PLC在自立袋灌装机系统中的应用毕业论文.doc

成都工业大学毕业设计论文 设计者 踏雪麒麟PLC在自立袋灌装机系统中的应用毕业论文目 录机械部分设计 绪论一、 灌装机械的发展前景-二、 PLC、变频器在灌装机领域应用前景及触摸屏技术-第一节 概述 一、 灌装机械的简介-二、 基本概念-三、 灌装机的分类-第二节 灌装方法及适应种类-一、 灌装方法-二、 灌装机的选择原则-三、 液体灌装机简介-第三节 灌装机械的定量方法-一、 液位控制定量法-二、 定量杯定量法-三、 定量泵定量法-第四节 灌装机的主要结构及工作原理-一、 供料装置-二、 供瓶装置-三、 升瓶和降瓶机构-四、 灌装瓶高度调整机构-电气部分设计第一节 变频器的选用-一、 变频器的基础知识-二、 变频器的工作原理-三、 变频器选型-第二节 步进电动机的基础知-一、 步进电机的工作原理-二、 三相异步电动机工作原理-三、 旋转编码器基础知识-第三节 PLC的选用一、 PLC的工作原理-二、 PLC编程简介及流程图-三、 I/O接口的分配-四、 本次设计的PLC程序-第四节 设计总结-第五节 参考文献-绪 论第一节 灌装机械的发展前景随着我国商品经济的繁荣和人民生活水平的提高，食品包装机械和包装技术的前景十分乐观。近年来，国家加大了对食品和药品质量和安全的监督力度，对食品的生产加工和包装技术都提出了新的要求。一批食品生产企业先后投入资金进行包装设备的技术改造和生产技术的创新，在一定程度上提升了我国食品行业的水平和市场竞争力。尽管我国食品包装机械和包装技术的水平有了提高，但是我国的食品包装机械和包装技术与发达国家的相比在竞争中还是明显处于弱势。我国包装机械行业30%左右的企业存在低水平的重复建设。这种状况不但浪费了有限的资金、人力等重要资源，还造成了包装机械市场的无序混乱，阻碍了行业的健康发展，制约了我国中小食品企业包装机械的升级换代和包装技术的创新。 目前，我国的食品包装机械多以单机为主，科技含量和自动化程度低，在新技术、新工艺、新材料方面应用的少，满足不了我国当前食品企业发展的要求。一些食品企业为了技术改造，不得不花费大量的资金从国外引进一些技术先进的、生产效率高、包装精度高的成套食品包装生产线，导致很大一部分国内的市场份额被国外品牌所占领。我国饮料、乳品、啤酒市场得到长足发展的同时也带动了包装机械业的发展速度。自从上世纪八十年代开始，中国每年都要进口大量的饮料、乳品和啤酒包装机械，至今引进的势头仍然是有增无减。这些机械大多是高速自动化生产线，可靠性强，产量高，部分设备是当今世界最为先进的机型。这些生产线的引进，使中国部分饮料、乳品和啤酒企业的包装水平得以与发达国家同步发展。与此同时，中国包装机械的生产也取得了长足的进步，部分灌装、封口一体设备已经达到较高水平，包括塑料饮料瓶、酸奶杯、无菌包装成型设备和贴标机在内的包装生产线水平也得到了提升，已经可以满足中型企业的需要，部分已经可以替代进口设备，并且出口量逐年提高。包装分类如下：一、饮料包装 目前中国饮用水、碳酸饮料、茶饮料的前处理设备国内产品基本上可以满足需要，中、低速理瓶、装箱设备也有相匹 配的产品可供选择，在热液体灌装机方面，各设备厂都能解决设备在热灌装环境下的控制、密封等工艺要求。江苏美星、广东达意隆公司也解决了无菌冷灌装的问题。不过无论是碳 酸饮料、瓶装水、果汁还是茶饮料，也无论是PET瓶、金属罐还是利乐包，中国着名饮料企业的包装生产线基本上是引进设备的天下。 二、碳酸饮料的包装 以可口可乐和百事可乐为代表的碳酸饮料，仍然是中国饮料中产量最大的品种，尽管增幅放慢，但绝对数量每年仍有较大增长。 PET瓶是碳酸饮料最主要的包装形式。珠海中富和上海紫江是可口可乐和百事可乐碳酸饮料的PET瓶供应商。两家企业均有数十套进口的两步法设备，采用集中制造瓶坯，分散制瓶供应就近可乐灌装厂的生产方式。由于碳酸饮料瓶价格已经完全透明，因此利润很薄，制瓶企业主要以量取胜，高速设备的使用成为必然。在瓶坯生产方面，72模腔的注塑机已经开始使用。中富和紫江二个制瓶厂也开始采取更为灵活务实的设备采购方式，开始与不同的制瓶设备供应商合作。吹瓶速度达每小时2万瓶的高速吹瓶机装机量不断增加。 三、茶和果汁饮料的包装 热灌装仍是目前茶和果汁饮料最主要的生产和灌装工艺。 热灌装PET瓶、金属三片罐、利乐包，是茶和果汁饮料的三大包装形式。 部分茶和果汁生产企业外购热灌装PET瓶，如统一；部分饮料企业自己生产PET瓶，如康师傅和娃哈哈；还有部分饮料企业与制瓶企业合作，由制瓶企业在饮料厂里装机吹瓶，如可口可乐东莞工厂。