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1、啤酒灌装生产线的 PLC控制系统设计摘要 本次论文设计在现有的啤酒灌装生产线控制系统的基础上，通过对自动控 制系统的研究设计出一套基于 PLC 与变频器控制的啤酒罐装生产线控制系统。 论文首先说明了课题的意义，国内外发展的状况，课题研究的内容以及关于啤 酒灌装生产线运动的控制要求。接着，根据啤酒的生化特性，设计出适合啤酒 灌装的啤酒灌装机，也对灌装机的灌装过程做了一定简要的说明。然后设计出 一个包含传送带与灌装机的灌装生产线工艺图，再根据控制要求采用 PLC 作为 控制器设计出实现啤酒灌装生产过程的控制电路。本文对灌装控制过程中涉及 到的各个细节进行了详细的论述，尤其在速度控制调节进行了大量的
2、说明。在 详细的说明了整个灌装控制过程的同时，最后还给出了实现整个控制过程的程 序。程序设计是按照控制实现不同的功能进行分块作为子程序来设计的。由于 啤酒生产线的速度调节没有连接实物，没有速度反馈进行比较调节，无法做到 对速度的恒速控制仿真，在最后章节中仅对啤酒灌装机内液面进行模拟仿真。关键字关键字：PLC 变频器 生产线设计工艺图 控制线路 程序 仿真The Design of PLC ControlSystem of Beer Production LineABSTRACTBased on the present control system of canned beer producti
3、on line, this paper works out a production line control system by adopting modern automatic control methods. It is in the light of PLC and the control of frequency converter. In the first place, the paper sets out the significance of this subject, and then its development at home and abroad. In addi
4、tion, the content of this subject and the requirement of canned beer production lines movement are included in it. According to beersbiochemical characteristics, the design of a beer filler comes out, with a simple instruction of the process of filling. Next, this paper designs a production line cha
5、rt containing conveyer belt and filler. According to the control requirements, it carries out a control circuit adapting PLC as the controller. Except for the detailed process of filling, this paper presents the routine of process and its emulation, especially in speed control adjustment. The routin
6、e is classified based on different functions. Short of the physical model and speed feedback, the speed adjustment of beer production line cant carry out a constant-speed control. Therefore, this paper only simulates cylinder of the beer filler in the last chapter.Key Words:PLCThe inverterProduction
7、 line process designControl circuitThe programThe simulation目 录第一章 绪论 11.1 课题研究的意义11.2 国内外发展状况11.3 本课题的研究内容2第二章 啤酒特性及其灌装原理的分析.32.1 啤酒的物理特性32.2 啤酒罐装方法选择32.3 灌装原理分析及灌装机的设计42.3.1 灌装原理的分析.42.3.2 罐装机的设计.42.3.3 罐装机工作过程.5第三章 啤酒灌装生产线的工艺设计63.1 啤酒灌装生产线的工艺设计图63.2 灌装过程俯视平面图63.3 星轮与旋转灌装机同步转动设计7第四章 啤酒灌装生产线控制系统的电路
8、设计.94.1 啤酒罐装生产线的控制要求94.2 主电路的分析与设计94.3 控制电路的分析与设计114.3.1 对传送带速度控制的分析.114.3.2 对灌装机旋转速度控制的分析.114.3.3 对液缸内液位控制的分析.114.3.4 控制电路的设计.124.4 输入输出 I/O 分配.144.5 控制电路设备的端子接线及参数设置154.5.1 编码器.164.5.2 变频器接线及其参数设置.164.5.3 EM235 的端子接线184.5.4 传感器.184.5.5 真空泵.19第五章 啤酒灌装生产线的软件设计205.1 啤酒灌装生产线程序流程图.205.2 对程序进行向导参数配置.215
