【正文】 ................................................................................................... 36 參考文獻 ................................................................................................................................... 37 2 摘 要 傳統(tǒng)的飲料灌裝生產線的電氣設備控制系統(tǒng)是傳統(tǒng)的繼電器 —— 接觸器控制方式 ,在使用的過程中，生產工效低，人機對話靠指示燈 +按鈕 +訊響器的工作方式，響應慢，故障率高，可靠性差，系統(tǒng)的工作狀態(tài)、故障處理、設備監(jiān)控與維護只能憑經驗被動的去查找故障點。且在生產過程中容易產生二次污染，造成合格率低，生產成本增加。而自動化生產線在眾多領域應用得非常廣泛，其控制部分常常采用 PLC 控制，它使自動化生產線 運行更加平穩(wěn)，定位更加準確，功能更加完善，操作更加方便。為適應發(fā)展，故提出 利用 PLC 控制技術改造現有生產線。 PLC 是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P外圍設備，易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯成一個整體，易于擴充其功能的設計。 可編程控制器對用戶來說，是一種無觸點設備，改變程序即可改變生產工藝。目前，可編程控制器已 成為工廠自動化的強有力工具，得到了廣泛的普及推廣應用。 現以三菱 FX2N 系列，進行程序設計并仿真驗證 ,設計一款 PLC 輸入和輸出設備的飲料灌裝生產線 。該 生產線 集 傳送、灌裝 、 產品分類、報警 警示、燈光 閃爍 和計時于一身， 而且其編程簡單，容易理解掌握，工作穩(wěn)定可靠 。 關鍵詞：三菱 FX2N， PLC，飲料灌裝流水線 1 前 言 目前，飲料的 灌裝生產流水線已經實現自動化，為了提高產品質量和縮短生產周期，適應產品迅速更新換代的要求，產品生產正向縮短 生產周期、降低成本、提高生產質量等方面發(fā)展。因此，飲料廠的自動化灌裝生產線中有越來越多的機器在使用先進的灌裝技術來提高機器的自動化控制水平和生產效率。而應用 PLC 完成電氣部分的控制是工業(yè)自動化電氣控制的主要發(fā)展方向。本次課設主要介紹全自動灌裝生產線的基本概念。全自動灌裝生產線是由數臺自動灌裝機械經控制系統(tǒng)進行集中控制，并按照各自功能完成一定任務進行順序、連續(xù)生產的一系列機器組合。通過對飲料罐裝自動控制的介紹，使我們對灌裝這個行業(yè)有了更深的了解，也對自動化這個名詞有了進一步的了解。我國的飲料罐裝自動化相對于西 方發(fā)達國家來講還有很大的差距。設備陳舊，技術落后，成為阻礙我們灌裝行業(yè)發(fā)展的一個嚴重問題。鑒于這些問題，我國企業(yè)不斷發(fā)展自身的實力，逐步朝著生產高速化、設備結構合理化、設備的多功能化、設備的綠色化、控制的智能化等方向發(fā)展。推出適合自己需求的產品來。本次課題就是朝著這個方向進行研究和設計。 2 第一章 緒論 課題研究的背景和意義 罐裝生產流水線的背景 經濟的迅速發(fā)展，人們消費水平的提高，對各種飲制品的需求量也越來越大。高產量，高效率，高品質已成為現代工業(yè)發(fā)展的宗旨，人的體力勞動逐步 走向工業(yè)自動化，智能化。所以新型科技產品的出現時經濟和工業(yè)發(fā)展的必需品 。 PLC（可編程控制器） 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。 