【正文】 河 北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 1 基于 PLC的飲料灌 裝生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) 摘要 PLC 隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)對(duì)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制和信息通訊提出了更高的要求。飲料生產(chǎn)線比較復(fù)雜，生產(chǎn)環(huán)節(jié)也很多。其中飲料的灌裝就是飲料生產(chǎn)線上重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。 控制系統(tǒng)主要由一臺(tái) PLC、交流異步電機(jī)、液罐、多個(gè)灌裝狀態(tài)檢測(cè)傳感器、故障報(bào)警蜂鳴器、產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)顯示器等組成。其中電機(jī)用來控制運(yùn)送飲料瓶的傳送帶部分。 本控制系統(tǒng)有兩個(gè)特點(diǎn)：一是輸入、輸出設(shè)備比較多；二是所需實(shí)現(xiàn)的控制是順序邏輯控制、模塊控制以及計(jì)算統(tǒng)計(jì)功能。 西門子 S7300 系列 PLC 在模塊控制、高速計(jì)數(shù)和計(jì)算方面的功能較強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)比較方便。因此本系統(tǒng)選用了 S7300 型號(hào)的 PLC 進(jìn)行控制，既滿足了控制系統(tǒng)所需的 I/O 點(diǎn)數(shù)，又滿足了被控對(duì)象的控制要求。 采用 PLC 控制飲料灌裝生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了飲料生產(chǎn)線的自動(dòng)化、智能化。對(duì)勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高，飲料質(zhì)量和產(chǎn)量的提高具有深遠(yuǎn)的意義。 關(guān)鍵詞 S7300 可編程序控制器（ PLC） /自動(dòng)化 /智能化 河 北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 2 基于 PLC的飲料灌裝生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 1章 課題背景研究 飲料灌裝生產(chǎn)流水線的概述 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(chǎn)量上的飄紅 ， 使得對(duì)設(shè)備市場(chǎng)的需求也呈牛市。 國(guó)外灌裝與封口設(shè)備向高速發(fā)展世界灌裝機(jī)向高速、多用、高精度方向發(fā)展，目前部分灌裝生產(chǎn)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)境下作用。目前碳酸飲料灌裝機(jī)灌裝速度最高已達(dá) 2020 罐／分，德國(guó) H＆ K 公司灌裝機(jī)的灌裝閥多達(dá) 165 頭， SEN 公司 144 頭， Krones 公司 178 頭，灌裝機(jī)直徑大至 5 米，灌裝精度 0． 5ml以下 。 非碳酸飲料灌裝機(jī)灌裝閥 50～ 100 頭，灌裝速度最高達(dá) 1500 罐／分，灌裝機(jī)料槽轉(zhuǎn)速 20～ 25 轉(zhuǎn)／分，速度提高 1 倍?？梢赃M(jìn)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(guó)外熱灌裝飲料封口后不再進(jìn)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?jī)?nèi)灌注液氮惰性氣體，可以保護(hù)內(nèi)容物，減少營(yíng)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(fēng)味，確保產(chǎn)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(jiǎn)便式無菌包裝機(jī)，同時(shí)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(shù)，以實(shí)現(xiàn)薄壁罐的無菌包裝。 國(guó)內(nèi)灌裝生產(chǎn)線全方位發(fā)展我國(guó)飲料灌裝設(shè)備基本是在引進(jìn)設(shè)備和技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，八十年代，引進(jìn)各種飲料灌裝生產(chǎn)線 300 多條，包括啤酒灌 河 北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 3 裝線達(dá) 500 多條。 隨著工業(yè)自動(dòng)化水平日益提高，眾多工業(yè)企業(yè)均面臨著傳統(tǒng)生產(chǎn)線的改造和重新設(shè)計(jì)問題。 PLC 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(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，近年來在工業(yè)自動(dòng)控制、機(jī)電一 體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到普遍應(yīng)用。作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲(chǔ)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(dòng)化技術(shù)只占包裝機(jī)械設(shè)計(jì)的 30%，現(xiàn)在已占 50%以上，大量使用了微電腦設(shè)計(jì)和機(jī)電一體化控制。提高包裝機(jī)械自動(dòng)化程度的目的：一是為了提高生產(chǎn)率；二是為了提高設(shè)備的柔性和靈活性；三是為了提高包裝機(jī)械完成復(fù)雜動(dòng)作的能力。 飲料灌裝機(jī)用于灌裝各種各樣的瓶裝飲料，適合大中型飲料生產(chǎn)廠家，早期的灌裝機(jī)械大多數(shù)采用容積泵式、蠕動(dòng)泵式作為計(jì)量方法。這些方法存在一些 缺點(diǎn)。