JDC01-075@饮料灌装生产流水线PLC控制系统设计
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机械毕业设计全套
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JDC01-075@饮料灌装生产流水线PLC控制系统设计,机械毕业设计全套
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毕业设计开题报告 设 计 题 目 : 饮料灌装生产流水线 PLC 控制系统设计 院 系 名 称 : 机电工程学院 专 业 班 级 : 机械 08 10 班 学 生 姓 名 : 张立冬 导 师 姓 名 : 刘财勇 开 题 时 间 : 2012-3-18 指导委员会 审查意见： 签字： 年 月 日 nts 1 课题研究的目的和意义 1.1 设计目的 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，产量上的不断需求使得对设备市场的需求也不断增加。 目前饮料灌装生产线的控制过程主要是继电器接触控制，这种电路接线复杂，可靠性低，使得工业生产的效率得不到提高。不过，随着时代的发展，饮料灌装生产线的控制过程正朝着智能化和自动化的方向发展。 PLC 是微机技术 与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统重的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是 PLC 的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学，调试与查错也很方便。用户在购到所需的 PLC 后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将 PLC 应用于生产实践。 1.2 设计意义 本设计鉴于 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。 采用 PLC 控制饮料灌装生产线，实现了饮料生产线的自动化、智能化。对劳动生产率的提高，饮料质量和产量的提高具有深远的意义。 2 文献综述 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作用。目前碳酸饮料灌装机灌装速度最高已达 2000 罐 /分，德国 H K 公司灌装机的灌装阀多达 165 头， SEN 公司 144 头， Krones 公司 178nts 头，灌装机直径大至 5 米，灌装精度 0.5ml 以下。 非碳酸饮料灌装机灌装阀 50 100 头，灌装速度最高达 1500 罐 /分，灌装机料槽转速 20 25 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，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 80 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，包括罗马尼亚 35 条、西德 30 条、波兰、捷克 8 条。以外汇方式引进的灌装线包括西德 23 条、日本 3条、美国 6 条、意大利 1 条。生产线主要设备有卸箱机、洗瓶机、灌装机、压盖机、贴标机、喷码机、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、 300 400 瓶 /分。设备主要生产厂家有德国 SEN、H K、 O H、日本三菱重工、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 H K 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以日本三菱重工技术，制造每小时 1 8 万瓶 /分的汽水灌装线。其他还有重庆轻机厂（测绘三菱重工 32/8 设备， 14000 瓶 /分）和廊坊包装设备制造总公司（测绘德国 SEN 公司24/6 设备， 6000 8000 瓶 /时）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，其他还有混合机、喷码机、薄膜收缩机、液位检测仪等。灌装能力为 150、 300、 400、 500 罐 /分，最高 575 罐 /分。目前广东轻机厂、南京轻机厂、合肥轻机厂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共 6 7 条，包括脱箱机、卸箱机、洗瓶机、灌装机、旋盖机、温瓶机、装箱机等。灌装能力为 250ml 瓶为 400nts 500 瓶 /分， 1250ml 瓶为 50 280 瓶 /分。主要设备厂家有美国迈耶和德国 SEN 公司。合肥轻机厂利用德国 Krones 公司技术，制造聚酯瓶饮料灌装线，目前合肥轻机厂、南京轻机厂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，主要有：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，而利乐公司在我国北京、广东佛山、江苏昆山设有复合纸板制造线。现有各种容量的利乐纸盒， AB 型最高灌装能力 7500 盒 /时。