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本科畢業(yè)論文（設計）任務書
啤酒壓蓋機的設計
院（系、部）名 稱 ： 歐美學院機電科學與工程系
專 業(yè) 名 稱：
學 生 姓 名：
學 生 學 號：
指 導 教 師：
10月25日
一、主要研究內容
隨著經濟的發(fā)展，我國啤酒行業(yè)也得到了不斷的發(fā)展，同時對啤酒生產線也提出了更高的要求。啤酒壓蓋作為啤酒生產線上的重要環(huán)節(jié)，也隨之不斷提高和完善。通過對啤酒及相關行業(yè)的了解，把握國內外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，以便設計出更完善的設備，達到更高的使用要求。
二、基本要求
通過分析啤酒壓蓋機目前存在的一些問題，本著以人為本、安全可靠、簡便易實現(xiàn)的原則，綜合現(xiàn)有技術水平,運用合理的改進方法, 進行本次啤酒壓蓋機設計。
本次課題要求根據所學習的機械原理等課程，詳細的分析啤酒壓蓋機的工作原理，通過計算分析，應用計算機繪圖軟件（CAD）繪制出總裝配圖以及部分重要的零部件圖，要求總圖量達到2張A0圖紙。希望學生能夠應用三維制圖軟件對重要的零部件進行建模。同時完成設計說明書的編制工作。
三、工作進度
1、1-5周：查找資料和確定初步的技術方案，形成開題報告。
2、6-11周：進行方案設計，在此基礎上進行部件的選擇分析、重要部件的設計校核計算。
3、12-14周：總裝配圖和部分零件圖。
4、15-16周：整理設計計算說明書。
4、 參考文獻
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指導教師簽名： 教研室主任審查簽名：
本科畢業(yè)論文（設計）開題報告
啤酒壓蓋機的設計
院（系、部）名 稱 ： 歐美學院機電科學與工程系
專 業(yè) 名 稱：
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指 導 教 師：
1、 課題來源
啤酒壓蓋機是對灌裝完畢的啤酒瓶進行封口的設備。壓蓋機使啤酒在瓶中得以密封保存，并便于流通、銷售和飲用。我國啤酒灌裝設備大都是在引進優(yōu)良設備和先進技術的基礎上發(fā)展起來的。新中國成立以后，我國陸續(xù)建立起了一些灌裝壓蓋設備生產廠。但由于落后的技術能力，在這個時期主要是生產一些小型設備。
我國壓蓋機的發(fā)展趨勢是不斷提高單機的自動化程度，改善整條包裝生產線的自動化控制水平、生產能力，可以大大改善啤酒生產設備產品的質量，提高其國內、國際的競爭能力。在此基礎上，本著安全可靠、簡便耐用的原則，通過改進現(xiàn)有的技術，進行了啤酒壓蓋機的設計。
二、主要依據
我國啤酒灌裝設備大都是在引進優(yōu)良設備和先進技術的基礎上發(fā)展起來的。新中國成立以后，我國陸續(xù)建立起了一些灌裝壓蓋設備生產廠。但由于落后的技術能力，在這個時期主要是生產一些小型設備。六十年代末，通過有關專家和學者的考察，從國外帶回來的灌裝生產線技術在國內試驗成功。到八十年代初，國家又積極引進國外先進灌裝生產線300多條，其中啤酒灌裝線達500多條?？偠灾?，自改革開放以來，我國灌裝與壓蓋設備行業(yè)得到了高速發(fā)展，行業(yè)水平不斷提高，產品性能大幅度增長，但與國外發(fā)達國家相比仍存在較大差異，總體技術水平較落后。
國外的灌裝與壓蓋設備正向著高速發(fā)展。美國早在1890年就制造出了玻璃瓶灌裝機。在1912年又發(fā)明了皇冠蓋壓蓋機，接著制造出了集灌裝和壓蓋于一體的灌裝壓蓋機組。德國也在20世紀初制造出了手動灌裝機和壓蓋機。
世界灌裝壓蓋機正向著高精度、高速度、多應用的方向發(fā)展，現(xiàn)在部分灌裝生產線已經可以工作在玻璃瓶與聚酯瓶、碳酸飲料與非碳酸飲料、熱灌裝與冷灌裝等的不同環(huán)境和不同要求下，并能保證良好的灌裝質量和較高的灌裝速度。
雖然目前我國國內制造的啤酒壓蓋機性能已經達到較高水平，但經查閱大量資料后發(fā)現(xiàn)，其凸輪設計大都還是沿用普通凸輪安裝在灌裝頭上部來控制壓蓋機頭運動，其速度波動大、加速度突變大、壓力角小等都不滿足壓蓋機頭的運動規(guī)律。本次設計準備采用圓柱凸輪，可以大大改善了上述問題。
三、研究內容
啤酒壓蓋機的工作原理是啤酒瓶經輸瓶系統(tǒng)輸送后進入星形撥輪，同時進入到壓蓋機頭下面，在主軸及星形撥輪帶動下同壓蓋機頭一起轉動，此時從供蓋系統(tǒng)中落下的瓶蓋剛好到達壓蓋機頭，壓蓋機頭在凸輪機構的控制及大彈簧的作用下向下運動進行壓蓋。瓶蓋壓緊后，壓蓋機頭在凸輪機構的控制及小彈簧的作用下向上運動，釋放啤酒瓶，星形撥輪繼續(xù)轉動將啤酒瓶輸出。
