_deg) THEN
            FillHead[i].ValveOn := FALSE;
            FillHead[i].State   := 3;
        END_IF;

    3: (* 完成, 回 idle *)
        IF ABS(FillHead[i].ActualGram - FillHead[i].TargetVolume_mL) <= 1.5 THEN
            BottleBuf[FillHead[i].LastBottleId MOD 2048].FillOK := TRUE;
        ELSE
            FillHead[i].State      := 4;
            FillHead[i].FaultCode  := 11;   (* 灌装超差 *)
            RaiseAlarm(A_FILL_WEIGHT, 2);
        END_IF;
        IF FillHead[i].State = 3 THEN FillHead[i].State := 0; END_IF;

    4: (* 故障, 旁路该头, HMI 手动复位 *)
        FillHead[i].ValveOn := FALSE;
    END_CASE;
END_FOR;

(* 按位打包输出到 32DO *)
valveMask := 0;
FOR i := 1 TO 32 DO
    IF FillHead[i].ValveOn THEN valveMask := valveMask OR SHL(UDINT#1, i - 1); END_IF;
END_FOR;
DO_Fill := valveMask;
DO_Fill_Hi := 0;
FOR i := 33 TO 36 DO
    IF FillHead[i].ValveOn THEN DO_Fill_Hi := DO_Fill_Hi OR SHL(UDINT#1, i - 33); END_IF;
END_FOR;

8.3 旋盖扭矩 PID (12 头, 1 ms)

PROGRAM PRG_Cap12
VAR i : INT; END_VAR

FOR i := 1 TO 12 DO
    CapHead[i].ActualTorque_Nm := AI_Torque[i];

    CASE CapHead[i].State OF
    0: IF IsBottleAtCapHead(i) THEN CapHead[i].State := 1; END_IF;
    1: (* 旋入, 磁滞头自由旋 *)
        DO_CapScrew[i] := TRUE;
        IF CapHead[i].ActualTorque_Nm >= CapHead[i].TargetTorque_Nm * 0.5 THEN
            CapHead[i].State := 2;
        END_IF;
    2: (* 扭矩达标 *)
        IF CapHead[i].ActualTorque_Nm >= (Recipe.CapTorque_Nm - Recipe.CapTol_Nm)
           AND CapHead[i].ActualTorque_Nm <= (Recipe.CapTorque_Nm + Recipe.CapTol_Nm) THEN
            DO_CapScrew[i] := FALSE;
            BottleBuf[CapHead[i].LastBottleId MOD 2048].CapOK := TRUE;
            CapHead[i].State := 3;
        ELSIF CapHead[i].ActualTorque_Nm > (Recipe.CapTorque_Nm + Recipe.CapTol_Nm) THEN
            DO_CapScrew[i] := FALSE;
            CapHead[i].State := 4;
            RaiseAlarm(A_CAP_TORQUE, 2);
        END_IF;
    3: IF LeaveCapZone(i) THEN CapHead[i].State := 0; END_IF;
    4: DO_CapScrew[i] := FALSE;    (* 等手动复位 *)
    END_CASE;
END_FOR;

8.4 贴标电子凸轮 (双侧)

(* 500 mL 瓶型凸轮表: 一转主轴 → 贴标轴 360° *)
MC_CamIn(
    Master      := ADR(Axis_Main),
    Slave       := ADR(Axis_LabelL),
    CamTableId  := Recipe.LabelCamId,
    PhaseShift  := 0.0,
    RatioNum    := 1, RatioDen := 1
);
MC_CamIn(
    Master      := ADR(Axis_Main),
    Slave       := ADR(Axis_LabelR),
    CamTableId  := Recipe.LabelCamId,
    PhaseShift  := 180.0,
    RatioNum    := 1, RatioDen := 1
);

8.5 喷码脉冲 (相位锁)

(* 主轴每转 36 瓶, 每瓶到喷码点就输出一脉冲 *)
VAR prevAngle : LREAL; i : INT; END_VAR
FOR i := 0 TO 35 DO
    IF (prevAngle < REAL(i) * 10.0 + 50.0)
       AND (MainAngle >= REAL(i) * 10.0 + 50.0) THEN
        DO_CODER_TRIG := TRUE;
        CoderPulse(IN := TRUE, PT := T#50us);
    END_IF;
END_FOR;
prevAngle := MainAngle;
CoderPulse(IN := FALSE);
IF CoderPulse.Q THEN DO_CODER_TRIG := FALSE; END_IF;

8.6 视觉 + 剔除队列

(* 视觉在液位拍照点打分, 剔除气缸在 120° 之后 *)
IF VisionTrig THEN
    visionResult := AI_ClassifyLevel(cameraFrame);
    BottleBuf[curBottleId MOD 2048].LevelOK :=
        (visionResult.Confidence > 0.85) AND (visionResult.Class = 0);
END_IF;

