优质啤酒灌装生产线控制系统设计文档格式.docx

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摘要

随着工业自动化水平日益提高，众多工业企业均面临着传统生产线的改造和重新设计问题。

PLC（可编程序控制器）是以微处理器为核心的工业控制装置，它将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起，近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到普遍应用。

作为通用工业控制计算机，其实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃，在世界工业控制中发挥着越来越重要的作用。

鉴于此，设计者利用PLC的功能和特点设计出了一款啤酒灌装生产流水线控制系统。

文章刚开始介绍了PLC的相关知识，接着以啤酒灌装流水线为例，采用三菱公司的FX系列可编程序控制器，介绍了PLC在啤酒灌装流水线中的应用，给出了详细的程序设计过程。

利用PLC控制啤酒灌装生产过程，传送带调速系统，可有效提高灌装生产效率，并显著增加控制系统的可靠性和柔性。

最后提出了用控制方面较为成熟的PID算法来控制全自动灌装压盖机贮液缸内液位和压力的想法。

关键词:

可编程控制器；

灌装流水线；

顺序功能图；

梯形图；

PID调节

Abstract

Withtheincreasinglevelofindustrialautomation,manyindustrialenterprisesarefacedwiththetransformationoftraditionalproductionlineandre-designproblem.PLC（programmablelogiccontroller）isamicroprocessorasthecoreofindustrialcontroldevices,itwillrelaythetraditionalcontrolsystemcombinedwithcomputertechnologyinrecentyearsinindustrialautomation,mechanicalandelectricalintegration,thetransformationoftraditionalindustriessuchasgenerallyapplied.Asageneral-purposeindustrialcontrolcomputer,therealizationofindustrialcontrolwiringlogicalleapinlogictostorage,industrialcontrolintheworldisplayinganincreasinglyimportantrole.Inviewofthis,thedesignersoftheuseofPLCfunctionsandfeaturesdesignedabeveragefillingproductionlinecontrolsystem.

ThearticleintroducedthePLCbeginningoftherelevantknowledge,andthentodrinkbottlinglineasanexample,theuseofMitsubishiFXseriesprogrammablelogiccontroller,PLC,introducedinthebeveragebottlinglineintheapplication,givenadetailedprogramdesignprocess.PLCcontroloftheuseofbeveragefillingproductionprocess,whichcaneffectivelyimprovetheproductionefficiencyoffilling,andsignificantlyincreasethereliabilityofcontrolsystemsandflexible.andtakeouttheideaofcontrolthelevelandpressureinfullyautomatedfillingGlandwithamorematurePIDalgorithminthefieldofcontrolfinally.

Keywords:

fillinglines;

LadderDiagram；

PIDregulation

1绪论

1.1啤酒包装工业的发展现状

众所周知，从1979年至今，我国的啤酒工业经历了二次增长高潮。

第一次是在1979年～1988年，其间啤酒厂由70多个发展到80多个，啤酒产量由40～50万吨增加到880万吨；

第二次从1990年到现在，啤酒厂进一步增加了100余个，1998年啤酒产量达到1987.67万吨，居世界第二。

啤酒生产企业中也不乏涌现出了年产量80万吨的大型啤酒生产企业（燕京啤酒集团）。

由于我国人口众多，人均啤酒消费量只有世界的1/2，大大低于世界平均消费水平。

预计今后数年，我国啤酒增长率仍会维持在一个较高的水平上。

2001年啤酒产量为2274万吨，2002年啤酒产量达到2386万吨，首次超过美国成为世界第一个啤酒生产大国。

根据食品工业部门预测，啤酒今后几年增长率维持在8%左右。

1.1.1国内啤酒包装设备的发展状况

我国啤酒包装设备的生产厂家在60年代初到70年代末只有几家，其生产能力处于一种引进国内设备并加以仿制的阶段，如70年代末，广州轻工业机械设计研究所消化吸收西德、意大利、美国、日本等过的进口设备，开发出8000瓶/每小时的啤酒洗瓶、灌瓶、压盖、贴标生产线。

到80年代，国内普及包装设备的生产厂家有几十个，但制造水平、设备性能与国外先进水平相比差距较大，在1987年上半年我国从西欧、东欧、日本等过引进200多条灌装线。

