【正文】 其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制設(shè)計(jì) ......................................32 硬件配置圖 ..................................................36 本章小結(jié) ....................................................38 第 4 章 XG24128 型灌裝機(jī)灌裝關(guān)鍵技術(shù)研究 .........................38 灌裝流程 ....................................................39 ........................................................41 ........................................................42 初次吸液 .................................................42 灌裝頭位置的確定 ..........................................43 ............................................44 ........................................................49 換向流程 .................................................49 換向參數(shù)設(shè)計(jì) .............................................51 江蘇大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) VI 第 5 章 XG24128 型灌裝 機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ........................53 灌裝機(jī) PLC 控制程序設(shè)計(jì) ........................................53 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思想 ...................................53 PLC編程軟件 GX Developer 簡(jiǎn)介 ...............................56 控制程序設(shè)計(jì) .............................................58 人機(jī)界面設(shè)計(jì) .................................................64 第 6 章結(jié)朿語(yǔ) ....................................................67 參考文獻(xiàn) ........................................................68 江蘇大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒論 隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)包裝品的需求越來(lái)越大，而且與傳統(tǒng)包裝 工業(yè)相比，包裝技術(shù)向精確、節(jié)約、高效型方向發(fā)展，從而使得包裝機(jī)械不論在技術(shù)還是在制造水平上都需要新的突破 [1]。 全球包裝機(jī)械無(wú)論是從技術(shù)、產(chǎn)品或市場(chǎng)占有情況等諸多 方面比較，美國(guó)和日本稱得上是包裝強(qiáng)國(guó)，德國(guó)和意大利緊隨其后。美國(guó)是世界工業(yè)的領(lǐng)頭羊，因其包裝工業(yè)起步較早，發(fā)展至今已有完備的包裝工業(yè)體系。其包裝設(shè)備與其他產(chǎn)品一樣，以高、精、尖著稱，而且由于計(jì)算機(jī)信息技術(shù)比其他國(guó)領(lǐng)先，且計(jì)算機(jī)在工業(yè)中的使用和普及比其他國(guó)家都早，所以計(jì)算機(jī)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于包裝機(jī)械中，較早地形成了機(jī)電一體化控制模式 [2]。日本與美國(guó) 相比，起步相對(duì)較晚，但 60 年代至 90年代，日本包裝業(yè)大量引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上消化吸收，成果顯著，使其包裝工業(yè)的制造水平持續(xù) 快速發(fā)展。日本小型和微型電子技術(shù)較為成熟，所以其包裝工業(yè)雖然起步 較晚，但在消化他國(guó)的技術(shù)中，將其擅長(zhǎng)的微電子技術(shù)應(yīng)用其中，特別是后來(lái)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)和模塊化技術(shù)等的應(yīng)用，為包裝工業(yè)的發(fā)展提供了更多的空間，至今仍影響著包裝機(jī)械的走向。 