PLC 及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其 功能的原則而設計。 隨著工業(yè)自動化水平日益提高，眾多工業(yè)企業(yè)均面臨著傳統(tǒng)生產線的改造和重新設計問題。 PLC（可編程 序控制器）是以微處理器為核心的工業(yè)控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)與計算機技術結合在一起，近年來在工業(yè)自動控制、機電一體化、改造傳統(tǒng)產業(yè)等方面得到普遍應用。作為通用工業(yè)控制計算機，其實現了工業(yè)控制領域接線邏輯到存儲邏輯的飛躍，在世界工業(yè)控制中發(fā)揮著越來越重要的作用。 幾年前，自動化技術只占包裝機械設計的 30%，現在已占 50%以上，大量使用了微電腦設計和機電一體化控制。提高包裝機械自動化程度的目的：一是為了提高生產率；二是為了提高設備的柔性和靈活性；三是為了提高包裝機械完成復雜動作的能力。 飲料灌裝機用于灌 裝各種各樣的瓶裝飲料，適合大中型飲料生產廠家，早期的灌裝機械大多數采用容積泵式、蠕動泵式作為計量方法。這些方法存在一些缺點。例如：灌 3 裝精度和穩(wěn)定性難以保證、更換灌裝規(guī)格困難等。本系統(tǒng)采用的飲料分裝計量是通過時間和單位時間流量來確定的，計量精度由可編程控制器（ PLC）控制確定。 PLC 控制具有編程簡單、工作可靠、使用方便等特點，在工業(yè)自動化控制領域廣泛應用。專為 PLC 應用而實際的觸摸屏集主機、輸入和輸出設備于一體，適合在惡略的工業(yè)環(huán)境中使用。 飲料灌裝裝置主要包括兩部分：恒壓儲液罐灌液和計數部分。在恒壓儲液罐灌 液不封，里面有上限液位和下線液位傳感器，它們淹沒時是 1 狀態(tài)。液面低于下線液位時恒壓儲液罐為空。飲料通過進液電磁閥流入恒壓儲液罐，液面達到上限位時進液電磁閥斷電關閉，使液位保持恒定。 鑒于 PLC 可靠性高、耐惡劣環(huán)境能力強、使用極為方便三大特點，利用 PLC 技術平臺自主開發(fā)創(chuàng)新，將機械、電氣和自動化等技術有機結合，將傳統(tǒng)的繼電器 接觸器控制功能用 PLC 代替，構成實用、可靠的飲料灌裝生產線 PLC 控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)可節(jié)省大量電氣元件、導線與原材料 ,縮短設計周期 ,減少維修工作量 , 提高加工零件合格率 ,進而提高生產率， 而且程序調整修改方便靈活， 提高了設備的柔性和靈活性。具有整體技術經濟效益。 灌裝生產流水線的現狀和發(fā)展 生產流水線發(fā)展是從 20 世紀后半頁隨著社會的發(fā)著進步 ,對各行各業(yè)提出了越來越高的要求 .企業(yè)為了提高生產效率和競爭力 ,采取了從傳統(tǒng)手工工作方法到自動化流水線工作方法 ,采用流水線的作業(yè)方法是具有翻天覆地革命性的變化的 ,隨著可編程控制器的出現 ,是流水線實現自動化控制 ,是人類社會向前邁出一大步 . 4 近年來，飲料工業(yè)發(fā)展迅猛，碳酸飲料、果汁飲料、蔬菜汁飲料、含 乳飲料 、瓶裝飲用水、茶飲料 等品種不斷豐富，產量上的 “ 飄紅 ” 使得對設備市場的需求也呈 “ 牛市 ” 。 國外灌裝與封口設備向高速、多用、高精度方向發(fā)展，目前部分灌裝 生產線 已可以在玻璃瓶與塑料容器 (聚酯瓶 )、碳酸飲料與非碳酸飲料、熱灌裝與冷灌裝等不同要求和環(huán)境下使用。目前碳酸飲料 灌裝機 灌裝速度最高已達 2021 罐／分，德國 H＆ K 公司灌裝機的灌裝閥多達 165 頭， SEN 公司 144 頭， Krones 公司 178 頭，灌裝機直徑大至 5米，灌裝精度 177。 以下。 非碳酸飲料灌裝機灌裝閥 50～ 100 頭，灌裝速度最高達 1500 罐／分，灌裝機料槽轉速 20～ 25 轉／分，速度提高 1 倍?？