无论是哪种方式，生产热罐装PET瓶的设备主要是加拿大HUSKY、法国西得乐的二步法设备，以及意大利SIPA的一步法设备。 目前中国食品包装机械的产值在300亿元人民币左右，而每年进口的食品包装机械约10亿美元。其中饮料、乳品和啤酒包装机械占有相当大的比重。 啤酒灌装线和贴标机作为啤酒厂生产过程中最重要的包装设备，多年来一直成为制约国内啤酒业真正实现“国产化”设备发展过程的“瓶颈”。这主要是因为啤酒灌装线和贴标机的生产相比其他啤酒包装设备来说，一系列的技术性能要求更高、更精细。上世纪90年代末以前，国内知名啤酒厂上马的大型啤酒灌装线（主要是每小时36000瓶线）和现代化贴标机，大部分都是进口国际行业生产巨头德国克朗斯及KHS公司的产品，尽管进口设备价格昂贵，而且还要面对一系列的不便之处，但国内啤酒厂一致反映他们也是不得已而为之，言外之意，国内主要啤酒包装设备与国际先进水平尚有较大的差距。 “知耻而后勇”。也许，巨大的反差深深刺痛了国内啤酒包装设备业的有识之士，更激发了他们瞄准国际先进水平、积极创新、迎头赶上的斗志。行业一部分骨干企业通过积极引进、消化国外先进技术，加大科技投入和创新，有效地接近甚至达到了与国际同行的先进水平。 近10年来，我国的啤酒包装设备业取得了一系列的成就，甚至在啤酒灌装线和贴标机生产上业绩卓著。但是，我们还是要清楚地认识到与国际同行的先进水品还是有许多差距，我们只有充分认识到这些差距，不断创新，不断提高，才能更快地达到国际的先进水平。伴随着国内饮料，啤酒行业的快速发展，液体灌装机市场的商机巨大。 第二节 PLC、变频器、触摸屏在灌装机领域应用前景现代饮料灌装技术按类型可分为无菌冷灌装、超洁净（中温）灌装、热灌装、瓶装水灌装、碳酸饮料灌装等。先进的技术水平及高生产效率、运行稳妥可靠是灌装技术发展的基本要求。因此，可编程控制器（PLC）控制技术在其电气控制中得到了广泛的应用。虽然PLC具备了可靠性高，组合灵活，编程简单，维修方便这些优点，但在人机对话、故障判断、线路修改方面有一些不便，所以结合触摸屏完成此设计。触摸屏是一种连接人类和机器的（主要为PLC）人机界面，被称为PLC的脸面。它是代替传统的控制面板和键盘的智能化操作显示器。可用于参数的设置、数据的显示和储存，并可简化PLC的控制程序。这样，灌装机的机械结构装置与PLC、变频调速、人机界面等现代自动控制技术手段完整的结合，形成机电一体化。即以瓶装水冲洗、灌装、旋盖一体机（三合一灌装机）为例，介绍PLC与触摸屏在灌装设备电气控制中的应用。一、PLC的发展前景简介21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。PLC将不断丰富功能、提高性能，其主要发展趋势体现为以下几点。1、功能更强大 在原有开关量处理的基础上，PLC将进一步增强模拟量处理能力，并不断融合顺序控制、过程控制和运动控制功能。同时，PLC的运算速度、处理能力和存储容量也将不断提高。大型PLC系统在控制的基础上，不断增加管控一体化功能。小型PLC不仅具有顺序控制和逻辑联锁功能，还移植了大中型PLC的一些高级功能，如模拟量的闭环调节和运动控制等。2、专业化 不同行业在采用PLC时其关注点会有所不同，故其功能需求也会不一样。因此，在PLC通用功能的基础上针对不同行业应用特点开发专业化PLC产品，不仅可以提高产品性能、降低产品成本，而且可以提高产品的易用性和专业化水平，提高产品的综合竞争实力。这种专业化应用不仅体现在软件功能上，也体现在硬件构成上。3、网络化 无论是大型PLC还是小型PLC，网络功能不断增强。PLC向上可以连接各种管理网，向下可连接各种现场设备。即使是小型PLC，不仅要完成单机设备的控制，还要对相关设备进行协调，因此通过网络交换信息就显得十分重要。 4、标准化和开放性 通过自由组合模块化和标准化的硬件，同一厂商的产品可以灵活地组成满足不同要求的控制系统。同时，PLC将越来越开放，它提供的将是一个开放性平台，通过提供标准化和开放性的接口，PLC可以很方便地接入其它系统。另外，越来越多的PLC采用标准的编程语言。编程语言国际标准IEC 61131-3以前更多地被欧美厂商采用，现在包括日本厂商在内的主流PLC厂商都倾向于采用符合IEC 61131-3标准的编程语言。 二、变频器发展前景简介1、高性能化目前基本上所有的变频器都提供矢量控制方式，并出现了大量不同层次的控制结构及算法，适应不同的市场定位与需求。