本次畢業(yè)設計重點研究壓蓋機的機頭部分的總體設計、主傳動系統(tǒng)的設計以及供蓋系統(tǒng)的設計等。通過對主要零部件的研究，進行技術的整合，設計出壓蓋機的整體設計
四、研究計劃及預期成果
研究計劃：
1、進行市場調研，查閱相關資料，熟悉各種壓蓋機的工作原理。
2、根據查閱的資料，以及對實際情況的了解，確定設定的方案。
3、對所設定的方案，深入理解其中可能涉及到的機械原理。
4、 根據既定的機構、傳動等方案進行設計，并對機械部分的強度等進行計算確定。
5、繪制機械部分的圖紙，包括總裝圖以及關鍵的零部件圖。
6、編制畢業(yè)設計論文說明書。
預期成果：
1、繪制啤酒壓蓋機的總體裝配圖，重要零件圖以及部分零件圖的三維模型。
2、書寫完整的畢業(yè)設計說明書。
3、熟悉使用三維繪圖軟件，繪制部分重要零部件的三維圖。
4、熟悉各種機械原理在設計工作中的應用。
5、熟悉機械設計的工作流程，為以后走向工作崗位奠定基礎。
五、特色或創(chuàng)新之處
本次設計的啤酒壓蓋機滿足壓蓋過程沖擊小、工作過程安全可靠、壓蓋后密封效果好、啤酒瓶受損小、工作效率和自動化程度較高等條件。
六、已具備的條件和尚需解決的問題
已具備的條件：
本次畢業(yè)設計已經進行了充分的調研，通過查閱圖書以及網上瀏覽，對壓蓋機的基本工作原理、動作機構等有了一定的了解。具備了進行畢業(yè)設計的條件。
有待解決的問題：
在本次畢業(yè)設計中希望能用三維軟件對關鍵零部件的繪制，由于對三維軟件的應用不熟悉，需要加強這方面的學習。
七、指導教師意見
指導教師簽名：
年 月 日
本科畢業(yè)論文（設計）文獻綜述
啤酒壓蓋機的設計
院（系、部）名 稱 ： 歐美學院機電科學與工程系
專 業(yè) 名 稱：
學 生 姓 名：
學 生 學 號：
指 導 教 師：
摘 要
在啤酒的生產線中,壓蓋是關鍵的生產工序。壓蓋的質量好壞影響著啤酒的最終生產質量，決定著產品的成品率。特別是隨著生產的自動化發(fā)展，自動的啤酒壓蓋機已經在生產中普遍應用。
本設計的重點是才壓蓋和傳動方面，其中傳動系統(tǒng)設計的好壞直接決定及其工作的質量。本次畢業(yè)設計中，首先依托啤酒自動生產線中的總體布局以及工藝路線，對壓蓋機進行了系統(tǒng)性的設計，然后根據其工作原理進行分析，對壓蓋機本身的的結構進行設計，對重點零部件進行分析和設計，對星型波輪、齒輪、凸輪等進行設計、計算、分析，設計出總體的方法和結果。同時對壓蓋機的傳動系統(tǒng)進行了設計選用。
關鍵詞：壓蓋，傳動系統(tǒng)，凸輪，齒輪
ABSTRACT
In the production line of beer, gland is the key production processes. Gland beer quality affects the final production quality, determines the yield of product. Especially with the development of production automation, automatic beer capping machine has been widely used in the production.
This design only is the focus of the gland and transmission quality directly decides the transmission system design and the quality of the work. This graduate design, first of all depends on the beer in the overall layout of the automatic production line and process route, capping machine for the systematic design, then according to its working principle is analyzed, the structure of the capping machine itself to design, to analysis and design of key parts on star pulsator, gear, CAM, such as design, calculation, analysis, design method and results of overall. At the same time of capping machine drive system to carry on the design.
