无压力输送控制系统在啤酒灌装生产线上的应用.

1、收稿日期 :20110816;修稿日期 :20110905作者简介 :李勇(1974,男,硕士,工程师,主要从事设备管理工作。通信作者 :唐伟强,(1951,男,副教授,研究方向为包装与食品机械 ,通信地址 :510640广东广州市五山路 381 号华南理工大学机械与汽车工程学院,E mail :wqtangscuteducn 。经验交流无压力输送控制系统在啤酒灌装生产线上的应用李勇 1, 刘奕华 1, 唐伟强2(1广州珠江啤酒股份有限公司 ,广州 510330;2华南理工大学机械与汽车工 程学院 ,广州 510640摘要 :啤酒行业的高速灌装包装线上 ,广泛应用无压力输送控制 技术。现就某灌

2、装包装线的验瓶机至啤酒灌装机段的瓶输送带无压力控制进行改造 ,探讨在无压力输送中 ,瓶流输 送与啤酒灌装机运行速度平稳协调的方法。实践证明 ,控制系统的改造 ,对比原有啤 酒瓶输送控制系统 ,大幅度降低了啤酒瓶碰撞冲击力 ,进而降低了卡瓶、爆瓶率 ,确保 了啤酒灌装机的进瓶数量 ,大大提高了灌装包装线的生产效率。关键词:无压力输送 ;控制器 ;瓶输送系统中图分类号 :TS486 3;TS2613文献标识码 :A 文章编号 :10051295(201105 005805doi :103969/jissn10051295 201105016Pressure-free Conveying of Co

3、ntrol System Applies in Beer Production LineLI Yong 1,LIU Yi-Hua 1,TANG Wei-qiang 2(1Guangzhou Zhujiang Brewery CoLtd ,Guangzhou 510330,China ;2School of Mechechanical Automotive Engineering SCUT ,Guangzhou 510640,ChinaAbstract :In the beer industry ,particularly in high-speed bottling line ,and gra

4、dually introduce the whole line of pressure-free transmission control technology ,the current pressure-free bottle delivery system to achieve broad application in the industry Now experience in respect of a filling line to the beer bottle machine bottle filling machine conveyor section of the contro

5、l of pressure-free transformation of the practical experience of the pressure-free delivery ,so that the flow of transport and the beer bottle filling machine runs smoothly coordina-ted approach to practice proved that the transformation of the control system ,compared to the original beer bot-tle c

6、onveyor control system ,significantly reducing the impact of the collision of beer bottles ,thus reducing the card bottles ,bottle burst rate ,to ensure that the beer into the bottle filling machine number ,greatly improve the efficiency of the entire production lineKey words :pressure-free conveyin

7、g ;controller ;bottle conveying system0引言人们物质生活水平的不断提高 ,促进了饮料、啤酒工业的发展 1。近二十年来 ,啤酒工业灌装生产技术获得了高速的发展。目前 ,啤酒灌装生产线的灌装速度已从 8000瓶/h 向 36000瓶/h 、72000瓶/h 等更高生产速度发展 ,整个啤酒行业的灌装生产设备不断地推陈出 新。作为啤酒灌装生产线的输送枢纽 瓶输送系统 ,输送平稳、瓶流畅通、安全高效 ,直接影响到整条生产线的生 产效率2。国外的啤酒设备生85产企业非常重视这一点 ,大多配套了无压力控制系统 ,例如 KRONES 、SIG、 HEUFT 等企业的产品

8、,这些国外企业生产的无压力控制瓶输送控制系统原理不尽相 同 ,但基本的特点是系统维护量少 ,前期的投入费用较高。以前 ,国内啤酒灌装设备生 产企业大多数高速灌装线直接从国外引进了无压力瓶输送控制系统3, 配套在验瓶机、啤酒灌装机和贴标机上使用 ,保证整线的生产效率。目前 ,国内很多灌装包装线 配套企业不断吸取国外的先进技术经验 ,逐步将一些进口设备及技术实现国产化。 与国外进口设备相比 ,国产设备性能略显单一 ,稳定性、综合能力均有所欠缺 4 。下 面就此问题 ,结合某啤酒厂的无压力控制瓶输送控制系统改造 ,探讨该问题的解决方 法。1改造前设备的控制系统某啤酒的一条国产 36000瓶/h 的灌