值得关注的是无速度传感器矢量控制（SVC）在近几年发展较快，由于SVC能够提供低成本、高性能的解决方案，已经成为通用变频器中的事实标准和发展方向。 2、易用性不断提高 多家厂商提供的变频器在结构上考虑到现场安装的要求，同时在软件上加入起动设置工具，通过引导客户简化调试过程。 3、功率机构模块化模块化的功率结构设计为不同系列及功率段产品提供了一致性，利于产品可靠性的提高，为工厂选型、安装、调试、维护带来了方便，有效降低了运行维护成本。 4、智能化 一是通过提供客户化的驱动编程能力来提高变频器的智能化程度，满足不同应用现场的客户化需求，这实际上是将PLC的部分功能融入变频器中。 二是通过通讯来与外部智能化设备（如PLC）接口来提高变频器的智能化程度。目前知名厂商的变频器都具备网络联结能力，并支持多种协议。5、高功率密度 由于新功率器件以及热设计技术的进步，目前的变频器越来越紧凑，体积越来越小，功率密度越来越高，但在温升等关键技术指标上并未下降。 6、减小EMI/RFI谐波影响 目前变频器中内置AC电抗器和扼流圈已经非常普遍，这些对减小EMI/RFI谐波的影响都起了重要作用。一、 触摸屏技术一、触摸屏的工作原理 为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。工作时，我们必须首先用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成；触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。 二、触摸屏的主要类型 从技术原理来区别触摸屏，可分为五个基本种类：矢量压力传感技术触摸屏、电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、红外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏。其中矢量压力传感技术触摸屏已退出历史舞台。触摸屏红外屏价格低廉，但其外框易碎，容易产生光干扰，曲面情况下失真；电容屏设计理论好，但其图象失真问题很难得到根本解决；电阻屏的定位准确，但其价格颇高，且怕刮易损。表面声波触摸屏解决了以往触摸屏的各种缺陷，清晰抗暴，适于各种场合，缺憾是屏表面的水滴、尘土会使触摸屏变的迟钝，甚至不工作。按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质，我们把触摸屏分为四种，它们分别为电阻式、红外线式、电容感应式以及表面声波式。1、电阻式触摸屏 电阻触摸屏的屏体部分是一块与显示器表面非常配合的多层复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层透明的导电层（OTI，氧化铟），上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防刮的塑料层，它的内表面也涂有一层OTI，在两层导电层之间有许多细小（小于千分之一英寸）的透明隔离点把它们隔开绝缘。当手指接触屏幕，两层OTI导电层出现一个接触点，因其中一面导电层接通Y轴方向的5V均匀电压场，使得侦测层的电压由零变为非零，控制器侦测到这个接通后，进行A/D转换，并将得到的电压值与5V相比，即可得触摸点的Y轴坐标，同理得出X轴的坐标，这就是电阻技术触摸屏共同的最基本原理。电阻屏根据引出线数多少，分为四线、五线等多线电阻触摸屏。五线电阻触摸屏的A面是导电玻璃而不是导电涂覆层，导电玻璃的工艺使其的寿命得到极大的提高，并且可以提高透光率。 电阻式触摸屏的OTI涂层比较薄且容易脆断，涂得太厚又会降低透光且形成内反射降低清晰度，OTI外虽多加了一层薄塑料保护层，但依然容易被锐利物件所破坏；且由于经常被触动，表层OTI使用一定时间后会出现细小裂纹，甚至变型，如其中一点的外层OTI受破坏而断裂，便失去作为导电体的作用，触摸屏的寿命并不长久。但电阻式触摸屏不受尘埃、水、污物影响。 这种触摸屏利用压力感应进行控制。它用两层高透明的导电层组成触摸屏，两层之间距离仅为2。5微米。当手指按在触摸屏上时，该处两层导电层接触，电阻发生变化，在X和Y两个方向上产生信号，然后送触摸屏控制器。这种触摸屏能在恶劣环境下工作，但手感和透光性较差，适合配带手套和不能用手直接触控的场合。