Key words: Screwing，Transmission ， Cam ，gear wheel
1、前言
闡述隨著經濟的發(fā)展，我國啤酒行業(yè)也得到了不斷的發(fā)展，同時對啤酒生產線也提出了更高的要求。啤酒壓蓋作為啤酒生產線上的重要環(huán)節(jié)，也隨之不斷提高和完善。通過對啤酒及相關行業(yè)的了解，把握國內外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，以便設計出更完善的設備，達到更高的使用要求。
1.1 啤酒壓蓋機簡介
啤酒壓蓋機是對灌裝完畢的啤酒瓶進行封口的設備。壓蓋機使啤酒在瓶中得以密封保存，并便于流通、銷售和飲用。
啤酒壓蓋機的工作原理是啤酒瓶經輸瓶系統(tǒng)輸送后進入星形撥輪，同時進入到壓蓋機頭下面，在主軸及星形撥輪帶動下同壓蓋機頭一起轉動，此時從供蓋系統(tǒng)中落下的瓶蓋剛好到達壓蓋機頭，壓蓋機頭在凸輪機構的控制及大彈簧的作用下向下運動進行壓蓋。瓶蓋壓緊后，壓蓋機頭在凸輪機構的控制及小彈簧的作用下向上運動，釋放啤酒瓶，星形撥輪繼續(xù)轉動將啤酒瓶輸出。
2、研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
2.1國內外研究現(xiàn)狀
我國啤酒灌裝設備大都是在引進優(yōu)良設備和先進技術的基礎上發(fā)展起來的。新中國成立以后，我國陸續(xù)建立起了一些灌裝壓蓋設備生產廠。但由于落后的技術能力，在這個時期主要是生產一些小型設備。
六十年代末，通過有關專家和學者的考察，從國外帶回來的灌裝生產線技術在國內試驗成功。
到八十年代初，國家又積極引進國外先進灌裝生產線300多條，其中啤酒灌裝線達500多條。引進生產線主要設備有輸箱機、卸箱機、洗瓶機、輸瓶機、灌裝機、旋蓋機、壓蓋機、貼標機和裝箱機等。
目前我國啤酒的生產狀況是：
1.啤酒產量穩(wěn)定增長；
2.啤酒企業(yè)向規(guī)模化、集團化發(fā)展。
我國灌裝機械的發(fā)展趨勢是不斷提高單機的自動化程度，改善整條包裝生產線的自動化控制水平、生產能力，可以大大改善啤酒灌裝生產設備產品的質量，提高其國內、國際的競爭能力。
總而言之，自改革開放以來，我國灌裝與壓蓋設備行業(yè)得到了高速發(fā)展，行業(yè)水平不斷提高，產品性能大幅度增長，但與國外發(fā)達國家相比仍存在較大差異，總體技術水平較落后。
國外的灌裝與壓蓋設備正向著高速發(fā)展。美國早在1890年就制造出了玻璃瓶灌裝機。在1912年又發(fā)明了皇冠蓋壓蓋機，接著制造出了集灌裝和壓蓋于一體的灌裝壓蓋機組。德國也在20世紀初制造出了手動灌裝機和壓蓋機。
世界灌裝壓蓋機正向著高精度、高速度、多應用的方向發(fā)展，現(xiàn)在部分灌裝生產線已經可以工作在玻璃瓶與聚酯瓶、碳酸飲料與非碳酸飲料、熱灌裝與冷灌裝等的不同環(huán)境和不同要求下，并能保證良好的灌裝質量和較高的灌裝速度。
2.2發(fā)展趨勢
目前，國內外啤酒灌裝壓蓋機的發(fā)展趨勢是：
（1）高新技術化；
（2）產品標準化；
（3）零部件生產專業(yè)化；
（4）設計“綠化”；
（5）市場日趨壟斷化。
總之，近20年來，我國啤酒灌裝行業(yè)獲得了突飛猛進的發(fā)展，生產高效率化、資源高利用化、產品節(jié)能化、新技術實用化和科研成果商業(yè)化，以成為世界各國啤酒灌裝行業(yè)的發(fā)展趨勢，這也是我國啤酒灌裝行業(yè)的發(fā)展方向。
3本設計的意義及改進措施
本設計通過分析啤酒壓蓋機目前存在的一些問題，本著以人為本、安全可靠、簡便易實現(xiàn)的原則，綜合了現(xiàn)有技術水平,運用合理的改進方法, 進行本次啤酒壓蓋機設計。力求所設計的啤酒壓蓋機在滿足使用要求的前提下，在更多方面得到改善，使其能夠在啤酒生產線上發(fā)揮重要作用，并達到降低成本、提高效率、為企業(yè)帶來的良好的經濟效益的目的。
雖然目前我國國內制造的啤酒壓蓋機性能已經達到較高水平，但經查閱大量資料后發(fā)現(xiàn)，其凸輪設計大都還是沿用普通凸輪安裝在灌裝頭上部來控制壓蓋機頭運動，其速度波動大、加速度突變大、壓力角小等都不滿足壓蓋機頭的運動規(guī)律。本次設計準備采用圓柱凸輪，可以大大改善了上述問題。
另外，當前國內很多啤酒壓蓋機沒有較合理的退瓶結構，導致破瓶率較高。本次設計在壓蓋機頭內部設計了退瓶彈簧，結構簡單，方便可行。
4總體布局
機器的有關零部件在整機中相對空間位置的合理配置，叫做總體布局。對于此傳動系統(tǒng)的總體布局的，則是根據壓蓋機工藝路線圖安排凸輪、齒輪、曲柄等原動件的位置，布置過程中應注意以下2點：
（1） 盡量減少機構的構件數
（2） 簡化傳動系統(tǒng)
5布置傳動系統(tǒng)的準則
（1）盡可能采用簡短的運動鏈
擬定機械的傳動系統(tǒng)或執(zhí)行機構時，盡可能采用簡單、緊湊的運動鏈。因為運動鏈越簡短，組成傳動系統(tǒng)或執(zhí)行機構所使用的機構和構件數目越少，這不僅降低制造費用、減小體積和重量，而且使機械的傳動效率相對提高。由于減少傳動環(huán)節(jié)，使傳動中的積累誤差也隨之減小，結果將提高機械的傳動精度和工作準確性。
（2）有合理傳動順序安排
機械的傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構一般均由若干基本機構和組合機構組成，它們的結構特點和傳動作用各不相同，應按一定規(guī)律合理的安排傳動順序。一般將減速機安排在運動鏈的起始端，盡量靠近動力機，例如采用帶有減速裝置的電動機；將變換運動形式的機械安排在運動鏈的末端，使其與執(zhí)行構件靠近，如將凸輪機構、連桿機構、螺旋機構等靠近執(zhí)行構件布置；將帶傳動類型的摩擦傳動安排在運動鏈中的轉速高的起始端，以減小傳遞的轉矩、降低打滑的可能性。在傳遞同樣轉矩的條件下，與其他傳動形式比較摩擦傳動機構尺寸比較大，為了減小其外部尺寸應將其布置在運動鏈的起始端。傳動鏈中采用圓錐齒輪時，應考慮到圓錐齒輪制造較困難，造價高，避免用大尺寸的圓錐齒輪，而采用較小的圓錐齒輪也應布置在運動鏈中轉速較高的位置。