梢赃M行茶飲料、咖啡飲料、豆乳和果汁飲料等多種飲料的熱灌裝，國外熱灌裝飲料封口后不再進行二次殺菌。 碳酸飲料常溫灌裝已醞釀 20 多年，常溫碳酸化可以降低飲料成本，有利 環(huán)保 。非碳酸飲料充氮系統(tǒng)采用加壓方式或液氮滴入方式向鋁罐或 PET 瓶內灌注液氮惰性氣體，可以保護內容物，減少營養(yǎng)素的損失。 目前 PET 瓶裝茶飲料通常采用熱灌裝方法，為了降低灌裝溫度，提高茶飲料風味，確保產品衛(wèi)生安全，已開發(fā) PET 樹脂成型使用 130℃ 蒸汽殺菌和特殊灌裝頭灌裝的簡便式無菌 包裝 機， 同時正在開發(fā)冰咖啡等低酸性飲料兩片薄壁罐的無菌包裝技術，以實現薄壁罐的無菌包裝。 國內灌裝生產線全方位發(fā)展我國飲料灌裝設備基本是在引進設備和技術的基礎上發(fā)展起來的，八十年代，引進各種飲料灌裝生產線 300 多條，包括 啤酒 灌裝線達 500 多條。引進灌裝生產線主要分為以下幾類： 玻璃瓶飲料灌裝線 八十年代引進 116 條玻璃瓶飲料灌裝線，主要用于碳酸飲料，其中 80 多條是以記賬貿易方式從東歐國家引進的。生產線主要設備有卸箱機、洗瓶 5 機、灌裝機、壓蓋機、貼標機、氣水混合機、裝箱機等。在線檢測設備有真空檢測儀 、液面檢測儀、灌裝能力 150、 200、 300～ 400 瓶／分。設備主要生產廠家有德國 SEN、 H＆ K、 O＋ H、日本三菱重工、意大利希莫拉茲 (Simonazzi)、美國邁耶等。 1984 年廣東輕機廠引進德國 SEN 公司和 H＆ K 公司啤酒灌裝線制造技術，制造每小時 2 萬瓶的瓶裝啤酒灌裝線，南京輕機廠和合肥輕機廠引進日本三菱重工技術，制造每小時 萬瓶的汽水灌裝線。其他還有重慶輕機廠的 32／ 8 設備，每小時 14000 瓶，廊坊包裝設備制造總公司 24／ 6 設備、每小時 6000～ 8000 瓶的灌裝線。 易拉罐飲料 灌裝線 “ 八五 ” 期間，我國引進易拉罐飲料灌裝線 15 條，同時引進易拉罐啤酒灌裝線 14 條。主要是德國 SEN、美國邁耶公司的設備，包括卸罐機、洗罐機、灌裝機、封罐機、溫罐機、碼垛機及混合機、噴碼機、薄膜收縮機、液位檢測儀等。灌裝能力為 150、 300、 400、 500 罐／分，最高 575 罐／分。目前廣東輕機、南京輕機、合肥輕機等都有自己的易拉罐灌裝線。 聚酯瓶灌裝生產線 引進的聚酯瓶飲料灌裝線 6～ 7 條，包括卸箱機、洗瓶機、灌裝機、旋蓋機、溫瓶機、裝箱機等。灌裝能力為 400～ 500 瓶／分 (250ml)， 50～ 280瓶／分 (250ml)。主要設備廠家有美國邁耶和德國 SEN 公司。合肥輕機利用德國 Krones公司技術，制造聚酯瓶飲料灌裝線，目前合肥輕機、南京輕機均能制造玻璃瓶和聚酯瓶兩用的飲料灌裝線。 軟包裝飲料灌裝線 我國先后從瑞典、美國、德國、法國等國家引進軟包裝飲料灌裝線，其中包括：瑞典利樂包無菌包裝機 “ 八五 ” 期間引進 40 多條，現全國有 160多條，并在我國北京、廣東佛山、江蘇昆山設有復合紙板制造線；美國屋頂形紙盒無菌 6 包裝機 (灌裝能力 4500 盒／小時 )，法國百利包 (灌裝能力 80 袋／分 )，德國 BOSCH、日本東洋、日本印刷等制造的立袋飲料灌裝機，德國 zupack 紙盒成形 灌裝 封口飲料熱灌裝線，德國 PKL，采用預成形紙盒，包括開盒、灌裝、封口 (灌裝能力 6300 盒／小時 )。以上前三種為無菌灌裝，后三種采用熱灌裝，灌裝封口后用噴淋冷水冷卻。 碳酸飲料灌裝線經過引進和消化吸收，我國飲料裝備水平已有很大提高，特別是 150 瓶 (罐 )／分以上生產能力的灌裝生產線基本可以成套供應。目前南京輕機、合肥輕機和廣東輕機已能提供生產能力高達 600 瓶／分的玻璃瓶和 600 罐／分的易拉罐飲料或啤酒灌裝生產線，主要設備包括半自動卸 垛機、沖罐機 (洗瓶機 )、灌裝機、封罐機 (壓蓋機、旋