电阻类触摸屏的关键在于材料科技，常用的透明导电涂层材料有： A、ITO，氧化铟，弱导电体，特性是当厚度降到1800个埃（埃10-10米）以下时会突然变得透明，透光率为80，再薄下去透光率反而下降，到300埃厚度时又上升到80。ITO是所有电阻技术触摸屏及电容技术触摸屏都用到的主要材料，实际上电阻和电容技术触摸屏的工作面就是ITO涂层。 B、镍金涂层，五线电阻触摸屏的外层导电层使用的是延展性好的镍金涂层材料，外导电层由于频繁触摸，使用延展性好的镍金材料目的是为了延长使用寿命，但是工艺成本较为高昂。镍金导电层虽然延展性好，但是只能作透明导体，不适合作为电阻触摸屏的工作面，因为它导电率高，而且金属不易做到厚度非常均匀，不宜作电压分布层，只能作为探层。 2、电容式触摸屏 电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，双玻璃设计能彻底保护导体层及感应器。 电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导电体内形成一个低电压交流电场。用户触摸屏幕时，由于人体电场，手指与导体层间会形成一个耦合电容，四边电极发出的电流会流向触点，而电流强弱与手指到电极的距离成正比，位于触摸屏幕后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置。电容触摸屏的双玻璃不但能保护导体及感应器，更有效地防止外在环境因素对触摸屏造成影响，就算屏幕沾有污秽、尘埃或油渍，电容式触摸屏依然能准确算出触摸位置。 电容式触摸屏是在玻璃表面贴上一层透明的特殊金属导电物质。当手指触摸在金属层上时，触点的电容就会发生变化，使得与之相连的振荡器频率发生变化，通过测量频率变化可以确定触摸位置获得信息。由于电容随温度、湿度或接地情况的不同而变化，故其稳定性较差，往往会产生漂移现象。该种触摸屏适用于系统开发的调试阶段。 3、红外线式触摸屏 该触摸屏由装在触摸屏外框上的红外线发射与接收感测元件构成，在屏幕表面上，形成红外线探测网，任何触摸物体可改变触点上的红外线而实现触摸屏操作。红外触摸屏不受电流、电压和静电干扰，适宜某些恶劣的环境条件。其主要优点是价格低廉、安装方便、不需要卡或其它任何控制器，可以用在各档次的计算机上。此外，由于没有电容充放电过程，响应速度比电容式快，但分辨率较低。 4、表面声波触摸屏 表面声波是一种沿介质表面传播的机械波。该种触摸屏由触摸屏、声波发生器、反射器和声波接受器组成，其中声波发生器能发送一种高频声波跨越屏幕表面，当手指触及屏幕时，触点上的声波即被阻止，由此确定坐标位置。表面声波触摸屏不受温度、湿度等环境因素影响，分辨率极高，有极好的防刮性，寿命长（5000万次无故障）；透光率高（92%），能保持清晰透亮的图像质量；没有漂移，只需安装时一次校正；有第三轴（即压力轴）响应，最适合公共场所使用。表面声波触摸屏的触摸屏部分可以是一块平面、球面或是柱面的玻璃平板，安装在CRT、LED、LCD或是等离子显示器屏幕的前面。这块玻璃平板只是一块纯粹的强化玻璃，区别于其它触摸屏技术是没有任何贴膜和覆盖层。玻璃屏的左上角和右下角各固定了竖直和水平方向的超声波发射换能器，右上角则固定了两个相应的超声波接收换能器。玻璃屏的四个周边则刻有45角由疏到密间隔非常精密的反射条纹章节小结 本设计所用的控制系统，是在现代灌装机械中得到广泛应用的电气控制技术。此系统运行稳定，安全可靠，操作方便，自动化程度高，充分的发挥了PLC功能强、编程简单、故障率低、易维护保养等优点，同时也体现出了PLC与触摸屏人机界面相结合后更为强大的自动化便捷控制，大大的提高了设备的生产效率。该设计现已投入实际生产中连续运行使用。第一节 灌装机械简介一、基本概念 将液体产品填充到包装机容器内的机械统称为灌装机器。灌装机器写有相当一部分是用于食品行业，尤其是饮料制造业。1. 灌装的液体产品影响液体灌装的主要因素素是液体的浓度，其次是否有气体，及起泡性和微小的固体含量等。因此在选用灌装方法和灌装设备时，首先考虑的是液体的黏度。（1） 根据液体产品的黏度区分 流体：指依靠液体的重力在管道按一定速度自由流动，黏度为0。00010。1Pa*S 的液体，如牛奶、清凉饮料及酒类等。 半流体：除重力外，还需加上外压力才能在管道内流动，黏度为0。110 Pa*S的液体，如炼乳、糖浆等。 粘滞液体：靠自重不能流动，必须外加压力才能流动，黏度为10 Pa*S 以上的液体，如调味酱、果酱等。（2） 根据液体产品是否溶有气体分类 含气体的液体产品：含有酒精成分的含气液体称为硬饮料，如啤酒等；不含油酒精成分的含气液体称为软饮料，如汽水等。 