上述順序安排只是一般性的考慮，具體安排時需要同時考慮的因素較多，如充分利用空間、降低傳動噪音和振動，以及裝配維修的方便等，相關的各因素都要權衡利弊給予適當的考慮。
（3）合理分配傳動比
運動鏈的總傳動比應合理地分配到各級傳動機構，既充分利用各種傳動機構的優(yōu)點，又能利于尺寸控制得到結構緊湊的機械。每一級傳動機構的傳動比應控制在其常用的范圍內。如果某一級傳動比過大，則對其性能和尺寸都將有不利的影響。所以當齒輪傳動比大于8～10時，一般應設計為兩級傳動；當傳動比在30以上時，常設計兩級以上的齒輪傳動。但是對于傳動來說，由于外部尺寸較大實際很少采用多級帶傳動。
電動機的轉速一般都超過執(zhí)行構件所需要的轉速，而需要采用減速傳動系統(tǒng)。這時，對于減速運動鏈應按照“前小后大”的原則分配傳動比，而且相鄰兩級傳動比的差值不要相差太大。設有K級減速傳動，其各級傳動比為i1、i2、…、iK，取值應符合i1＜i2＜…＜iK的順序，相鄰兩級差不得過大。安排這種逐級減速的運動鏈，可使各級中間軸有較高的轉速及較小的轉矩，因此可選用尺寸較小的軸徑和軸承，油封等零件。
6 傳動系統(tǒng)方案的擬定
包裝機械傳動系統(tǒng)主要是將運動按要求分配和傳遞到各個工作執(zhí)行件上,依據工作執(zhí)行件的樹木和他們對傳動要求制定傳動方案。因此我們必須先經確灌裝壓蓋機的工序流程。在前面我們已經確定其流程為：
進瓶——分度——灌裝——壓蓋——旋蓋——出瓶，
由此來確定其傳動系統(tǒng)的具體形式。
(1) 進瓶與出瓶，為間歇運傳的輸送帶形式，由同一臺伺服電機帶動，其速度值可以調動，以滿足生產率的要求。采用伺服電機的主要優(yōu)點:
高性能的實時自動調整增益。根據負載慣重的變化，與自適應濾波器配合，從低剛性到高剛性都可以自動調整增益。因旋轉方向不同而產生不同負載轉矩的垂直軸情況下，也可以自動進行調整。具備異常速度檢測功能，因此可以將增益調整過程中產生的異常速度調整到正常。通過顯示面板操作，可以在監(jiān)控實時調整情況的同時，進行設置和確認[6]。
速度響應頻率最高達1KHz。內置有瞬時速度觀測器，可以高速、高分辯率地測出電機的轉速。高性能的機械適應性。無論是易產生共振的傳送帶驅動機械，還是高剛性的絲桿傳動機械，都可以高性能的自動調整功能來實現(xiàn)高速定位。
自適應濾波器。內置自適應濾波器，可以根據機械共振頻率不同而自動地調整陷波濾波器的頻率。可以控制由于機械不穩(wěn)定以及共振頻率變化而發(fā)生的噪音。兩個陷波濾波器。內置了不同于自適應濾波器的兩個獨立通道的濾波器。兩個陷波濾波器可以以1Hz為單位、分別設置陷波的頻率和幅度。內置了兩個通道的振動抑制濾波器，可以抑制剛性較低的機械在啟動和停止時產生的振動。
兩個通道的振動頻率，可以根據旋轉方向的不同而自動地切換；或者也可以分別對應于由于外部輸入信號切換而產生的機械位置變化而導致的振動頻率。
即使設置的振動頻率和濾波器的數值不確切，也不會導致不穩(wěn)定狀況
(2) 分度，在旋轉式灌裝機中分度是灌裝的準備工作，擬定凸輪間歇式機構連接星形撥輪。該凸輪間歇機構實際上是擺動從動件圓柱凸輪機構，其轉盤相當于許許多多的擺動從動件，擺桿長度為滾子中心的半徑，最大擺角為。該機構在不改變凸輪轉速的情況下，只要改變曲線槽所對應的角度，就可以改變轉盤的轉動和靜止時間，同時可根據轉盤的實際工作要求來合理的選擇轉盤的運動規(guī)律。其結構如圖2.1所示，其中(a)為結構剖視圖，(b)為圓柱凸輪的外形圖
(a) (b)
圖3.1 凸輪間歇式機構
(3) 灌裝，本臺機器采用常壓灌裝方式，采用灌裝頭升降的灌裝方式，我們擬訂用曲柄滑塊機構來控制灌裝頭的升降。
圖3.2曲柄滑塊機構
(4) 壓蓋與旋蓋，這兩工序為同步進行，依次我們擬定用同一個凸輪來控蓋頭與旋蓋頭的升降。本機采用灌裝與壓旋蓋不同步的工作方式，因此，為保證系統(tǒng)的協(xié)調性好必須選用合理的傳動比，本機采用壓蓋頭與旋蓋頭各一個，四個灌裝頭的組成方式，因此必須選用傳動比為4：1的齒輪組合。
7繪制傳動系統(tǒng)的總體布局圖
圖3.3 壓蓋機傳動系統(tǒng)的傳動布局及傳動速率簡圖
圖3.4壓蓋機傳動系統(tǒng)的傳動布局
參考文獻
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[15] 鐘毅芳、吳昌林、唐增寶主編《機械設計》第二版，華中科技大學出版社，2003
本科畢業(yè)論文（設計）外文翻譯
啤酒壓蓋機的設計
院（系、部）名 稱 ： 歐美學院機電科學與工程系
專 業(yè) 名 稱：
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學 生 學 號：
指 導 教 師：
11月20日
河北科技師范學院教務處制
Beer filling, Gland machine PLC control system
1. Intorduction
Malt beer production process is divided into manufacturing, manufacturing wort, before fermentation, after fermentation, filtration sterilization, packaging, and so few procedures. Beer filling, Gland part of a packaging machine processes. The membrane filtration of beer after the pipeline into the rotary Jiugang, then the valve into the bottle of wine, Gland, was bottled beer. Beer filling, Gland machine's efficiency and degree of automation direct impact on the level of beer production.