9、.2.1 对脉冲输出口 Q0.0进行向导配置. 215.2.2 对灌装机速度控制 PID运算参数设置.225.2.3 对液面高度控制 PID运算参数设置.225.3 生产线控制画面组态23第六章 控制系统仿真24第七章 总结与展望 25参考文献. 26附录.27致谢.39天津理工大学 2014 届本科毕业设计说明书1第一章绪论1.1课题研究的意义随着电力电子技术、计算机技术，自动控制技术的迅速发展，众多工业企业均面临着传统生产线的改造和重新设计的问题。各行各业的企业、工厂为了提高产品质量，缩短生产周期，适应产品迅速更新换代的要求，产品生产正朝着缩短生产周期、降低成本、提高生产质量等方面发展。因
10、此，啤酒厂的自动化灌装生产线中有越来越多的企业在使用先进的灌装技术来提高机器的自动化控制水平和生产效率1。课题采用的 PLC 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，设计啤酒自动灌装生产线控制系统，通过软硬件的结合实现对啤酒大批量生产的同时，罐装灌装过程更加平稳、灌装工艺更加严密，次品、废品明显的减少，对实际工业生产产生巨大的作用。具体表现有：（1）提高生产效率。通过啤酒灌装自动化生产线，啤酒生产不需要人工的干预，减少人力资源，同时生产的速度要远远高出人工操作。（2）改善工作的环境。实施自动化控制后，生产现场不再需要人工对每一个环节进行实时的操作，只需
11、要工作人员在控制室内监测生产线就可以。（3）提高管理水平。由于监控系统对整个灌装运行情况进行了历史记录，管理人员可以随时调出来进行分析，可以逐步的对生产经营进行改善，大大的提高了生产管理的水平。1.2国内外发展状况国外啤酒罐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国外生产发展的趋势。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罐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（Computer Integrated Manufacturing），CIM 是一个采集、管理和处理、发送各类数据的
12、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。我国建国以后，陆续建立了一些灌装设备生产厂。80 年代初，国家开始积极引进国外先进罐装技术，不少国有、集体企业陆续转行进入灌装机制造行业，他们具备较强的机械制造、设计能力，但是缺乏灌装机制造行业的专业技术和经验。20 多年来，多数企业主要是通过测绘仿制来研发和生产产品，新产品研发力量薄弱。近几年来，我国啤酒产业得到了迅速的发展，出现了年产 80 万吨的大型啤酒生产企业（燕京啤酒集团）。大型啤酒企业对啤酒灌装线的自动化程度和速度都提
13、出了更高的要求。但是，我国的啤酒罐装机械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，天津理工大学 2014 届本科毕业设计说明书2PLC 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化灌装生产线的控制系统，弥补其不足成为可能。1.3本课题的研究内容本课题的目的就是采用现代流行的先进控制技术，设计啤酒自动生产线的控制系统，通过控制器的控制实现啤酒自动化生产的控制。利用 PLC 作为控制器，结合传感器、变频器、变频电机等电气设备在保证啤酒生化特性不变质、变味的情况下严格的按照啤酒灌装的工艺进行灌装。要求 PLC 能控制灌装机灌装的速度以及
14、传送带的速度，并且保证传送带输送啤酒空瓶能准确有效的传送到灌装机的灌装阀下。灌装结束以后，满瓶必须有序地从灌装机出来，传到传送带上，传送带将灌满的瓶子传给下一道工艺。天津理工大学 2014 届本科毕业设计说明书3第二章 啤酒特性及其灌装原理的分析2.1 啤酒的物理特性啤酒以大麦芽、酒花、水为主要原料，经酵母发酵作用酿制而成的饱含二氧化碳的低酒精度酒。它的基体是水，应遵循流体力学的基本定理，如能量守恒、流体连续和力平衡等。由于它的主体是微生物和生化反应的代谢物以及某些无机物，其中微生物和代谢物中的二氧化碳和蛋白质，是啤酒灌装过程中必须正视的主要因素，这也是啤酒灌装区别于其它液态食品灌装的难度所在
15、9。啤酒灌装过程中由空气中氧气的进入对啤酒质量的危害是致命性的，如果瓶内空气不能处理得当，生产出来的啤酒将不适于饮用，甚至变质危害人体的健康。为此，我们需采取一定的手段，如尽量减少增氧量以减少微生物的生存空间。以下提出啤酒灌装过程需要注意的事项以及相应措施。灌装时必须注意以下内容：（1）避免啤酒损失，减少浪费，提高经济效益；（2）保证额定灌装量，为此必须保证灌装酒料过程速度恒定；（3）保持啤酒内在品质，这主要是考虑啤酒的生化特性；为此必须采取相应的措施：（1）防止啤酒染菌，必须保证灌装工作台、灌装机内部的干净整洁；（2）防止啤酒接触空气而氧化，考虑抽真空以及冲入二氧化碳气体；（3）防止啤酒中的
16、 CO2损失，保证灌装阀与啤酒瓶之间压紧。特别需要注意的是，应尽可能地避免啤酒以任何形式与氧接触，即使是很少的吸氧，都会极为敏感地影响啤酒的质量和保存期。因此，一定要想方设法将啤酒在灌装过程中的吸氧量控制在最低限度。有关设备制造工业部门，采用了各种各样以限制啤酒吸氧为目的的技术手段，如一次或多次抽真空技术以及其它类似的措施等。所有这些都是为了使啤酒与空气隔绝，以保持啤酒的原有品质。2.2啤酒灌装方法的选择每种饮料的灌装方法不尽相同，针对特定的饮料就需要特定的灌装方法。上一小节已经说明啤酒是一种经酵母发酵酿造而成的酒料，对空气中气体极为敏感，在灌装过程中需要严密的控制。只有从它的基本特性考虑，选取合适、正确地灌装方法，才能保证灌装出来的啤酒能饮用7,8。目前，液体常见的灌装方法有以下几种方式：天津理工大学 2014 届本科毕业设计说明书4（1）常压罐装法。常压法也叫做纯重力法，即在常压下，液料依靠自重流进啤酒瓶内。大部分能流动的不含气体的液料都用此方法来灌装，例如白酒、果酒、牛奶、酱油，醋等等。（2）等压灌装法。这种方法首先对啤酒瓶进行充气，当瓶子和储酒槽之间达到压力平