不含气液体产品指的是液体中不含有气体的产品，如白酒、醋等。二、灌装机的分类及选择（1）灌装机械设备的分类：液体定量灌装机械设备按灌装原理可分：常压定量灌装机械设备、压力定量灌装机械设备和真空定量灌装机械设备。常压定量灌装机械设备是在大气压力下靠液体自重进行灌装。这类定量灌装机械设备又分为定时灌装和定容灌装两种，只适用于灌装低粘度不含气体的液体如牛奶、葡萄酒等。压力定量灌装机械设备是在高于大气压力下进行灌装，也可分为两种：一种是贮液缸内的压力与瓶中的压力相等，靠液体自重流入瓶中而灌装，称为等压灌装；另一种是贮液缸内的压力高于瓶中的压力，液体靠压差流入瓶内，高速生产线多采用这种方法。压力定量灌装机械设备适用于含气体的液体灌装，如啤酒、汽水、香槟酒等。真空定量灌装机械设备是在瓶中的压力低于大气压力下进行灌装。这种定量灌装机械设备结构简单，效率较高，对物料的粘度适应范围较广，如油类、糖浆、果酒等均可适用。序号分类型式型式、技术特性、灌装方法1按自动化程度分手工灌装机半自动灌装机单元自动灌装机液体包装联合自动机2按机械结构分单排式多排式旋转式旋转式3按灌装方法分在液位高度不变的压力灌装变液位的压力下灌装 真空灌装在压力下灌装4 按关闭装置分旋塞式阀门式滑阀式气阀式5 按定量装置分 定量杯定量液位高度定量定量泵定量 安瓶定量（2）灌装机的选择原则：不同的装填物料（含气液体、不含气液体、膏状体等）和不同的包装容器（瓶、罐、盒、桶、袋等），使用灌装机的品种也不尽相同，通常灌装机的分类方法如下表。灌装机的选择：合理选择灌装机是保证产品质量，提高经济效益的重要途径。一般来说，应密切联系生产实际，尽量选择质量好、效率高、结构简单、使用维修方便、体积小、重量轻的灌装机。在选择灌装机时，应遵循以下原则：为生产工艺服务的原则。首先，根据灌装物料的性质（粘度、起泡性、挥发性、含气性等）选择适宜的灌装机，以满足生产工艺要求。例如对于芳香较浓的酒液，为避免挥发性芳香物质受到损失，一般应采用容杯式或常压灌装机；对于果汁类料液，为了减少与空气接触，保证产品质量，一般应采用真空加汁类灌装机。其次，应使灌装机的生产能力和前后工序的加工、包装机械的生产能力相匹配。生产率高和产品质量好的原则。灌装机生产率的高低直接反映生产线的生产能力。所以生产率越高，其产生的经济效益越好。为了提高产品质量，应选择设备精度高、自动化程度也高的灌装机。但是设备的售价也相应提高，增大了产品的单位成本。因此在选择灌装机时，应结合生产工艺要求，对相关的因素进行综合考虑。工艺范围宽的原则。灌装机的工艺范围是指其适应不同生产要求的能力。工艺范围越宽，越能提高设备的利用率，实现一机多用，即利用同一设备可以灌装多种物料和多种规格。因此为了适应酒水、饮料行业多品种、多规格的生产要求，应选择工艺范围尽可能宽的灌装机。符合食品卫生的原则。由于酒水、饮料行业的特殊卫生要求。因此所选灌装机在结构上直接接触物料的部件应便于装拆和清洗，不允许有死角。而且要有可靠的密封措施，严防杂物混入和物料散失。在材料上，对直接接触物料的零部件要尽可能采用不锈钢或无毒材料。使用安全，维修方便的原则。灌装机的操作、调整应方便省力，使用安全可靠。而且其结构应便于拆装组合，零部件应通用化、标准化，另外还应优先选择价格低、重量轻、体积小的灌装机。第二节 灌装方法及工艺过程一、 灌装方法各种液体产品的物理性质和化学性质均不相同,在灌装过程中,为了使产品的特性保持不变,必须采用不同的灌装方法。一般灌装机常采用下列几种灌装方法:1。常压法 常压法也称纯重力法,即在常压下,液料依靠自重流进包装容器内。大部分能自由流动的不含气液料都可用此法灌装,例如白酒、果酒、牛奶、酱油、醋等2。等压法 等压法也称压力重力式灌装法,即在高于大气压的条件下,首先对包装容器充气,使之形成与贮液箱内相等的气压,然后再依靠被灌液料的自重流进包装容器内。这种方法普遍用于含气饮料,如啤酒、汽水、汽酒等的灌装。采用此种方法灌装,可以减少这类产品中所含二氧化碳的损失,并能防止灌装过程中过量起泡而影响产品质量和定量精度。3。真空法 是在低于大气压的条件下进行灌装的,可按两种方式进行:（1）压差真空式 即贮液箱内处于常压,只对包装容器抽气使之形成真空,液料依靠贮液箱与待灌容器间的压差作用产生流动而完成灌装,国内此种方法较常用。（2）重力真空式即贮液箱内处于真空,包装容器首先抽气使之形成与贮液箱内相等的真空,随后液料依靠自重流进包装容器内,因结构较复杂,国内较少用。