China's beer industry to meet the increasing scale of production and the demand for beer modern high-speed filling machinery filling the requirements of domestic beer manufacturers are actively seeking to transform the unit or the filling of beer production equipment, making it a good use Performance, advanced technology and high production efficiency and operating a safe and secure, low maintenance costs of the modernization of beer filling machine.
2. Filling beer, Gland principle and control aircraft parts
Liquid filling machine by filling principle can be divided into atmospheric filler,filling machines and vacuum pressure on the filling machine. Beer filling,Gland-filling method used pressure is higher than the atmospheric pressure under the filling, storage of the cylinder pressure than the pressure of the bottle, beer bottle into the liquid on pressure.
Technology at home and abroad to achieve the filling line is basically: The Rotary Jiugang the rotating movement, placed in Jiugang slots on the empty bottles through the machinery will be fixed at the upper Jiugang vacuum valve to open, closed Vacuum bottles for good treatment, Bozhuan stem from operating, open the valve of the bottle filling CO2 gases, vacuum convex .Round to open the vacuum valve, the bottle will air mixed with CO2 out of gas, open the valve again, the CO2 gas bottle filling, the filling valve on the pressure valve in the bottle close to back-pressure gas pressure at the open-Jiuye Pingbi into the bottle, through pneumatic or electrical control filling valve to achieve the filling of beer.
Today's advanced international beer filling, Gland machine control system mainly by the photoelectric switch position detection part and take the bottles with, Jiugang speed part, dominated by the PLC, touch screen and other components. Filling, Gland of the mechanical structure and PLC programmable control devices, frequency stepless speed regulation, human-computer interface, and other modern means of complete automatic control technology, the combination of a mechanical and electrical integration.
3. Controlled part of the programme
Many domestic beer manufacturers are now using the filling, Gland of the control system of uneven degree of automation; button and all the manual switch technology have set up operations in a box on the panel, PLC controller for the majority of Japanese companies or OMRON Mitsubishi's early products, equipment chain of control, less protection settings, plus the beer filling the scene poor environment, humidity, such as contact with the switch contacts serious corrosion, the system's signal detection of the high failure rate, resulting in equipment control system Operation of low reliability, the normal operation of equipment, such as short-cycle phenomenon.
To the actual transformation of the Dandong Yalu River Brewery Co., Ltd. of filling, Gland machine control system as an example, the transformation of methods to clarify the control of such equipment thinking and ideas, according to the scene of the actual process conditions, to prepare the operation of the PLC Procedures. For beer filling, Gland control system of the actual situation and in accordance with the actual process conditions at the scene, re-design of the equipment of the PLC control system. This transformation of the same methods and ideas can be applied to other liquids and the transformation of filling equipment.
3.1 system hardware configuration Japan's Mitsubishi Corporation to use the FX2N128MRPLC use the system to replace the original 2-OMRON's C60P PLC, the original system of the PLC is due to old models, and computer on-line communications need to configure special converters, the system need to increase the external I / O input points , The extension of spare parts more difficult to find. FX2N128MRPLC is an integrated 128-point I / O controller of the box, a computing speed, command rich, high-cost performance, on-line programming simple and easy extension of the advantages of the Mitsubishi FX series, features the strongest small controller .
(1) by the Mitsubishi 900 series of 970 GOT human-computer touch screen system to replace the original use of the button panel display equipment and monitor the operation of operating parameters. 970GOT HMI for the 16-color high-brightness significantly, through the convergence of connectivity and FX2N128MRPLC directly connected to the CPU, achieving rapid response. Has many maintenance features, such as the list-editing features, ladder monitoring (troubleshooting) function, the system monitoring functions to find fault and maintenance of PLC Systems.
(2) filling, Gland of the frequency converter in the transformation of no replacement, on-site detection signal means-testing is still used switch, switch for detecting long-term work in the humidity of the great occasions, the choice of capacitive proximity switches, according to PLC I / O terminal of the connection mode, select the type of close PNP switch, the control system of Figure 1.
3.2 Systems Programming
PLC controller programming focus and the core is around Jiugang the rotation speed control and Jiugang on 60 bottles of detecting the location of the displaced, broken bottles, empty bottles at the location of testing and related displacement filling Such as control valves. The bottles displacement of testing procedures, using a Mitsubishi PLC in the left command.Figure 1 control system structure diagram .