與美國(guó)和日本的包裝機(jī)械不同，德國(guó)的包裝機(jī)械在制造技術(shù)和包裝性能上有其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，特別是啤酒和含氣體飲料的灌裝設(shè)備解決了氣泡和遺漏等灌裝難題，實(shí)現(xiàn)了高速 灌裝。德國(guó)包裝機(jī)械的另一特點(diǎn)是率先實(shí)現(xiàn)了包裝機(jī)械的成套性，中大型包裝設(shè)備可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)包裝容器的預(yù)處理、稱重、包裝、封口等多個(gè)工序 [3]。意大利著重發(fā)展其食品包裝機(jī)械，在外形上對(duì)其他國(guó)家的包裝機(jī)械進(jìn)行一定程度的改良，而且更注重包裝生產(chǎn)的穩(wěn)定性。 美國(guó)和日 本等發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家發(fā)展工業(yè)之時(shí)正是我國(guó)制造 工業(yè)的低谷，包裝機(jī)械與其他工業(yè)產(chǎn)品一樣也是新中國(guó)成立之后才開 始起步 的。包裝工業(yè)的發(fā)展期主要是改革開放之后，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)開始迅速發(fā)展，人民的消費(fèi)水平也大大增強(qiáng)，從而使得生產(chǎn)設(shè)備特別是包裝機(jī)械的需求變得空前緊缺。此時(shí)為了提 高我國(guó)包裝工業(yè)的技術(shù)水平，大量進(jìn)口國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)和生產(chǎn)線，消化吸收并進(jìn)行改良，發(fā)展自己的包裝工業(yè) [3][4]。 食品機(jī)械是專為食品工業(yè)服務(wù)的，包裝機(jī)械大約有 70%是為食品包裝服務(wù)的，特別是近年來(lái)飲料工業(yè)發(fā)展迅速，使得液體灌裝設(shè)備的需求大量增長(zhǎng)。傳統(tǒng)的灌裝機(jī)或灌裝生產(chǎn)江蘇大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 線對(duì)灌裝環(huán)境的要求較高，比如灌裝材料含氣體和不含氣體、常溫灌裝和高溫灌裝、塑料容器和玻璃容器抑或金屬容器等，都有其專用的灌裝生產(chǎn)線，且不能互用。 在灌裝機(jī)方面，特別是液體灌裝機(jī)產(chǎn)品上，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家尤其是美國(guó)和日 本的灌裝設(shè)備精度高 ，灌裝自動(dòng)化程度 高 ， 且同一型號(hào)的灌裝機(jī)可以實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格、不同灌裝介質(zhì)和不同灌裝容 器的灌裝，大大拓寬了包裝機(jī)械的使用環(huán)境。除此之外，近年來(lái)美國(guó)和日 本等發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家的灌裝機(jī)在灌裝速度上也有很大提升， Krones 公司生產(chǎn)的灌裝機(jī)灌裝頭的數(shù)量已可達(dá) 178 頭，灌裝機(jī)直徑大至 5米，且可以實(shí)現(xiàn)灌裝機(jī)直徑增大轉(zhuǎn)速提升的情況下保證灌裝容器的穩(wěn)定性[2]。灌裝生產(chǎn)效率、灌裝質(zhì)量和生產(chǎn)自動(dòng)化程度的提升很大程度上推動(dòng)了灌裝機(jī)械的發(fā)展。 我國(guó)灌裝設(shè)備的制造水平與這些國(guó)家相比還存在比較大的差距，國(guó)內(nèi)灌裝機(jī)生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模小，且很多生產(chǎn)企業(yè)主要還是靠引進(jìn)國(guó)外的 技術(shù)和生產(chǎn)線，或在此基礎(chǔ)上對(duì)同類產(chǎn)品進(jìn)行仿造。國(guó)內(nèi) 24工位的飲料灌裝機(jī)，對(duì)于 500ml PET 瓶灌裝速度為 12021BPH，單個(gè)封蓋頭的工作效率為 1500~1800 瓶 /小時(shí)，且灌裝的容量誤差較大，與國(guó)外產(chǎn)品有較大的差距。本課題研究目的和意義是對(duì)集清洗、灌裝、加蓋三合一體的旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī) XG24128進(jìn)行控制系統(tǒng)研究，使其對(duì) 500 ml PET 瓶灌裝速度可達(dá) 18000BPH 以上，單個(gè)旋蓋頭的工作效率可達(dá) 20212200 瓶 /小時(shí)。而且在高速灌裝下能夠保證高的灌裝精度和灌裝穩(wěn)定性，且自動(dòng)生產(chǎn)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)瓶不灌裝 和無(wú)瓶不加蓋的功能。 研 究觀狀 目前，美國(guó)、德國(guó)和意大利等國(guó)的灌裝設(shè)備設(shè)計(jì)制造水平相對(duì)較高，灌裝產(chǎn)品也呈現(xiàn)以下幾個(gè)方面的動(dòng)向 [4]： 第一，灌裝速度提高。灌裝效率成為衡量灌裝機(jī)械發(fā)展的重要指標(biāo)，從而使得灌裝機(jī)械向規(guī)?；?、高效率方向發(fā)展。