真空法灌装应用面较广,它即适用于灌装粘度稍大的液体物料,如油类、糖浆等,也适用于灌装含维生素的液体物料,如蔬菜汁、果子汁等,瓶内形成真空就意味着减少了液料与空气的接触,延长了产品的保质期,真空法还适用于灌装有毒的物料,如农药等,以减少毒性气体的外溢,改善劳动条件。4。压力法利用机械压力或气压,将被灌物料挤入包装容器内,这种方法主要用于灌装粘度较大的稠性物料,例如灌装番茄酱、肉糜、牙膏、香脂等,有时也可用于汽水一类软饮料的灌装,这时靠汽水本身的气压直接灌入末经充气等压的瓶内,从而提高了灌装速度,形成的泡沫因汽水中无胶体尚易消失,对灌装质量有一定影响,但不算太大。上述几种灌装方法的正确选择,除考虑液体本身的工艺性能如粘度、重度、含气性、挥发性外,还必须考虑产品的工艺要求、灌装机的机械结构等综合因素。对于一般不含气的食用液料如瓶装牛奶、瓶装酒类等,可以采用常压法,亦可采用真空法,为了减少灌装时液料中的含氧气量,以便延长产品的保质期,采用较大的真空度的真空法更有利。另外,采用真空法其灌装阀的结构较简单,液漏损失小。但是事物是辩证的,真空度越大,酒的香味越易损失,而且真空法较之常压法尚需增加设备成本。应当指出,对于某种液料的灌装不一定选择单一的方法,也可以综合选择几种方法,例如为了减少啤酒中的含氧量,避免保存期失光变质,一种方法是灌装前对瓶内抽取真空,然后再充入二氧化碳进行等压灌装,即采用真空等压法。二、灌装机的工作过程洗瓶机将瓶子的里外洗净后,并经检查质量合格的瓶子,由传送带送入自动灌装机的限位机构,根据规定的要求按一定距离排列好,送入拨瓶轮,拨瓶轮准确地将瓶送入瓶的升降机构。升降机构把升降活塞顶起,瓶随之上升,于是瓶口打开灌装阀的气门,充气等压,然后打开液门,进行灌液,灌液后进行压力释放,然后关闭液门、气 门完成灌装后,瓶的升降机构立即进入下降滑道,在下降滑道的作用下,升降活塞筒体被滑道强制下降,因而装好的瓶子随之下降到最低位置,当转过一定角度后,瓶子进入拨瓶机构,被拨瓶机构退出,送去进行上盖,这样就完成了整个灌装工作的一个工作循环过程。如下图流程：二、定量方法 准确的定量灌装不但与产品的成本有着直接的关系,同时也影响产品在消费者心中的信誉。包装物品的定量一般有重量定量和容积定量两种。重量定量由于要增添秤等计量衡器,所以机器的结构比较复杂,适用于比重经常变化的固体物料,且往往要配置一套电路用以机电配合；容积定量机器的定量结构比较简单,一般不需电路配合。液体产品一般易采用容积式定量,常见的有如下三种方法1控制液位高度定量法这种方法是通过控制被灌容器中液位的高度以达到定量灌装的目的。因为每次灌装的液料容积等于一定高度的瓶子内腔容积,故习惯称它为“以瓶定量”。该法结构比较简单,不需要辅助设备,使用方便,但对于要求定量准确度高的产品不宜采用,因为瓶子的容积精度直接影响灌装量的精度。图示为鲜牛奶、果汁等的灌装机构。（a）为非灌装位置,（b）为灌装位置。当橡皮垫6和滑套5被上升的瓶子11顶起后,灌装头7和滑套5间出现间隙,液体流入瓶内,瓶内原有气体由排气管1排至贮液箱,当灌至排气管嘴cc截面时,气体不再能排出随着液料的继续灌入,液面超过排气管嘴,瓶口部分的剩余气体只得被压缩,一旦压力平衡,液料就不再进入瓶内而沿排气管上升, 据连通器原理,一直升至与贮液箱内液位水平为止,然后瓶子下降,压缩弹簧4保证灌装头与滑套间的重新密封,排气管内的液料也滴入瓶内,从而完成了一次定量灌装,只要操作条件不变,瓶内每次灌装的液料高度也保持不变。对于这种定量方法,若改变每次的灌装量,则只需改变排气管嘴进入瓶中的位置。2。定量杯定量法 种方法是先将液体注入定量杯中进行定量,然后再将计量的液体注入待灌瓶中,因此,每次灌装的容积等于定量杯的容积。左图示为旋塞定量原理示意图。首先三通旋塞2位于左图所示的位置,液体靠静压通过进液管4进入定量杯1中,杯内空气经细管3排出,当定量杯内的液面达到细管的下缘时,空气无法排出,但由于贮液箱内液面较高,定量杯内液面则继续上升至高于细管下缘处,杯内空气则被压缩直到两处压力平衡而停止。管3内的液面根据连通器的原理,将继续上升至同贮液箱内液面相平,然后三通旋塞逆时针旋转90,如左图所示,使定量杯内的液体同贮液箱内的液体隔开,同时定量杯内液体（包括细管内液体）流入待灌瓶中。若改变灌装量,则只需调节管子在定量杯中的高度或者更换定量杯。右图所示为直动定量杯的一种结构。在下面没有待灌瓶时,定量杯1由于弹簧7的作用而下降,并浸入贮液箱的液体中,则箱内的液体沿着其周边流入并充满定量杯。