Bottles displacement of detection, using the left-PLC command, which commands the whole of one of the core control procedures, the main electrical switch detection and bottles at the bottle simultaneously detect mobile, the main motor to every week, just to the corresponding Jiugang Have a bottle of, PLC unit within the internal correspondence that 60 bottles of the unit for the M500 ~ M559, the number of units by the first letter K is set to K60, with each change in a second letter K is set to K1, M50 Reaction of the empty bottles in the short position, and detect the location of the motor speed to go on the frequency shift in the corresponding unit within the built-in "1" or "0", control valves and the corresponding mixing caps The motor stopped and opened. Continuous detection system in place after the 90 empty bottles, stop stirring caps the motor running, testing the number of bottles in accordance with the user's requirements can be arbitrary.
A bottle of detection. Rotary Jiugang through pressure to back pressure with the bottle of liquor in the process of empty bottles in the back-pressure, because the bottle itself may crack and other reasons leading to a sudden burst bottles, which need to detect the location of unexploded bottle bottle, in this bottle - The position opened purge solenoid valves, compressed air out, broken bottles at the bottle-blowing from the position in a row after the purge and several bottles of the electromagnetic valve open jet, a high-pressure spray Shuizhu, in the break Bottle position around a few bottles of spray bottles in a row.
Detection of broken bottles and bottle-detection switch simultaneously detect movement of breaking bottles, to the main motor of each week, precisely corresponding Jiugang passed a bottle of, PLC unit within the internal correspondence that 20 broken bottles at the unit for the M600 ~ M619, unit With the number of the first letter K is set to K20, with each change in a second letter K is set to K1, M52 response to the location of the broken bottles and detected the location of the motor speed to the frequency shift continue, In the corresponding unit within the built-in "1" or "0", control and the corresponding jet purge solenoid valve opened and stopped. Continuous Spray and purge solenoid valve open to listen, time stopped in accordance with technological requirements can be arbitrary.
System security is to control access to the caps simultaneously tracking, not only accurately detect the electrical switching speed detection, the broken bottles into the bottle and detection switch detection switch three conditions.
970GOT human-computer touch-screen terminals operated by the software company's Mitsubishi GT WORKS package, which is a GT Designer with the entire GOT9000 series of graphics software packages. The package is simple, prior to a personal computer simulation on the configuration and debug, after the man-machine operators to download terminals. At the same time, because the man-machine interface and a touch-screen role, will set common switch on the screen to facilitate the operation. And also to increase the number of features, such as setting alarm information.
4 After transformation control system
System at the normal operation of the machine for automatic control, in accordance with bottles into and out of the bottle for lack or slow pace set by running into the bottle stall bottles, no less than a bottle cap, automatic washing bottles burst, filling automatic back-pressure position , Covered under the system automatically lose covered a stop and safety protection, such as the coordination of action interlock. All the original button after the operation of the touch screen on.
5 Detection of the state control system monitoring
Detection switch into the bottle and break bottles detection switch bottles of pressure by testing each part of the small metal plates above the location of a photoelectric pulse output, a further PLC acquisition, as each bottle of the pressure above the small metal plates is the location of activities , In the machine running after some time, some pressure above the small bottles of iron tablets and detection switch in the location of displacement, resulting in detection switch mistaken judgement, if not for the judgement of bottles of bottles, bottle explosion Lou Jian, misuse, such as the seizure of output errors So that the PLC have mistaken action, such as a back-pressure, unexploded bottle blowing, washing, stirring cap control system malfunction, such as failure phenomenon.
Before the transformation of the daily production process, encountered this phenomenon, the operatives could only switch to the various functional or manual control buttons reach the stall so that the equipment work in the absence of monitoring state, the machine lost control function. Caused a lot of production of raw materials such as gas, water, wine waste. Only in the production of intermittent, can be fitter and maintenance electrician in accordance with the detection of small switch on the light-emitting diodes and anti-displacement by adjusting the distance only 5 ~ 8 mm detection switch installation location, and switch to fix detection of small metal plates Gap. This means of detection is very backward, after adjustment reaction to the results, timely response can not be adjusted results.
In view of this testing situation, after the transformation of the filling, Gland control system configuration, this part of a new detection and integration in human-computer touch screen, complete bottle of detection.
In human-computer touch screen interface on the page display, respectively, at customs, such as electromagnetic motor mixing valve switch state are in different colors to show, very intuitive.
Increase the system's functions is to ensure the irrigation of the machine-Gland normal operation of automated control system specifically designed to.
6 Concluding remarks
After the transformation of the control system will greatly simplify the complicated mechanical structure, the running and control of inspection, the degree of automation systems meet the design requirements, greatly reducing the operational strength of the labor so that the shrub-like beer output than in the past Raising more than 30 percent, greatly reduce the failure rate. Embodies the modern equipment of automatic control technology. In the digestion and absorption of today's industrial control on the basis of advanced technology innovation, development of domestic technology from the most advanced filling control system.