9、装生产线 ,从验瓶机到啤酒灌装机入口段的 输送带无压力控制系统 ,单纯采用 PLC 进行自动控制 ,通过光电开关及编码器 ,检测 瓶流速度及减速机运行速度 ,控制调节瓶输送。由于 PLC 程序扫描时间略长 ,实时响 应特性在瓶输送无压力控制上并不好 ,存在滞后的现象 ,同时也因为验瓶机至啤酒灌 装机入口段输送带距离比较短 ,导致啤酒灌装机高速运行时该段瓶输送带上经常发 生倒瓶、堵瓶、爆瓶等现象 ,影响了瓶输送效果 ,增加了整线啤酒生产的水、电、气 能耗,导致整条包装线效率过低。2 无压力控制系统的改造方案的设计21瓶子在输送系统中的几种运动特点(1 无压力链道因输送带具有 15?的倾斜角度 ,

10、瓶子靠自重滑向较低侧导向带 ,每 段输送带的速度是渐进的 ,瓶子会因速度的渐进增加而分开 ,间隙形成后 ,瓶子会从背 后一行滑入补充到间隙中 ,从而完成排瓶。但由于灌装包装线使用的链板 ,其表面光 洁度差 ,该包装线使用的瓶子品牌较多 ,瓶子底部花纹不一致等原因 ,使瓶子在排瓶过 程中 ,部分瓶子不能很好地排列 ,造成倒瓶现象的发生。(2 瓶子在输送系统中被平顶链瓶输送带拖动 5,在畅通顺利的输送状态下 (暂不 考虑瓶子与输送链板的滑动 ,瓶输送带与瓶子等速向前运动 ,瓶子处于自由、轻快、 平衡状态 ,相互之间的挤压力是很轻微的。若瓶与瓶之间的中心距大于瓶子外径时,则瓶子之间无挤压力。(3 当

11、下游主机的运行速度低于输送能力或因各种因素产生故障而停机时,瓶流从主机输入口开始聚集直至积累到上游主机的输出口 ,因瓶输送带的缓冲量和储存 能力有限而使瓶子停留在瓶输送带上 ,瓶输送带链条仍在继续运转。这时候 ,瓶子之 间的距离小于瓶子的外径 ,故产生了挤压力。其中 ,瓶子的重量、瓶输送带的列数、 所聚集的瓶子长度又决定了挤压力的大小 ,而瓶子的重量及链条的列数和长度是在 设计安装时确定的。22输送系统的驱动控制系统的组成根据瓶子在输送带上的运动特点 ,无压力控制系统一般采用两套控制器 ,分别对 验瓶机入口、灌装机入口的输送带驱动电机进行控制 ,具体为控制验瓶机入口 6 台、灌装机入口 5 台

12、、灌装机出口 1 台共 12 台驱动电机。可以通过现场控制器对 输送带的运行参数进行调整并存储 ;控制系统可以根据不同的瓶子类型设定参数 ,方 便操作者选择切换 (500mL,600mL及 635mL 瓶型,可避免验瓶机入口的单列输送带 瓶子之间的相互挤压、碰撞 ;避免灌装机入口的输送带瓶子之间的相互打转摩擦、避免瓶子过度磨损 ;控制系统应能对验瓶机、灌装机、输送带三者联络信号进行协 调。3 改造后的无压力控制系统的组成改造后的无压力控制系统主要由电控柜、无压力控制器、空气开关、变频器 (1 5kW 、断路器、光电开关、感应开关、不锈钢机械安装支架 (包括光电传感器 支架、操作箱支架、不锈钢操

13、作箱 (防护等级 IP65 组成,另外还包括新增加 3台功率 11kW的电机、 1台功率 15kW 的电机,以及电缆辅材、屏蔽电缆等组成。31 无压力控制器的选择改造后的无压力控制器采用 GL(下称验瓶机入口控制器和 BL( 下称啤酒灌装机 入口控制器共同控制。32变频器及减速机变频器的主要指标 :矢量控制模式 ,180%启动转矩 ,内置 RS485通信接口 ,功率 11 15kW;95减速电机的主要指标 :斜齿轮蜗杆减速机 ,功率 11 15kW ,转速 30 120r /min , 传动比 11 244。 33光电开关、感应开关等设备的选择6光电开关采用 LEUZE (SICK 高速反应型