美国屋顶形纸盒无菌包装机，灌装能力 4500 盒 /时；法国百利包 ，灌装能力 80 袋 /分；立袋饮料灌装机，德国 BOSCH、日本东洋、日本印刷等制造；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 /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，德国 zupack 卧式复合纸盒成形热灌装机已由合肥通用机械所和南京第二商业机械厂研制成功，并批量生产。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，目前南京轻工 机械厂、合肥轻工机械厂和广东轻工机械厂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、灌装能力如下：灌装机 /封罐机头数： 18/430/640/660/8 灌装速度（罐或瓶 /分）：聚酯瓶灌装生产线基本与玻璃瓶灌装机通用，经过调整后，可以一机两用，灌装能力为250ml 瓶为 24000 瓶 /时； 1250ml 瓶为 720 瓶 /时。 中小规模饮料灌装生产线水平不高，成套 能力差，制造厂较多，主要有廊坊张家港、靖江、上海奉贤、胡桥、海门、沈阳、河南新乡以及北京等地的灌装设备制造厂，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，还有水处理和消毒设备，山东安丘轻机厂、廊坊包装设备制造公司、张家港美星等都能成套供应。 果汁饮料灌装生产线中小规模的非充气饮料灌装线包括玻璃瓶灌装生产线和易拉罐灌装生产线，生产能力 40 200 瓶（罐） /分。其 中灌装速度低的果茶灌装机是宝坻包装厂的产品，近年来采用活塞式定量的灌装机制造厂有铭瑞、乐惠和黄岩飞云机械厂等。安丘轻机厂是原轻工业部的非充气饮料灌装机定点厂，加工精度高，但主要生产玻璃瓶压盖式玻璃瓶灌装设备。 nts 易拉罐灌装生产线制造厂遍及温州、杭州、汕头等多家制造厂、生产能力4000 12000 罐 /分，主要提供洗罐、灌装、封罐设备，成套能力较差。 浓缩果汁设备除引进的浓缩果汁生产线外，我国已基本能生产浓缩果汁设备。第一条国产果汁生产线诞生于 1994 年底，使用厂是山东平原宝原果汁饮品公司，当时的主要设备是卧式螺 旋沉降式离心机和降膜管式三效蒸发器，采用传统方法生产浓缩果汁。浓缩设备除降膜管式蒸发器外，还有兰州石化装备工程总公司的板式蒸发器，目前 606 所已能成套提供浓缩果汁设备。用于果汁澄清的超滤装置目前都依靠进口，相信不久的将来，将会有自动化程 度高的国产果汁超滤设备。 3 基本内容、拟解决的主要问题 3.1 基本内容 1.设计饮料灌装的工艺方案； 2.设计控制系统的总体结构； 3.PLC 控制程序的编写：写出指令表。 3.2 拟解决问题 控制系统总体设计：分析控制要求，了解系统工作过程。 控制系统 硬件的设计： PLC 型号、相关元器件的选择以及外部接口电路的设计。 控制系统软件设计：绘制顺序功能图和梯形图。 4 技术路线或研究方法 1.阅读和查阅相关资料和文献全面地学习和研究参考国内外相关项目设计从中学习 饮料灌装生产流水线 PLC 控制系统设计的 控制原理。完成基本的知识结构体系； 2.确定 PLC 型号、相关元器件的选择以及硬件电路的设计； 3.绘制 系统框图、系统电气原理图、 PLC 控制系统的外部接线图以及 PLC控制程序清单及注释； 4.撰写毕业论文。 nts 5 进度安排 2012.2.27-2012.3.20 查阅文献，收集资料，撰写开题报告； 2012.3.21-2012.4.3 确定控制方案，绘制控制框图； 2012.4.4-2012.4.24 设计电气控制原理图； 2012.4.25-2012.5.15 PLC 选型及 I/O 分配； 2012.5.16-2012.6.5 PLC 程序编制与调试； 2012.6.6-2012.6.15 撰写设计说明书，整理资料，准备答辩。 6 主要参考文献 1高安邦 .机 电一体化系统设计实例精解 M.北京 :机械工业出版社， 2008. 2皮壮行 .可编程序控制器的系统设计与应用实例 M.北京 :机械工业出版社，2000. 3杨旭东，王天杰，刘海生 .PLC 在饮料灌装机控制系统中的应用 J.机床与液压，2005. 4孔凡真 .饮料无菌冷灌装生产线的应用是大势所趋 J.饮料工业， 2007. 5武少斌，殷际英，陈卫 .自动化生产线中的饮料灌装技术 J.中国科技博览， 2006. 7张万忠 .电器与 PLC 控制技术第二版 M.北京 :化学工业出版社， 2007. 8陈 昌伟、胡国清、张冬至 .灌装阀及旋盖头测试实验装置设计 J .包装工程 ,2009. 9肖清 .王忠峰 .电器与 PLC 控制技术实验指导书 M.江西理工大学应用科学学院 . 10易泓可主编 .电气控制系统实际基础与范例 M.北京：机械工业出版社， 2005. 11周潮生 ,自动灌装机 J.包装与食品机械， 2007. 12李道霖 .电气控制与 PLC 原理及应用 M北京 :电子工业出版社， 2004 13史国生主编 .电气控制与可编程控制其技术第二版 M.北京：化学工业出版社教材出版中心， 2005. 14张聪 .灌装机的安装调试及维护 J.自动化食品包装机， 2003 15张万忠 .可编程控制器入门与应用实例 M， 北京：中国电力出版社， 2004. 16郝永兴 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