随后待灌瓶由瓶托抬起,瓶嘴将喇叭入口8连同进液管9,定量杯1一起抬起,使定量杯超出液面,并使进液管中间隔板上、下孔均与阀体3的中间相通,这样定量杯中液体由调 节管2流下,经中间隔板的上孔流至阀体3的中间槽,再由隔板的下孔经进液管下端流进待灌瓶中,瓶内空气则由喇叭头上的透气孔逸出,当定量杯中流体下降至调节管2的上端面时,定量灌装则完成。定量杯中容量可由调节管2在定量杯中的高度来调节,也可更换定量杯。本结构适用于灌装酒类产品。3。定量泵定量法这是一种采用压力法灌装的定量方法,一般由动力控制活塞往复运动,将物料从贮料缸吸入活塞缸,然后再压入灌装容器中,由此每次灌装物料的容积用活塞往复运动的行程来控制。活塞5由凸轮（图中末示出）控制作上下往复运动,当活塞向下运动时,酱液在重力及气压差作用下,由贮液缸底部的孔经阀3的月亮槽流入活塞缸4内。当待灌容器由瓶托抬起并顶紧喇叭头6和阀3时,弹簧2受压缩而滑 阀上的月亮槽上升,则贮料缸与活塞缸隔断,滑阀上的下料孔与活塞缸接通,与此同时,活塞正好在凸轮作用下向上运动,酱液再从活塞缸压入待灌容器内,当灌好酱液的容器连同瓶托一起下降时,弹簧2迫使滑阀也向下运动,滑阀上的月亮槽又将贮料缸与活塞沟通,以便进行下一次灌装循环。假若在某一个瓶托上没有待灌容器时,尽管活塞到达某一工作位置仍然在凸轮作用下要向上运动,但由于滑阀上月亮槽没有向上移动,故酱液仍被压回贮料缸,不致影响下一次灌装循环的正常进行。对于这种定量方法,若要改变每次的灌装量,则只需设法调节活塞的行程。比较上述三种定量方法,从定量精度来看,第一种方法由于直接受到瓶子容积精度以及瓶口密封程度的影响,其定量精度不及后二种方法高,若从机械结构看,第一种显然最为简单,因此,它自然得到广泛应用。但是，由于考虑到本次设计的灌装液体的黏度要求，所以要选用比较适合本次实际的装置。机械式定量而且，定量泵定量法对于本次设计的装置及液体的性质比较适合，并能向着黏度系数较大的原料拓展，有着较大的使用空间。因此，在设计时，灌装部分的选择是第三种方法。 灌装的供料机构灌装液料由贮液槽经泵（或直接由高位槽）及输液管将液体产品输入贮液箱, 再由贮液箱经灌装阀输入待灌容器中,这就形成了整个灌装液料的供送系统。对于等压法、真空法有时还需对贮液箱充气或抽气。下面介绍几种比较实用的供料机构。1常压法灌装的液料供送机构 此法是在常压下灌装的,因此,灌装系统较为简单。液体产品由高位槽或泵经输液管送进灌装机的贮液箱,贮液箱内液面一般由浮子式控制器保持基本恒定,但也有用电磁阀控制的,贮液箱内的流体产品再经过灌装阀的开关进入待灌容器中2等压法灌装的液料供料机构下图为此法供料原理图。入酒总管3与灌装机顶部的输入头9相连,输入头下端有六根供酒管14与环形酒缸12相通在打开入酒总阀16之前,需打开先运行阀5,以透明管4观察进酒压力,若流动缓慢是来酒压力不足,若酒液冲出来是来酒压力过高,均需调节,待正常后方可准备打开总阀。无菌压缩气管1分叉为两路,一路为入酒缸气管12,它经输入头直接与环形酒缸相通,其作用是在开机前对酒缸充气产生一定的压力,以免酒液初入缸时因突然降压而冒泡。 该管上截止阀8在入酒总阀10打开后则需关闭；另一路为平衡气管11, 它以输入头接至高液浮泡17上的充气阀15,其作用为控制酒缸内液位的高度。 当液面太高时,即液压高于气压,高位浮泡即上升打开充气阀15, 无菌压缩空气进入酒缸,以补充气压的不足,保证啤酒能稳定地进入酒缸。 1-无菌压缩气管,2-入酒总管,3-单向阀,4-透明管,5-先运行阀,6-截止阀,7-低液位浮泡,8-截止阀,9-视镜,10-入酒总阀,11-平衡气压管,12-入酒缸气管,13-放气阀, 14- 输入头,15-充气阀,16-调节针阀,17-高液位浮泡,18-环形酒缸,19-供酒管,20旋转立轴当液面下降时,即液压低于气压,低液位浮泡7下降,则打开放气阀13, 酒缸内较高气压被释放,气压降低使进液增多。因此酒缸内液面基本稳定在视镜9的中部。3压力法灌装的液料供送机构 下图是此法灌装供料简图,它由稳压装置,旋塞阀,推料活塞和充填器四个主要部分组成。物料由人工或泵送入贮液箱内,在灌装时因来料压力不稳,会产生定量误差, 因此常采用如图4。15所示的稳压装置来稳定供料压力,提高灌装精度。物料由供料泵送至三通14,在三通管的上端有一个稳压活塞15,压缩空气经过减压调整后进入气缸19,形成对稳压活塞一定的压力,当三通管内出料压力增加或减少时,与稳压活塞杆19相连的感应板则要上升或下降,上、下无触点开关则要发出信号控制供料泵运转或停转。