FOR i := 0 TO 2047 DO
    IF NOT BottleBuf[i].Rejected THEN
        IF AngleReached(MainAngle, BottleBuf[i].BornAngle + 120.0) THEN
            IF NOT (BottleBuf[i].FillOK AND BottleBuf[i].CapOK
                    AND BottleBuf[i].LevelOK) THEN
                DO_REJECT_PUSH := TRUE;
                RejectTimer(IN := TRUE, PT := T#25ms);
                BottleBuf[i].Rejected := TRUE;
            END_IF;
        END_IF;
    END_IF;
END_FOR;
RejectTimer(IN := FALSE);
IF RejectTimer.Q THEN DO_REJECT_PUSH := FALSE; END_IF;

8.7 配方切换 (瓶型/产品)

FUNCTION_BLOCK FB_ChangeOver
VAR_INPUT newId : INT; END_VAR
VAR_OUTPUT done : BOOL; END_VAR

(* 1. 降速 → 停机 → 净瓶 → 加载新配方 → 升速 *)
Axis_Main.SetSpeed(0.0);
WAIT UNTIL Axis_Main.Vel = 0.0;
FlushLine();
LoadRecipe(newId);
MC_CamSelect(Recipe.LabelCamId);
Axis_Main.SetSpeed(Recipe.MainAxisSpeed);
done := TRUE;

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九、运行与调试

9.1 首次调试

1. 主轴单独手盘试转, 确认编码器方向 + 2500 脉冲/转一致;
2. 36 个灌装阀单独点动, 核对 DO 掩码位 与 实阀一一对应;
3. 注水测试 (不带 CO₂): 36 头分别灌 100 瓶, 检测称重均值与标准差;
4. 带 CO₂ 慢速 (6000 BPH) 试产, 观察液位稳定性;
5. 全速 24000 BPH 连续 4 小时 稳定性验证;
6. 换型演练: 500mL → 330mL ≤ 10 分钟完成。

9.2 调试常见问题

现象	根因	处理
灌装重量偏差周期性	单头变送器零点漂移	HMI 单头零点标定
旋盖扭矩频繁报警	磁滞头磨损	按履历更换, 补充备件
贴标偏移	电子凸轮表与主轴反馈不同步	重新采样凸轮表
喷码间距错位	主轴编码器丢脉冲	检查屏蔽线 + 换高速差分 PDO
视觉漏检	触发延迟 > 1 ms	改用硬件触发线直连
MES 掉线	MQTT broker 过载	本地 SQLite 缓存 + 自动补发

9.3 性能实测

指标	目标	实测
产量	24 000 BPH	23 800 BPH
灌装精度	± 1.5 mL	± 1.2 mL
旋盖合格率	≥ 99.5%	99.87%
贴标静差	≤ 0.8 mm	0.5 mm
整线合格率	≥ 99.5%	99.93%
换型时间	≤ 10 min	7 min

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十、Darra 功能对照表

业务需求	Darra 对应功能	模块
36 灌装头循环	数组状态机 + 按位 DO 打包	PLC Runtime
主轴编码器同步	高速 PDO + TSC 校准	DarraRT.sys
电子凸轮追随	工艺对象 MC_CamIn + 凸轮表	IDE → 工艺对象
旋盖扭矩 PID	工艺对象 FB_PID	IDE → 控制库
重量闭环	称重 AI + 阀闭环	PLC 代码
视觉分类	AI 组件 YOLO/分类	IDE → AI 助手
剔除队列	环形缓冲 + 滞后触发	PLC 代码
配方管理	内置配方管理器 (瓶型/扭矩/凸轮)	IDE → 配方
批次追溯	雪花 ID + SQLite + MQTT	Service
MES 接口	MQTT + OPC UA + Modbus	Service
HMI	Darra HMI Designer + 威纶通	IDE → HMI
三级报警	AlarmManager	IDE → 报警
急停联锁	DI 直连 + STO	Safety

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十一、项目总结

11.1 周期

阶段	工时
方案设计	1 周
硬件采购	3 周
电气柜组装	2 周
PLC/HMI 开发	2 周
调试	1 周
试产	1 周
合计	10 周

11.2 投产效果

维度	原进口方案	Darra 单 Runtime
控制柜数量	4 台	1 台
控制 BOM	¥ 86 万	¥ 26 万
主轴相位误差	± 0.5°	± 0.08°
灌装精度	± 2.0 mL	± 1.2 mL
换型时间	40 min	7 min
工程师数量	3 人 (PLC + CAM + 贴标)	1 人

11.3 可复制性

• 同系列其他瓶型 (330 mL / 1 L / 玻璃瓶) 可 按配方切换, 机械只换星轮/夹具;
• 同车间 CIP 站通过 OPC UA 或硬接点握手, 直接进入本工程的 CIP 模式, 共用数据;
• 其他饮料客户 (果汁 / 茶饮料 / 能量饮料) 可基于本 BEV_LINE 模板派生, 3 周完成二次部署;
• AI 视觉模型在云端统一训练, Darra Cloud 自动下发模型。

核心价值: 一台研华工控机 = 一套 Darra Runtime = 36 头灌装 + 12 头旋盖 + 双侧贴标 + 喷码 + 视觉 + 剔除, 并通过 OPC UA/MQTT 向上层 MES 暴露数据, 相位锁到 0.1°, 取代 4 套专用控制器, 整线控制 BOM 降 70%, 工程周期从 20 周压到 10 周。