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1、目录1摘要2前言1第一章绪论21.1 课题研究的背景和意义21.1.1 罐装生产流水线的背景2灌装生产流水线的现状和发展31.2 控制要求7第二章总体控制方案82.1 饮料罐装生产流水线的基本结构82.2灌装流水线的工作原理10第三章硬件控制设计113.1 PLC的选择113.1.1 PLC的分类11 PLC的比较143.2 传感器的选择143.3 电磁阀的选择163.4 按钮开关173.5 报警灯173.6 行程开关183.7 加减计数器193.8 机械手193.9 数码管21第四章电气控制线路设计234.1 硬件电路的控制234.1.1 灌装设备设计254.1.2 压盖设备设计25第五章软
2、件控制设计275.1系统流程图275.1.1 系统流程图275.1.2 系统流程控制过程305.2 I/O接线图315.3 I/O分配表315.4梯形图32第六章调试过程及结果35第七章设计总结36参考文献37摘要传统的饮料灌装生产线的电气设备控制系统是传统的继电器接触器控制方式,在使用的过程中，生产工效低，人机对话靠指示灯+按钮+讯响器的工作方式，响应慢，故障率高，可靠性差，系统的工作状态、故障处理、设备监控与维护只能凭经验被动的去查找故障点。且在生产过程中容易产生二次污染，造成合格率低，生产成本增加。而自动化生产线在众多领域应用得非常广泛，其控制部分常常采用PLC 控制，它使自动化生产线运
3、行更加平稳，定位更加准确，功能更加完善，操作更加方便。为适应发展，故提出利用PLC控制技术改造现有生产线。PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的设计。 可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。现以三菱FX2N系列，进行程序设计并仿
4、真验证,设计一款PLC输入和输出设备的饮料灌装生产线。该生产线集传送、灌装、产品分类、报警警示、灯光闪烁和计时于一身， 而且其编程简单，容易理解掌握，工作稳定可靠。关键词：三菱FX2N，PLC，饮料灌装流水线前 言目前，饮料的灌装生产流水线已经实现自动化，为了提高产品质量和缩短生产周期，适应产品迅速更新换代的要求，产品生产正向缩短生产周期、降低成本、提高生产质量等方面发展。因此，饮料厂的自动化灌装生产线中有越来越多的机器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。而应用PLC完成电气部分的控制是工业自动化电气控制的主要发展方向。本次课设主要介绍全自动灌装生产线的基本概念。全自动灌
5、装生产线是由数台自动灌装机械经控制系统进行集中控制，并按照各自功能完成一定任务进行顺序、连续生产的一系列机器组合。通过对饮料罐装自动控制的介绍，使我们对灌装这个行业有了更深的了解，也对自动化这个名词有了进一步的了解。我国的饮料罐装自动化相对于西方发达国家来讲还有很大的差距。设备陈旧，技术落后，成为阻碍我们灌装行业发展的一个严重问题。鉴于这些问题，我国企业不断发展自身的实力，逐步朝着生产高速化、设备结构合理化、设备的多功能化、设备的绿色化、控制的智能化等方向发展。推出适合自己需求的产品来。本次课题就是朝着这个方向进行研究和设计。第一章 绪论1.1课题研究的背景和意义罐装生产流水线的背景经济的迅速