譯文:
啤酒灌裝、 壓蓋機 PLC 控制系統(tǒng)
1. 引 言
啤酒生產過程分為麥芽制造、 麥芽汁制造、 前發(fā)酵、 后發(fā)酵、 過濾滅菌、 包裝等幾道工序。 啤酒灌裝、 壓蓋機部分屬于包裝工序。啤酒經膜過濾后由管路送入回轉酒缸， 再經酒閥進入瓶子中， 壓蓋后獲得瓶裝啤酒。 啤酒灌裝、 壓蓋機的工作效率和自 動化程度的高低直接影響啤酒的日產量。
為了滿足我國啤酒行業(yè)日益擴大生產規(guī)模的需求和啤酒現(xiàn)代化灌裝機械高速灌裝的要求，國內各啤酒生產廠家都在積極尋求或改造本單位的啤酒灌裝生產設備，使其成為具有良好的使用性能，先進的技術水平及高生產效率、運行穩(wěn)妥可靠、維護成本低的啤酒現(xiàn)代化灌裝機。
2. 啤酒灌裝、 壓蓋機工作原理和控制部分構成
液體灌裝機按灌裝原理可分為常壓灌裝機、壓力灌裝機和真空灌裝機。啤酒灌裝、壓蓋機采用壓力灌裝方法，是在高于大氣壓力下進行灌裝，貯液缸內的壓力高于瓶中的壓力，啤酒液體靠壓差流入瓶內。
目前國內外實現(xiàn)灌裝工藝路線基本上是: 利用回轉酒缸產生的旋轉運動，使安放在酒缸槽位上的空瓶通過機械機構將固定在酒缸上部的欲抽真空閥打開， 對已封好的瓶子進行抽真空處理，撥轉外操作閥桿，打開氣閥，對瓶內充填CO2氣體，抽真空凸輪繼續(xù)打開真空閥，將瓶內空氣與CO2混合氣體抽出，氣閥再次打開，對瓶內充填CO2氣體，灌裝閥內的液閥在瓶內壓力接近背壓氣體壓力時打開，酒液順瓶壁注入瓶內，通過氣動或電動控制灌裝閥實現(xiàn)啤酒的灌裝。
當今國際先進的啤酒灌裝、壓蓋機的控制系統(tǒng)主要由光電開關位置檢測部分、走瓶帶、酒缸轉速的變頻調速部分、主控由可編程控制器、觸摸屏等組成。灌裝、壓蓋機的機械結構裝置與PLC可編程控制、變頻無級調速、人機界面等現(xiàn)代自動控制技術手段完整的結合，形成機電一體化。
3. 控制部分改造方案
國內很多啤酒廠家現(xiàn)使用的灌裝、壓蓋機的控制系統(tǒng)的自動化程度參差不齊; 所有手動按鈕和工藝開關都設置在一個操作箱的面板上，PLC控制器大都為日本 OMRON公司或三菱公司的早期產品，設備連鎖控制、保護設置少，加之啤酒灌裝的現(xiàn)場環(huán)境惡劣，潮濕度大，使開關等接觸觸點銹蝕嚴重，系統(tǒng)的信號檢測部分故障率較高，造成設備控制系統(tǒng)運行的可靠性低，設備正常運行周期短等現(xiàn)象。
以實際改造的丹東鴨綠江啤酒有限公司的灌裝、壓蓋機的控制系統(tǒng)為例，介紹改造方法，闡明改造這類設備的控制思想和思路;根據現(xiàn)場的實際工藝條件，重新編寫了PLC的運行程序。 針對啤酒灌裝、壓蓋機控制系統(tǒng)的實際狀況，并根據現(xiàn)場的實際工藝條件，重新設計了設備的PLC控制系統(tǒng)。這種改造方法和思路同樣可以應用與其他液體介質灌裝設備的改造。
3.1 系統(tǒng)硬件配置
使用日本三菱公司的FX2N128MRPLC 替換原系統(tǒng)使用的2臺OMRON公司的 C60P PLC，原系統(tǒng)的PLC由于是老型號產品，和計算機聯(lián)機需要配置特殊的通訊轉換器，系統(tǒng)需要增加外部 I/O 輸入點時，擴展模塊備件較難尋。FX2N128MRPLC 是集成128點I/O的箱體式控制器，具有運算速度快，指令豐富、性能價格比高、 聯(lián)機編程簡單、擴展方便等優(yōu)點，是三菱 FX 系 列中功能最強的小型控制器。
(1) 采用三菱公司的900系列的970GOT人機觸摸屏替換原系統(tǒng)使用的面板按鈕并監(jiān)控顯示設備的運行工作參數。970GOT HMI為高亮度的16色顯，通過匯流連接和FX2N128MRPLC的CPU 直接連接， 實現(xiàn)快速回應。 具有許多維護功能， 如列表式編輯功能、梯形圖監(jiān)控(故障查找)功能、系統(tǒng)監(jiān)控功能等用來查找故障和維護PLC系統(tǒng)。
(2) 灌裝、壓蓋機的變頻器在改造中沒有更換，現(xiàn)場檢測信號的手段仍然采用 開關式檢測， 因檢測開關長期工作在濕度很大的場合，因此選擇電容式的接近開關，根據 PLC I/O 端子的接線方式，選擇PNP型的接近開關。
3.2. 系統(tǒng)程序設計
PLC 控制器的程序設計重點和核心是圍繞著酒缸的旋轉速度控制和酒缸上60 個瓶位相關位置的檢測移位、破瓶、空瓶瓶位相關位置的檢測移位和相關灌裝閥等的控制。其中的瓶位移位檢測程序中 ，采用了三菱PLC位左移指令。
