全自动液体灌装机控制系统的设计与研究

摘要

灌装机是酒水、饮料类等食品加工行业的关键设备之一。目前正向着灌装的高速化、精确化；以及智能化、多功能化方向发展。
　　 本文针对传统罐装机性能比较单一、自动化程度低、通用性差，灌装速度调整不方便，而且难以适用瓶形、液体物料及灌装规格的变化等问题，结合全自动液体灌装的工艺流程，分析了全自动液体灌装机的工作过程及其主要部件的功能，重点介绍了全自动液体灌装机关键工作环节的工作原理及控制要求。对其电气控制系统进行设计，确定了全自动液体灌装机“步进电动机+可编程控制器+上位机”的控制方案。
　　 在分析液体灌装生产的工艺要求，研究灌装机的进瓶方式、灌装及计量方式、传输、封盖等不同方式不同部件功能的基础上，设计出了具有较为理想的灌装机机械结构。通过对其进瓶工艺的分析，对比理瓶机转盘进瓶方式及螺杆进瓶方式，确定了转盘与螺杆相结合的设计方案。对其理瓶机、封盖机、旋转机构、插拔管机构等关键部件的进行结构设计，采用两台理瓶机输瓶，一台灌装机、两台封盖机组成一个完整的灌装机系统。本文分析了空气压缩机组的工作过程及气体干燥设备的工作原理，在对灌装机进行控制任务设计的同时并对辅助机的控制系统进行了设计。
　　 针对液体灌装生产的工艺流程及全自动灌装机的工作过程进行分析，制订出全自动液体灌装机的控制要求，提出基于PLC的控制系统设计方案。采用西门子公司的SIMATIC S7-300型可编程控制器作为控制系统的核心控制器，下接步进电动机，上接INTOUCH接口的上位计算机，进行了控制系统硬件的组态和软件的设计。
　　 控制系统软件的设计中，采用模块化的设计方法，面对全自动液体灌装机的主要功能进行程序设计。主要功能模块包括理瓶机、灌装机、封盖机及外围辅机四大控制模块，实现了控制系统的分块管理、集中控制的功能。
　　 结合上位机软件——INTOUCH组态软件，开发设计出一种适合工厂流水线化作业的全自动灌装机控制系统界面，对灌装机的工作过程实行实时监控，实现系统的集中控制。界面友好，便于操作，具有信号采集、预警分析、参数设置、动态管理、实时查询系统记录、生成与打印监控参数等功能。
　　 全自动液体灌装机实现了灌装生产高速化、精确化、智能化、多功能化以及操作界面人性化的要求。对灌装工作过程进行实时监控及动态管理，提高了液体灌装的自动化水平，提高了生产效率。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 全自动灌装线概述

1.1灌装生产线定义

1.2液体灌装生产线发展过程

1.3国内外液体灌装机现状及其发展趋势

1.3.1国内外液体灌装机械的发展现状

1.3.2国内外液体灌装机械制造业的发展趋势

1.4本章小结

2灌装生产线概念设计

2.1液体灌装基本原理

2.2液体灌装方式

2.2.1常压灌装

2.2.2负压灌装

2.2.3等压灌装

2.2.4压力灌装

2.2.5虹吸法

2.3影响灌装的因素

2.4灌装的定量方法

2.4.1液位控制定量法

2.4.2定量杯定量法

2.4.3定量泵定量法

2.5灌装机的设计计算

2.5.1圆管内径的确定

2.5.2液料输送的功率计算

2.5.3灌装时间的计算

2.5.4生产能力的计算

2.6灌装机及其辅机的简介及分类

2.7本章小结

3灌装生产线机械部分设计

3.1理瓶机设计

3.1.1转盘进瓶方式

3.1.2螺杆进瓶方式

3.1.3转盘与螺杆相结合

3.2灌装机及其主要部件的设计

3.2.1灌装机灌装部件的设计

3.2.2灌装机旋转机构的设计

3.2.3插、拔管机构的设计

3.3封盖机设计

3.3.1投盖机构的设计

3.3.2旋盖机构的设计

3.4辅助机械的设计及选取

3.4.1空气压缩机组的工作过程

3.4.2气体干燥设备的工作原理

3.5本章小结

4控制系统硬件设计

4.1可编控制器简介

4.2可编程控制器工作原理

4.2.1扫描技术

4.2.2 PLC的I/O响应时间

4.3系统设计流程

4.4硬件选型及配置

4.4.1硬件选型

4.4.2硬件配置

4.4.3硬件接口分配

4.5本章小结

5控制系统软件设计

5.1控制系统软件设计

5.1.1理瓶系统的软件设计

5.1.2灌装机系统软件设计

5.1.3投盖、封盖机软件设计

5.1.4气源系统及传输系统软件设计

5.2人机界面设计

5.2.1组态软件产生的背景

5.2.2组态软件在我国的发展及国内外主要产品介绍

5.2.3组态软件的功能

5.2.4 Intouch软件简介

5.2.5应用界面设计

5.3西门子与INTOUCH通讯

5.4本章小结

6总结与展望

6.1结论

6.2展望

附表

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录