6、发展，人们消费水平的提高，对各种饮制品的需求量也越来越大。高产量，高效率，高品质已成为现代工业发展的宗旨，人的体力劳动逐步走向工业自动化，智能化。所以新型科技产品的出现时经济和工业发展的必需品。PLC（可编程控制器）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。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
7、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。几年前，自动化技术只占包装机械设计的30%，现在已占50%以上，大量使用了微电脑设计和机电一体化控制。提高包装机械自动化程度的目的：一是为了提高生产率；二是为了提高设备的柔性和灵活性；三是为了提高包装机械完成复杂动作的能力。饮料灌装机用于灌装各种各样的瓶装饮料，适合大中型饮料生产厂家，早期的灌装机械大
8、多数采用容积泵式、蠕动泵式作为计量方法。这些方法存在一些缺点。例如：灌装精度和稳定性难以保证、更换灌装规格困难等。本系统采用的饮料分装计量是通过时间和单位时间流量来确定的，计量精度由可编程控制器（PLC）控制确定。PLC控制具有编程简单、工作可靠、使用方便等特点，在工业自动化控制领域广泛应用。专为PLC应用而实际的触摸屏集主机、输入和输出设备于一体，适合在恶略的工业环境中使用。饮料灌装装置主要包括两部分：恒压储液罐灌液和计数部分。在恒压储液罐灌液不封，里面有上限液位和下线液位传感器，它们淹没时是1状态。液面低于下线液位时恒压储液罐为空。饮料通过进液电磁阀流入恒压储液罐，液面达到上限位时进液电磁
9、阀断电关闭，使液位保持恒定。鉴于PLC可靠性高、耐恶劣环境能力强、使用极为方便三大特点，利用PLC技术平台自主开发创新，将机械、电气和自动化等技术有机结合，将传统的继电器-接触器控制功能用PLC代替，构成实用、可靠的饮料灌装生产线PLC控制系统。该控制系统可节省大量电气元件、导线与原材料,缩短设计周期,减少维修工作量, 提高加工零件合格率,进而提高生产率，而且程序调整修改方便灵活，提高了设备的柔性和灵活性。具有整体技术经济效益。灌装生产流水线的现状和发展 生产流水线发展是从20世纪后半页随着社会的发着进步,对各行各业提出了越来越高的要求.企业为了提高生产效率和竞争力,采取了从传统手工工作方法到
10、自动化流水线工作方法,采用流水线的作业方法是具有翻天覆地革命性的变化的,随着可编程控制器的出现,是流水线实现自动化控制,是人类社会向前迈出一大步.近年来，饮料工业发展迅猛，碳酸饮料、果汁饮料、蔬菜汁饮料、含乳饮料、瓶装饮用水、茶饮料等品种不断丰富，产量上的“飘红”使得对设备市场的需求也呈“牛市”。 国外灌装与封口设备向高速、多用、高精度方向发展，目前部分灌装生产线已可以在玻璃瓶与塑料容器(聚酯瓶)、碳酸饮料与非碳酸饮料、热灌装与冷灌装等不同要求和环境下使用。目前碳酸饮料灌装机灌装速度最高已达2000罐分，德国HK公司灌装机的灌装阀多达165头，SEN公司144头，Krones公司178头，灌装
11、机直径大至5米，灌装精度0.5ml以下。 非碳酸饮料灌装机灌装阀50100头，灌装速度最高达1500罐分，灌装机料槽转速2025转分，速度提高1倍。可以进行茶饮料、咖啡饮料、豆乳和果汁饮料等多种饮料的热灌装，国外热灌装饮料封口后不再进行二次杀菌。 碳酸饮料常温灌装已酝酿20多年，常温碳酸化可以降低饮料成本，有利环保。非碳酸饮料充氮系统采用加压方式或液氮滴入方式向铝罐或PET瓶内灌注液氮惰性气体，可以保护内容物，减少营养素的损失。 目前PET瓶装茶饮料通常采用热灌装方法，为了降低灌装温度，提高茶饮料风味，确保产品卫生安全，已开发PET树脂成型使用130蒸汽杀菌和特殊灌装头灌装的简便式无菌包装机，