許多大 型 企業(yè)著力于研究如何通過最大限度地增加灌裝頭的數(shù)量，或加快灌裝輪盤的轉(zhuǎn)速，或提高不同灌裝介質(zhì)的最大灌裝速度，或改善灌裝 閥 的結(jié)構(gòu)等方法來(lái)提高灌裝效率。 第二，灌裝機(jī)械的結(jié)構(gòu)革新。力在改變傳統(tǒng)灌裝機(jī)結(jié)構(gòu)笨重復(fù)雜，中間傳動(dòng)元件多傳動(dòng)精度降低，操作專業(yè)性 高且維護(hù)成本高等缺點(diǎn)，最大程度地減少灌裝機(jī)的結(jié)構(gòu)零部件，降低制造成本，使得保證其生產(chǎn)的穩(wěn)定性的同時(shí)使操作簡(jiǎn)單易學(xué)。 第三，灌裝環(huán)境適應(yīng)性好。同一臺(tái)灌裝機(jī)可以對(duì)不同灌裝介質(zhì)進(jìn)行灌裝，可對(duì)不同類型、不同大小的灌裝容器進(jìn)行灌裝；當(dāng)灌裝環(huán)境改變時(shí)，重要零部件的更換和維修方便簡(jiǎn)江蘇大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 單，零件的通用性增強(qiáng)。 第四，灌裝機(jī)的技術(shù)含量提升。電氣控制技術(shù)已成熟應(yīng)用于灌裝機(jī)械中，特別是 PLC技術(shù)廣泛應(yīng)用，人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)操作交互，故障自我診斷，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行的高效智能。近年來(lái)光、磁技術(shù)的大量研究成果也越來(lái)越多地應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，灌裝機(jī)械 要實(shí)現(xiàn)高灌裝速度、高灌裝精度和高自動(dòng)生產(chǎn)化必將大量使用光、磁、計(jì)算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)。 我國(guó)灌裝機(jī)械的發(fā)展與美國(guó)和日本等發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家相比雖然還有很大差距，但是近年來(lái)由于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，更多地包裝產(chǎn)品進(jìn)入人們的日常生活，從而需要更多的包裝機(jī)械對(duì)其進(jìn)行生產(chǎn)，所以包 裝機(jī)械發(fā)展空間越來(lái)越大。我國(guó)的灌裝設(shè)備和灌裝技術(shù)發(fā)展較晚，主要靠 引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，并結(jié)合國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)環(huán)境對(duì)其進(jìn)行改良。同時(shí)，由于我國(guó)在光、電、磁及計(jì)算機(jī)應(yīng)用上的研究與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家存在不小的差距，這也使得我國(guó)灌裝機(jī)械在技術(shù)上的發(fā)展受到制約。 我國(guó)灌裝機(jī)械近年來(lái)向高 自動(dòng)化程度及高集成性方向發(fā)展，結(jié)構(gòu)上力求簡(jiǎn)單而不影響功能，一臺(tái)灌裝機(jī)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)進(jìn)瓶、清洗、灌裝、加蓋、出瓶、稱量等功能；在控制系統(tǒng)上，從原來(lái)的繼電器控制逐漸向 PLC 控制轉(zhuǎn)換；同時(shí)為了操作更加方便，觸摸屏越來(lái)越多地被使用 [5]。國(guó)內(nèi)一些企業(yè)和高校對(duì)灌裝機(jī)的研究主要集中在其控制系統(tǒng)和灌裝精度方面，例如對(duì)一藥品灌裝機(jī)采用全伺服 PLC 控制系統(tǒng)，且設(shè)計(jì)有灌裝跟蹤系統(tǒng)及隨機(jī)稱量系統(tǒng)，使得灌裝自動(dòng)化程度高，灌裝質(zhì)量好，且實(shí)現(xiàn)灌裝精度的隨時(shí)檢測(cè)。國(guó)內(nèi)灌裝機(jī)大多采用計(jì)量泵模式，這種灌裝模式最大的缺點(diǎn)是不能實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)灌裝泵的 單獨(dú)控制。為了滿足高精度（灌裝容量誤差不大于 3%。）、高灌裝速度（灌裝速度達(dá)到 18000BPS 以上）的要求， XG24128 型伺服泵高速清洗灌裝加蓋三合一機(jī)采用伺服電機(jī)與陶瓷柱塞泵相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，利用伺服 電 機(jī)響應(yīng)速度快，易控制，陶瓷柱塞泵精度高等優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)灌裝機(jī)的高速和高精度的灌裝，且能實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)灌裝泵的單獨(dú)控制。同時(shí)為了節(jié)約成本，采用一個(gè)伺服泵同時(shí)控制兩個(gè)灌裝頭并實(shí)現(xiàn)連續(xù)灌裝的控制設(shè)計(jì)，提高灌裝速度。 