基于plc的汽水灌装机控制系统设计

基于plc的汽水灌装机控制系统设计内容摘要：

................................................................................................ 45 附件 C....................................................................................................................................... 52 V 附件 D ...................................................................................................................................... 56 附件 E ....................................................................................................................................... 58 沈阳理工大学应 用技术学院学士学位论文 1 绪 论 （ 1） 灌装机械的发展与现状 随着现代科学技术的发展，人民生活水平的提高，人们的消费习惯也随之相应的变化，同时对消费品的包装提出了更高的要求。 而液态产品的包装在包装行业中占有很大比例，这是由于液体包装涉及的行业广泛、品种繁多，如饮料方面的汽水、果汁、牛奶、矿泉水、蒸馏水、啤酒、果酒等；调味品方面的酱油、醋、味精液、果酱等；药品方面的针剂、糖浆、酊剂、气雾剂等；农药乳剂、化工产品的各种瓶装、化妆品等，要满足日益增长的液体产品的需要，就应大力发展液体产品的包装 技术。 人类自从采用容器盛装液体 以后，就产生了灌装方法。 十九世纪末二十世纪初以前，通常使用水罐、水杓进行人工灌装或直接将容器浸入液料中进行灌装，大约在 1980 年美国 Horix、 Kiefer 和 等三家公司开始制造容器灌装的机械装置。 第一台商业用灌装机是 Kiefer 公司制造； Horix 公司于 1920 年首次制造了重力灌装机，用于灌装番茄酱，这家公司至今仍生产灌装机，二十年代初这几家公司着手生产回转式灌装机，其中 公司制造的是纯真空灌装机，二十世纪以来。 灌装机械工业发展迅速，那时灌装的速度取决于人工将瓶子对准灌装阀，等待 瓶子灌装完毕所需的时间。 我国在解放前几乎没有灌装机械，灌装生产绝大部分处于手工操作，非常落后。 70年代初，上海、北京、广州、青岛、烟台等地引进三十多条灌装线，其中有西德 Seitz厂产品、意大利 Simonazi 公司、美国 Merer 公司、日本三菱公司，另外还有许多罗马尼亚灌装线。 随后，我国广东轻工机械厂、北京酿酒机械厂、上海化工机械厂等许多家仿制了不少灌装线，初步改善了 灌装生产的落后面貌，但灌装机械的发展与国际先进水平的差距仍很大 [8]。 （ 2） PLC 在工业中的应用 情况 PLC （ Programmable Logical Controller，可编程序逻辑控制器 ） 是以微处 理 器为基础，综合了计算机和自动化技术而开发的新一代工业控制装置，按照 IEC（ 国际电工协会 ） 国标标准定义是，可编程序控制器又称 PC 或 PLC，它是以微型计算机为基础的一种为用于工业环境而设计的数字式电子系统，这种系统用可编程序存储面向用户指令的内部寄存器，完成规定的功能，如 ： 逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理等，通过数字量的输入、输出控制各种类型的机械或生产过程。 PLC 产品在抗电磁、噪声干沈阳理工大学应 用技术学院学士学位论文 2 扰、有害废气的腐蚀、高温、粉尘等方面有很高的 能力，能直接和现场各种单元、部件连接，坚固耐用，可靠性方面 PLC 的平均无故障时间可达 5 万小时以上，操作与维修十分方便，功能日益扩大。 因此， PLC 广泛的应用于许多工业领域，当然技术的日新月异、突飞猛进是 PLC 迅速扩展市场的根本原因。 我国应用 PLC 还处于初级阶段，而且局限于钢铁、化工、汽车、机床、煤炭、电站等领域，其他行业的应用尚未普及，中国尚有广阔的应用领域等待开拓。 我国的饮料包装设备在许多方面采用了 PLC，并取得了非常好的效果，但 仍有许多不足与欠缺。 （ 3） 我国灌装业的 缺陷 我国的饮料包装设备还存在 自动化程度低、速度慢、破瓶率高、系统运行不稳定等缺陷。 随着集散控制系统的日益完善， PLC 在工业控制领域应用的日益广泛，使我们利用先进控制技术改进自动 汽水 灌装机 的控制系统，弥补其不足成为可能。 （ 4） 汽水 灌装 机 控制 系统方案设想与优点 本课题的目的就是采用现代流行的先进控制技术，设计 汽水 的自动 灌装 控制系统，通过软、硬件功能的组态实现 汽水 灌装 机 系统的自动化控制 ，表现在 ： （ a） 减少事故。 通过监控系统，可以对生产线中各设备的运行情况进行周密监视，发现异常，立即进行报警或停机，把事故控制在最小的范围内，从而提 高运行的可靠性。 （ b） 提高经济效益。 实施 灌装过程监控后，可以实现大型 汽水 灌装 机 控制系统 的全自动化，提高生产效率。 （ c） 改善工作环境。 实施监控后，值班人员坐在控制室就可以随时了解整个 汽水灌装 机 控制系统 的运行情况，从以往人工操作、实时观察中解脱出来。 （ 5） 论文的主要构成 本文第 1 部分 对 汽水 灌装 机 控制系统 的认识和灌装设备的介绍；第 2 部分 介绍的 是汽水 灌装 机 控制系统 的工艺流程 ，首先介绍了 汽水 灌装 机 控制系统 的 工作过程和传动原理 ，其次介绍了 汽水 灌装 机 控制系统 的 其他几个重要小部件 ；第 3 部分 介绍的是 汽水 灌装 机 控 制系统 的 硬件 设计， 主要有 PLC 的选型和 PLC 的连接。 第 4 部分 介绍的 是 汽水灌装 机 控制系统 的软件设计，主要是 对 PLC 软件和系统程序的设计进行介绍，并结合汽水 灌装 机 控制系统 的具体控制要求，对 I/O 进行分配；第 5 部分 介绍的世纪星组态画沈阳理工大学应 用技术学院学士学位论文 3 面的设计，首先对该软件进行了简单的介绍，然后结合 PLC 控制原理与程序流程图，实现组态画面的控制。 第 6 部分 是 监控系统通信的实现和系统现场的调试。 沈阳理工大学应 用技术学院学士学位论文 4 1 灌装控制 系统 总体介绍 灌装机的主要类型 按灌装瓶的主要运动形式分 类 旋转型灌装机 待灌瓶由传送系统 （ 一般经洗瓶机由输送带输入 ） 或人工送入灌装机进瓶机构 ， 瓶子由灌装机转盘带动绕主立轴旋转运动进行连续灌装 ， 转动近一周时瓶子己灌满 ， 然后由转盘送入压盖机进行压盖 ， 如图 所示。 图 灌装过程的俯视图 这种灌装机在食品、饮料行业应用最广泛，如汽水、果汁、啤酒、牛奶的灌装，此机主要由流体输送 （ 即供料系统 ） 、容器输送 （ 即供瓶系统 ） 、灌装阀、大转盘、传动系统、机体、自控等部分所组成，其中灌装阀是保证灌装机能否正常工作的关键。 直线 型灌装机 灌装瓶沿着平直的直线运动 ， 进行成排灌装。 如 图 ，凡送来一排空瓶由推瓶板向前推送一次，到送至灌液管的下方时，阀门打开进行灌装，间歇进行操作。 沈阳理工大学应 用技术学院学士学位论文 5 I： 定量灌装 ， Ⅱ ： 上盖 ， Ⅲ ： 将盖拧紧 ， Ⅳ ： 贴商标 ， Ⅴ ： 待装盒装箱 1： 推瓶板 ， 2： 限位拨盘 ， 3， 11， 13： 传送带 ， 4： 传送盘 ， 5： 瓶子 ， 6： 上盖机构 ， 7： 料斗 ， 8： 拧紧机构 ， 9： 商标盒 ， 10： 浆糊盒 ， 12： 推料板 ， 14： 贮液箱 ， 15： 灌装管 图 直线灌装机工作原理图 这种灌装机相对旋转灌装机来讲 ， 结构比较简单 ， 制造方便 ， 但占地 面积比较大 ，而且是间歇运动 ， 生产能力的提高也受到一定限制 ， 因此一般只用于无汽液料类的灌装，局限性较大。 灌装的基本方法介绍 各种液体产品的物理性质和化学性质均不相同 ， 在灌装过程中 ， 为了使产品的特性保持不变，必须采用不同的灌装方法。 一般灌装机常采用下列几种灌装方法： （ 1） 常压法 常压法也称纯重力法，即在常压下，液料依靠自重流进包装容器内。 大部分能自由流动的不含气液料都可用此法灌装，例如白酒、果酒、牛奶、酱油、醋等。 （ 2） 等压法 等压法也称压力重力式灌装法，即在高于大气压的 条件下，首先对包装容器充气，使之形成与贮液箱内相等的气压，然后再依靠被灌液料的自重流进包装容器内。 这种方法普遍用于含气饮料，如啤酒、汽水、汽酒等的灌装。 采用此种方法灌装，可以减少这类产品中所含 CO2 的损失，并能防止灌装过程中过量起泡而影响产品质量和定量精度。 （ 3） 真空法 真空法 是在低于大气压的条件下进行灌装的，可按两种方式进行： （ a） 压差真空式 即贮液箱内处于常压，只对包装容器抽气使之形成真空，液料依靠贮液箱与待灌容器间的压差作用产生流动而完成灌装，国内此种方法较常用。 沈阳理工大学应 用技术学院学士学位论文 6 （ b） 重力真空式 即贮液箱内处于 真空，包装容器首先抽气使之形成与贮液箱内相等的真空，随后液料依靠自重流进包装容器内，因结构较复杂，国内较少用。 真空法灌装应用面较广，它即适用于灌装粘度稍大的液体物料，如油类、糖浆等。 也适用于灌装含维生素的液体物料，如蔬菜汁、果子汁等，瓶内形成真空就意味着减少了液料与空气的接触，延长了产品的保质期，真空法还适用于灌装有毒的物料，如农药等，以减少毒性气体的外溢，改善劳动条件。 （ 4） 压力法 利用机械压力或气压，将被灌物料挤入包装容器内，这种方法主要用于灌装粘度较大的稠性。