12、同时正在开发冰咖啡等低酸性饮料两片薄壁罐的无菌包装技术，以实现薄壁罐的无菌包装。 国内灌装生产线全方位发展我国饮料灌装设备基本是在引进设备和技术的基础上发展起来的，八十年代，引进各种饮料灌装生产线300多条，包括啤酒灌装线达500多条。引进灌装生产线主要分为以下几类：玻璃瓶饮料灌装线八十年代引进116条玻璃瓶饮料灌装线，主要用于碳酸饮料，其中80多条是以记账贸易方式从东欧国家引进的。生产线主要设备有卸箱机、洗瓶机、灌装机、压盖机、贴标机、气水混合机、装箱机等。在线检测设备有真空检测仪、液面检测仪、灌装能力150、200、300400瓶分。设备主要生产厂家有德国SEN、HK、OH、日本三菱重工、
13、意大利希莫拉兹(Simonazzi)、美国迈耶等。 1984年广东轻机厂引进德国SEN公司和HK公司啤酒灌装线制造技术，制造每小时2万瓶的瓶装啤酒灌装线，南京轻机厂和合肥轻机厂引进日本三菱重工技术，制造每小时1.8万瓶的汽水灌装线。其他还有重庆轻机厂的328设备，每小时14000瓶，廊坊包装设备制造总公司246设备、每小时60008000瓶的灌装线。 易拉罐饮料灌装线“八五”期间，我国引进易拉罐饮料灌装线15条，同时引进易拉罐啤酒灌装线14条。主要是德国SEN、美国迈耶公司的设备，包括卸罐机、洗罐机、灌装机、封罐机、温罐机、码垛机及混合机、喷码机、薄膜收缩机、液位检测仪等。灌装能力为150、3
14、00、400、500罐分，最高575罐分。目前广东轻机、南京轻机、合肥轻机等都有自己的易拉罐灌装线。 聚酯瓶灌装生产线引进的聚酯瓶饮料灌装线67条，包括卸箱机、洗瓶机、灌装机、旋盖机、温瓶机、装箱机等。灌装能力为400500瓶分(250ml)，50280瓶分(250ml)。主要设备厂家有美国迈耶和德国SEN公司。合肥轻机利用德国Krones公司技术，制造聚酯瓶饮料灌装线，目前合肥轻机、南京轻机均能制造玻璃瓶和聚酯瓶两用的饮料灌装线。 软包装饮料灌装线我国先后从瑞典、美国、德国、法国等国家引进软包装饮料灌装线，其中包括：瑞典利乐包无菌包装机“八五”期间引进40多条，现全国有160多条，并在我国北
15、京、广东佛山、江苏昆山设有复合纸板制造线；美国屋顶形纸盒无菌包装机(灌装能力4500盒小时)，法国百利包(灌装能力80袋分)，德国BOSCH、日本东洋、日本印刷等制造的立袋饮料灌装机，德国zupack纸盒成形-灌装-封口饮料热灌装线，德国PKL，采用预成形纸盒，包括开盒、灌装、封口(灌装能力6300盒小时)。以上前三种为无菌灌装，后三种采用热灌装，灌装封口后用喷淋冷水冷却。 碳酸饮料灌装线经过引进和消化吸收，我国饮料装备水平已有很大提高，特别是150瓶(罐)分以上生产能力的灌装生产线基本可以成套供应。目前南京轻机、合肥轻机和广东轻机已能提供生产能力高达600瓶分的玻璃瓶和600罐分的易拉罐饮料或啤酒灌装生产线，主要设备包括半自动卸垛机、冲罐机(洗瓶机)、灌装机、封罐机(压盖机、旋盖机)、温罐机(温瓶机)、混合机、纸箱包装机和杀菌机。 中小规模饮料灌装生产线水平不高，成套能力差，制造厂主要分布在廊坊、张家港、靖江、上海奉贤、胡桥、海门、沈阳、河南新乡以及北京等地，大部分仅提供洗瓶(洗罐)、灌装压盖(封罐)设备。廊坊包装设备制造公司将水处理、制冷、糖化、配料以及管路系统的制造厂组成集团公司，供应成套饮料灌装设备。瓶装饮用水生产线主要包括冲瓶、灌装、封口设备及水处理和消毒设备。廊坊包装设备制造公司、张家港美星等都能成套供应。 果汁饮