例如：灌裝精度和穩(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(jì)量是通過時(shí)間和單位時(shí)間流量來確定的，計(jì)量精度由 PLC 控制確定。PLC 控制具有編程簡(jiǎn)單、工作可靠、使用方便等特點(diǎn)，在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。專為 PLC 應(yīng)用而實(shí)際的觸摸屏集主機(jī)、輸入和輸出設(shè)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(chǔ)液罐灌液和計(jì)數(shù)部分。在恒壓儲(chǔ)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(shí)是 1 狀態(tài)。液面低于下線液位時(shí)恒壓儲(chǔ)液罐為空。飲料通過進(jìn)液電磁閥流入恒壓儲(chǔ)液罐，液 面達(dá)到上限位時(shí)進(jìn)液電磁閥斷電關(guān)閉，使液位保持恒定。 鑒于 PLC 可靠性高、耐惡劣環(huán)境能力強(qiáng)、使用極為方便三大特點(diǎn)，利用 PLC技術(shù)平臺(tái)自主開發(fā)創(chuàng)新，將機(jī)械、電氣和自動(dòng)化等技術(shù)有機(jī)結(jié)合，將傳統(tǒng)的繼電器 接觸器控制功能用 PLC 代替，構(gòu)成實(shí)用、可靠的飲料灌裝生產(chǎn)線 PLC 控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)可節(jié)省大量電氣元件、導(dǎo)線與原材料 ,縮短設(shè)計(jì)周期 ,減少維修工作量 , 提高加工零件合格率 ,進(jìn)而提高生產(chǎn)率，而且程序調(diào)整修改方便靈活，提高了設(shè)備的柔性和靈活性。具有整體技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。 隨著工業(yè)自動(dòng)化水平日益提高，眾多工業(yè)企業(yè)均面臨著傳統(tǒng) 生產(chǎn)線的改造和重新設(shè)計(jì)問題。目前，飲料的灌裝伸長(zhǎng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，適應(yīng)產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的要求，產(chǎn)品生產(chǎn)正向縮短生產(chǎn)周期、降低成本、提高生產(chǎn)質(zhì)量等方面發(fā)展。因此，飲料廠的自動(dòng)化灌裝生產(chǎn)線中有越來越多的及其在使用先進(jìn)的灌裝技術(shù)來提高及其的自動(dòng)化電氣控制水平和生產(chǎn)效率。PLC 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(jì)算機(jī) 河 北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 4 技術(shù)結(jié)合在一起，近年來在工業(yè)自動(dòng)控制、機(jī)電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到普遍應(yīng)用。作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲(chǔ)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。鑒于此，設(shè)計(jì)者利用PLC 的功能和特點(diǎn)設(shè)計(jì)出了一款飲料灌裝生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng) 目前飲料灌裝生產(chǎn)線的控制過程主要是繼電器接觸控制，但這種電路接線復(fù)雜，可靠性低，使得工業(yè)生產(chǎn)的效率得不到提高 [34]。不過，隨著時(shí)代的發(fā)展，飲料灌裝生產(chǎn)線的控制過程正朝著智能化和自動(dòng)化的方向發(fā)展。 PLC 是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場(chǎng)電氣操作 維修人員的技能與習(xí)慣，特別是 PLC 的程序編制，不需要專門的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言知識(shí)，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡(jiǎn)單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯(cuò)也都很方便。用戶在購(gòu)到所需的 PLC 后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡(jiǎn)易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將 PLC 應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐 [512]。 生產(chǎn)流水線的概念 生產(chǎn)流水線是生產(chǎn)型企業(yè)最常用的制造產(chǎn)品的形式，它是由一群人或機(jī)器人在一個(gè)接一個(gè)的完成一項(xiàng)半成品或成品的加工及檢驗(yàn)和包裝，由于是有些采用行走的輸送帶承載被加工的物 品，因此被稱為流水線生產(chǎn)。 生產(chǎn)流水線的形式及特點(diǎn) (1) 板鏈?zhǔn)窖b配流水線 特點(diǎn)：承載的產(chǎn)品比較重，和生產(chǎn)線同步運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的爬坡；生產(chǎn)的節(jié)拍不是很快；以鏈板面作為承載，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的平穩(wěn)輸送。 (2) 滾筒式流水線 特點(diǎn)：承載的產(chǎn)品類型廣泛，所受限制少；與阻擋器配合使用，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的連續(xù)、節(jié)拍運(yùn)行以及積放的功能；采用頂升平移裝置，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的離線返修或檢測(cè)而不影響整個(gè)流水線的運(yùn)行。 (3) 皮帶式