因此供料的压力始终保持稳定,保证了灌装质量。旋塞阀由往复运动的齿条20经齿轮12带动作来回摆动,一个位置沟通三通14及推料活塞缸5,这时活塞4正好在连杆机构带动下向左运动,物料由三通被吸入活塞,旋塞阀的另一个位置沟通活塞及充填器, 这时活塞4正好又在连杆机构带动下向右运动,物料被推送至灌装容器内。活塞4 的运动行程可调节,这是通过转动伞齿轮6使可调螺母7移动而实现的。为了防止物料的滴漏,在充填器底部特意安装一只有孔道的滚柱1,当旋转阀来回摆动时,带动凸轮3也一起来回摆动, 从而使顶杆2上下串动,压迫滚柱1实现快速启闭,提高了灌装精度。 压力法供料系统简图-稳压装置 -旋塞阀 -推料活塞 -冲填器1-滚球,2-顶杆,3-凸轮,4-活塞,5-活塞缸,6-调节伞齿轮,7-可调螺母,8-活塞杆,9-摇块10-导杆,11-连杆,12-齿轮,13-曲柄,14-三通,15-稳压活塞,16-气缸,17-下无触点开关, 18-上无触点开关,19-稳压活塞杆,20齿条4真空法灌装的液料供送装置真空法灌装系统结构较复杂,形式较多,但根据其采用灌装方式不同,大体可分两种类型:一种方式是在待灌瓶和贮液箱中都建立真空,而液体是靠自重产生流动而灌装的；另一种方式是在瓶中建立真空,靠压差完成灌装。因此真空法灌装机的供料系统可有单室、双室、多室、三室等多种形式,单室属于前一种真空法灌装,其余属于后一种方法。（1）单室这是一种真空室与贮液箱合为一室的供料系统。单室真空法供料系统其工作原理：被灌液体经输液管1由进液孔3送入贮液箱5内,箱内液面依靠浮子液位控制器4控制基本恒定,箱内液面上部空间的气体由真空泵经真空管2抽走,从而形成真空,瓶子由托瓶台7带动上升并首先打开气阀9对瓶内抽气,接着瓶子继续上升打开液阀8进行灌液,瓶内被置换的气体吸至贮液箱内再被抽走。（2）双室双室真空法供料装置工作原理：液体产品经输液管10输送到贮液箱4内,箱内液位由浮子液位控制器11控制,真空泵经真空管9将真空室8内气体抽走,使之形成真空, 灌装机构有一进液管通往贮液箱,另有一抽气管通往真空室,一但瓶子顶紧灌装机构端部的密封垫,瓶内气体则被抽走,随后,液料在贮液箱与瓶内压差作用下流入瓶中,当瓶内液位升高至抽气管下缘时,继续流入瓶内的多余液体被抽进真空室,再经回流器7回到贮液箱,当没有瓶子或瓶子破损时,不能由瓶中抽出空气,也就不能进行灌装。 单室真空法供料系统简图 双室真空法供料装置示意图 1进液管,2-真空管,3-进液孔,4-浮子液位控制 1-输液管,2-真空室,3-吸气管, 4-回流管器5-贮液箱,6-立轴,7-托瓶台,8-液阀,9-气阀 5-灌装阀,6-吸液管,7-浮子,8-贮液箱（3） 多室这种结构不仅使贮液箱与真空室分开,而且另设一个液位控制箱,真空箱也不只一个。其工作原理：贮液箱10的上方设一真空室13, 高位槽1经送液管2 将液料输送给液位控制箱5（其内的液位靠浮子液位控制器18控制）,再经进液管6与贮液箱接通,在液位控制箱上方装有真空塔17及上室16,上室至下室以及下室至液位控制箱之间均有管道接通,管道上均装有控制阀门,真空塔上室通过真空管14与真空室13相通, 真空塔的上室、下室又分别通过真空管4、7与破气阀9相通,灌装时的余液先被抽回到真空室13, 又被吸回到真空塔的上室,这时由于上室处于真空,所以通往下室管口处的橡皮垫被吸住, 而使阀门封闭,当破气阀9中的开口对准真空管4时, 通过真空管7使真空塔的下室也处于真空, 于是上室通往下室的阀门自动打开,下室通往液位控制箱5的同样结构的阀门则被封闭,上室中的液体流入下室,当真空管7通过破气阀8与大气接通时,下室处于常压状态,上室通往下室的阀门则关闭,下室通往液位控制箱的阀门则打开,余液再由下室流入液位控制箱,因此,余液对贮液箱液位波动的影响甚微。灌装的供瓶机构 自动灌装机中,按照灌装的工艺要求,准确地将待灌瓶送入主转盘升降机构托瓶台上,是保证灌装机正常而有秩序地工作的关键。一般供瓶机构的关键问题是瓶的连续输送和瓶的定时供给。 由洗瓶机出来的瓶子由输送带送来后,为了防止挤坏、堵塞和准确地送入灌装机,必须设法使瓶子单个地保持适当的间距送进, 目前瓶子的定时送给一般采用分件供送螺杆和拔盘式等限位机构。 1 分件供送螺杆机构 图4。20给出了典型送瓶机构的示意图,它的基本组成包括由锥齿轮传动的变螺距螺杆、固定侧向导板、链式水平输送带（末画出）和组合式拔瓶轮等, 分件供送螺杆在结构上是一种空间