大90年代啤酒饮料加工设备的成套与配套生产企业接近600家。

然而，这些生产企业主要还是靠引进国外的生产线并在国内加以仿制，或者消化吸收了西德.意大利等国的先进技术开发国内的包装设备。

引进的生产线需耗费大量资金不说，还存在许多弊端，如：

设备的部分元件属于专用元件，万一发生故障，而国内没有相应的元件替代，以至于花重金引进的先进设备成了库房内的一堆废物。

在啤酒生产旺季，引起损失是不可估量的。

所以研制开发先进的啤酒包装设备被提到日程上来。

现有的啤酒包装生产线大多采用单机操作，生产能力较低（据统计，我国目前约有480家啤酒厂，而年生产能力在10万吨规模的企业不足10%）。

根据食品工业对啤酒饮料的发展预测，啤酒饮料加工规模将向大型化发展，其加工设备必须趋向大型化，以高速、高产、高性能、低消耗、操作方便、直观、便于调试为特点，以采用集散控制。

全线自动化为发展方向。

1.1.2国外啤酒包装设备的控制和管理情况

国外的啤酒包装设备发展较为完善，机电一体化、管理与控制相结合是当前啤酒灌装生产发展的最重要的一个趋势。

如美国的HiranWaller公司、德国的Gerrokaise公司和日本的小森机械公司都实现了啤酒包装生产线的全面计算机控制与管理。

当前啤酒、饮料包装计算机化的发展方向是CIM（ComputerIntegratedManufacturing），CIM是一个采集、管理和处理、发送各类数据的综合系统，它有效地将机器人技术、自动操作系统、监视系统、自动分叉技术和计算机协调中心等高尖端技术应用技术应用于整个啤酒包装领域，国外啤酒的计算机控制正走向成熟和完善阶段，而我国基本上还处于机械化和自动化时期，计算机的应用只限于部分工艺和设备。

因此，在这方面还有许多工作有待于包装工作者去探索与研究。

1.1.3啤酒的包装工艺

玻璃瓶作为啤酒的包装在绝大多数人心目中占有传统习惯性优势。

据统计，到目前为止，玻璃瓶包装仍占我国啤酒包装的九成以上。

然而，纵观国际啤酒包装市场，啤酒成品包装的多样化。

系列化已成为不争的事实。

除了国内常见的玻璃瓶包装之外，还有国人难得一见的槽车装啤酒和PET材料多型瓶啤酒。

在国际化啤酒包装趋势下，国内的啤酒包装业将改变玻璃瓶啤酒“一枝独秀”的局面，向多样化、系列化、安全。

经济型转化。

啤酒作为一种含气的液体饮料，其包装容器有玻璃瓶、易拉灌、聚醋瓶等，在此我们以玻璃瓶为例来介绍其包装工艺：

图1-1啤酒包装工艺过程

新瓶或回收瓶由全自动洗瓶机的理瓶机构将瓶子顺序地送入洗瓶机，其洗瓶工艺是：

（a）进行初洗，即将瓶子内外表面易除掉的污物用废水喷淋并使之排空。

（b）在热水或碱液中将内外表面的污垢及瓶标洗掉。

（c）残留在瓶内外表面上的污垢在热水中泡软并依次用碱液、热水、温水及清水喷洗瓶子的内外表面并排空。

（d）后将瓶子倒立排空0.5~1分钟。

瓶子在机器内洗净，时间为6~22分钟，碱液处理约为占52~65%，其中浸泡时间为49~63%，喷冲时间为2.8~15%。

最适合的洗瓶温度为60~85度范围之内，碱液的浓度为1.0~2.5%。

洗瓶之后由卸瓶机构将干净的瓶子送出，经传送带将瓶子送入全自动灌装压盖机，灌装、压盖完毕后，压好盖的瓶子直接通过旋转机构进入杀菌机进行杀菌，啤酒一般采用热喷淋连续杀菌机，其喷淋的过程分为若干温区，其温度实现自动控制，各温区的温度随操作时间的延长，其温度由低~高~低，最高温度为69℃。

由杀菌机送出的瓶子，经输送链送入贴标机贴标，一般要贴颈标和身标。

最后，瓶装产品进入装箱机械。

在啤酒的包装过程中最为重要的一个环节就是灌装，所谓灌装就是将液体产品装入瓶、灌、桶等包装容器内的操作。

由于啤酒属于含气饮料，在其灌装过程中一般采用等压灌装法，即先向清洗干净的玻璃瓶中充入气体，使瓶内压力与贮液缸内的压力相等，再将贮液缸内的啤酒灌入玻璃瓶内的过程。

1.2可编程序逻辑控制器（PLC）的现状及特点

PLC（programmablelogicalcontroller，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90%的PLC市场由国外占领，中、大型PLC中，几乎100%是国外产品，以美国MODICON公司、GE公司、西德SIEMENS，日本三菱公司为主。

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。

如1996年中国轻工业机械总公司南京轻工机械厂在烟台啤酒厂成功设计制造出了3.6万瓶/小时