瓶位移位檢測，采用PLC位左移指令，這條指令是整個子控制程序的核心之一， 主電機和瓶位檢測開關同步檢測移動的酒瓶，主電機每轉一周，正好對應酒缸轉過一個瓶位，PLC內部單元內對應這60個瓶位的單元為M500~M559，單元個數用第一個字母 K設置為K60，每次變化一位用第二個字母K設置為 K1，M50 反應了瓶位的空、缺位置，并將檢測到的這個位置以電機轉速的頻率移位下去， 在內部相應的 單元內置"1"或"0"，控制相應的閥門和攪拌瓶蓋的電機的開與停。 系統(tǒng)在連續(xù)檢測90個空瓶位后,停止攪拌瓶蓋的電機的運行,檢測瓶位的個數可以根據用戶的要求任意設定。
出瓶位檢測。 回轉酒缸通過壓力往瓶內背壓裝酒的過程中，空瓶在背壓后,可能由于瓶子本身裂紋等原因導致突然爆瓶,這就需要檢測出爆瓶瓶子的位置,在這個瓶位的位置進行打開吹掃電磁閥,噴出壓縮空氣,將瓶位上的碎瓶片吹離位置,在連續(xù)吹掃幾個瓶位后,在打開噴射電磁閥,噴射出高壓水注,在對破瓶位置周圍瓶位連續(xù)噴射幾個瓶位。
破瓶檢測和瓶位檢測開關同步檢測移動的破瓶，主電機每轉一周，正好對應酒缸轉過一個瓶位，PLC內部單元內對應這20個破瓶位的單元為M600~M619，單元個數用第一個字母 K設置為 K20，每次變化一位用第二個字母 K設置為 K1，M52 反應了破瓶的位置，并將檢測到的這個位置以電機轉速的頻率移位下去，在內部相應的 單元內置"1"或"0"，控制相應的噴射和吹掃電磁閥開與停。連續(xù)噴射和吹掃電磁閥的開聽、停時間可以根據工藝要求任意設定。
系統(tǒng)自動化運行可靠的保障就是控制進出瓶蓋的同步跟蹤，既準確檢測電機轉速檢測開關、破瓶檢測開關和進瓶檢測開關三個條件。
970GOT人機觸摸屏操作終端機的軟件采用三菱公司的GT WORKS 軟件包， 其中GTDesigner 是一個用與整個 GOT9000 系列的繪圖套裝軟件。該軟件包操作簡單,事先可在個人計算機上組態(tài)并仿真調試，完畢后下載至人機操作終端機。 同時，因為人機界面又具有觸摸屏的作用，將常用的開關設在顯示屏上,方便操作。 還可并以增加一些功能，如設置報警信息等。
4. 改造后控制系統(tǒng)功能
系統(tǒng)正常運行時，機器為自 動控制， 根據進出瓶帶上瓶的滿缺， 按設定速度或慢速運行， 進瓶檔瓶， 無瓶不下蓋， 爆瓶自 動沖洗， 灌裝位置自 動背壓， 下蓋輸蓋系統(tǒng)的自 動開停和安全保護等動作的協(xié)調聯(lián)鎖。 原來所有按鈕的操作改造后都在觸摸屏上進行。
5. 控制系統(tǒng)檢測狀態(tài)的監(jiān)控功能
進瓶檢測開關和破瓶檢測開關通過檢測每個壓瓶部分上面的小鐵片的位置，產生光電脈沖輸出，再有 PLC 采集，由于每個壓瓶部分上面的小鐵片的位置是活動的，在機器運行一段時間后，壓瓶部分上面的小鐵片和檢測開關的位置發(fā)生位移，造成檢測開關誤判斷，如沒瓶判斷為有瓶， 爆瓶漏檢、 誤檢等造成輸出失誤，使 PLC 產生誤動作，造成如背壓、爆瓶吹、洗、瓶蓋攪拌系 統(tǒng)控制失靈等故障現(xiàn)象。
在改造前的日常生產過程中，碰到這種現(xiàn)象時，操作工只能將各個功能開關或按扭打到手動控制檔位， 使機器設備工作在無監(jiān)控狀態(tài)下，機器失去自動控制功能。 造成了很大的生產原料如氣、水、酒的浪費。只能在生產的間歇，才能由維修鉗工和電工根據檢測開關上的小發(fā)光二極管的亮和滅通過調整位移距離只有 5~8mm 的檢測開關的安裝位置，來修正檢測開關和小鐵片的間隙。這種檢測手段非常落后， 調整后的效果反應致后，不能及時反應調整結果。
針對這種檢測狀況，結合改造后的灌裝、壓蓋機控制系統(tǒng)的配置，新增了 這部分檢測功能 并集成在人機觸摸屏中，完成瓶位檢測。
在人機觸摸屏的界面分頁顯示屏上，可以分別時關、攪拌電機等電磁閥的開關狀態(tài)都以不同顏色來顯示，非常直觀。
增加這套系統(tǒng)功能的是為保證灌狀壓蓋機的自 動化控制系統(tǒng)正常運行而專門設計的。
6. 結束語
改造后的控制系統(tǒng)大大地簡化了復雜的機械結構，經現(xiàn)場運行情況和控制效果檢驗，系統(tǒng)的自動化程度達到了 設計要求，大大減少了操作人員的勞動強度，使啤酒灌狀的日產量比過去提高 30%以上，故障率大大減低。體現(xiàn)了現(xiàn)代設備的自動控制技術。是在消化、吸收當今工業(yè)控制的先進技術的基礎上加以創(chuàng)新、 研制而成的目前國內技術最先進的灌裝控制系統(tǒng)。