基本概念 灌裝機(jī)械的主要作用是將液體介質(zhì)充填到包裝容器中，灌裝機(jī)械一般可以實(shí) 現(xiàn)灌裝、封口、稱量等功能 [6]。 液體灌裝中，對(duì)灌裝精度和穩(wěn)定性影響最大的是灌裝介質(zhì)的黏度，其次是是否含有氣江蘇大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 體，是否會(huì)起泡及是否含微小固體物及其含量等。根據(jù)灌裝介 質(zhì)的黏度，灌裝的液體介質(zhì)可分為流體（如牛奶、清涼飲料及酒類等低 度液體）、半液體（如調(diào)味醬、果醬等黏度 大，灌裝需借外力的液體）、黏 滯流體（如調(diào)味醬、果醬等黏度大，需借外力才能流動(dòng)的液體）。根據(jù)灌裝介質(zhì)中是否含氣體或是否會(huì)生成氣體可將灌裝介質(zhì)分為：硬飲料（含酒精成分的含氣飲料）、軟飲料（不含酒精成分的含氣飲料）、不含氣體液體（如白酒和醋等）。由于灌裝產(chǎn) 品的物理化學(xué)性質(zhì)，特別是黏度、含氣量不同，灌裝要求也有所不同，常用的液體灌裝方法有：常壓灌裝法、等壓灌裝法、真空灌裝法、壓力灌裝法、虹吸灌裝法。 灌裝機(jī)的分類 按灌裝方法分類 [6][7] 常壓灌裝機(jī)：顧名思義，是在常壓下將灌裝介質(zhì)灌裝到容器中所用的設(shè)備。常用于灌裝不含氣體的灌裝介質(zhì)，如醋、醬油、藥水類等。 負(fù)壓灌裝機(jī)：灌裝前先對(duì)灌裝容器抽真空使其形成負(fù)壓，然后再將灌裝介質(zhì)充填其中。適宜于灌裝低黏度的液體，比如油類、糖 漿 、含維生素的飲料、農(nóng)藥、化工試劑。但不適合于灌裝含芳香性的酒類，因?yàn)闀?huì)增加 酒香氣的損失。 等壓灌裝機(jī)：灌裝前先向灌裝容器中充氣，使得容器中的氣體 壓力 與儲(chǔ)液缸內(nèi)相同，然后將灌裝介質(zhì)充填到灌裝容器中的設(shè)備。主 要 用于含氣體的灌裝介質(zhì)的灌裝設(shè)備，可減少氣體的損失。 壓力灌裝機(jī)：灌裝介質(zhì)黏度 高 難灌裝時(shí)，采用壓力灌裝機(jī)，借助于外力作用使其充填到灌裝容器中的設(shè)備，主要用于高黏度灌裝介質(zhì)的灌裝。 按包裝容器的主要運(yùn)動(dòng)形式分類 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)：灌裝機(jī)的各個(gè)組成部分均為轉(zhuǎn)盤式，按相同的線速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使得灌裝容器在各個(gè)灌裝盤之間運(yùn)動(dòng)。用此類灌裝機(jī)進(jìn)行灌裝時(shí)，灌裝容器從灌裝開始工位開始灌裝，同時(shí)跟隨 灌裝盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸旋轉(zhuǎn)一周完成一個(gè)灌裝容器的灌裝，灌滿后的灌裝容旋轉(zhuǎn)至下一組件進(jìn)行下一工序的動(dòng)作。旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)的實(shí)物圖如圖 11所示。 直線式灌裝機(jī)：灌裝容器沿直線運(yùn)動(dòng)，并且灌裝時(shí)灌裝容器是靜止的，灌裝完成之后跟隨傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一起進(jìn)入下一個(gè)工序。直線型灌裝機(jī)實(shí)物圖如圖 12所示，直線式灌裝機(jī)應(yīng)用較早，灌裝技術(shù)較為成熟，但直線式比旋轉(zhuǎn)式的空間利用率小，而且灌裝時(shí)是靜止的，其灌裝效率受到一定影響，一般用于藥品的灌裝，正逐漸被旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)替代。 江蘇大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 圖 11 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī) 圖 12直線式灌裝機(jī) 按自動(dòng)化程度分手工灌裝機(jī)：灌裝過程全部采用人工操作控制，多為無(wú)氣類液料的灌裝。但目前較少使用。半自動(dòng)化灌裝機(jī)：在液體灌裝中，上瓶、卸瓶均以手工操作，但灌裝過程為自動(dòng)。自動(dòng)化灌裝機(jī)：早期的自動(dòng)化灌裝機(jī)功能單一，一般只完成一個(gè)工序；近年來(lái)自動(dòng)化 灌裝機(jī)功能越來(lái)越多，可實(shí)現(xiàn)洗瓶、灌裝、封口等多個(gè)工序，適合用于大型的流水灌裝線上。 江蘇大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 PLC 簡(jiǎn)介 PLC 的特點(diǎn) 可編程控制器（ Programmable Logic Controller, PLC)是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì) [8]。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制器、計(jì)數(shù)、定時(shí)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或自動(dòng)化設(shè)備以及生產(chǎn)過程。 繼