14、PRK18/4DL4产品,感应开关采用 P +F NJ30+U1+E2/NBB518GM E2产品,空气开关、断路器等根据系统设计电流大小采用 TE 产品。 3 4改造后的设备布局如图 1所示图 1 设备布局图4改造后无压力瓶输送控制系统的结构及工作原理 41 改造后无压力瓶输送控制系统结构如图 2 所示无压力控制系统的工作原理及基本功能(1GL 控制器给出 A5、A3、G7三个模拟量信号到 PLC 输入,GL 控制器给出 E5开关量信号到 PLC 输入端;(2OP 操作屏给出启动、停止、 急停三个信号给 PLC ;同时在操作屏处设一按钮开关盒,可以手动启动、停止及急停 ;(3EBI 给出 R

15、EADY 、ERR 、PUSH 三个信 号给 PLC ;(4BL 控制器给出 A3 、A4、A5、A7 四个模拟量信号 (无压力准备信号到 PLC ;(5SQ1、SQ2、SQ4三个感应开关、 SQ3 光电开关给出最小、最大堵塞三个信号到PLC ;(6PLC 的 Y2给出模拟量 E4到GL 控制器,作为 GL 控制器启动信号 ;Y0、Y10作为 PLC 的故障输出信号 ;(7PLC 的 COM4、COM5输出信号到变频器 SD 端;(8PLC 的 Y14Y17、Y20Y27 输出信号到变频器的 STF 端,作为变频器的启动信号 ;(9PLC 的 Y3 输出模拟量信号到 BL 控制器的 E4,作为

16、 BL 的启动信号 ,同时 PLC 的 Y6 端输出模拟量信号给 验瓶机的 E13,作为验瓶机的启动信号 ;Y7 作为验瓶机故障信号 ;(10E1、E2、E3 三个 光电开关输出信号给 GL 控制器 ,E9、E10、E1、E2、E3五个光电开关输出信号给 BL 控制器 ;(11E6、E7感应开关反馈给信号 GL 控制器;OP 操作屏给出瓶型选择信号 (500mL 、 600mL 、635mL ;生产/清空信号、故障复位信号给 GL 控制器;验瓶机出口输送带速 度信号及验瓶机正常、故障、运行信号给到 BL 控制器 ,BL 控制器得以控制验瓶机及灌酒机入口输送带的速度保证灌酒机入口的瓶源速度。 0

17、6图 2 无压力瓶输送控制系统结构5 无压力控制系统参数设定调试、性能指标51控制系统无压力控制器参数设定参数需要根据实际使用情况进行调整 ,其中几个关键的参数设定如下 7:GL(验瓶机入口控制器参数设定 :Adapta vavlue140%185%95%105%100% 120%100%100%Fill speed conv15%20%Braking values10%10%5Backup switch10%1Minv machine5000B/C ratio106BL( 啤酒灌装机入口控制器参数设定 :Adapta vavlue100%160%115%180% 100%131%100%10

18、0%Fill speed conv20%20%Minv machine5000Conveyor mode211B/C ratio112Inspecktor Gap accel in5%EBI limitation42000Clock plscounter2052无压力瓶输送控制系统性能指标适应生产速度 :6000 42000瓶/h;最大主机加速度 :350瓶时/s2;适应 EBI 最大击出 率小于 30%(10s内平均 ;适应瓶流密度最大变化率 :?20%;最大瓶冲击速度小于 025m/s;调节时间小于 1s;适应瓶型 :3 种,最多 16种。可由外部旋钮选择瓶型参数 并存储。6 改造后瓶输送

19、系统无压力控制的优点(1 在高速验瓶、灌装、压盖和运转中 ,啤酒瓶输送平稳 ,各啤酒瓶间为无挤压状 态顺利通过 ;(2实现了验瓶机 啤酒灌装机无周期时间的实时联锁电气自动控制 ,保证 了 36000瓶/h (原包装线设计速度整条线 85%的效率 ;(3无压力输送有效防止了玻璃啤酒瓶的刮16伤和磨损图2OEE （设备综合效率对比图 3 故障时间对比(4与改造前的无压力瓶输送系统控制技术相比,瓶输送系统噪音显著降低 ;(5 对不同的瓶型编制了不同的瓶型转换程序和工作 状态选择 ,使得不同程序间的转换时间极短 ;(6 使瓶输送设备与玻璃瓶之间的磨损减少 ,延长了设备的使用寿命 ,同时降低爆 瓶产生的

20、瓶耗、酒耗,大大提高了生产经济效益 ;(7 无压力控制的显示屏面板上可实时显示简明 的错误信息便于快速查清错误 ,同时也便于系统设备的维护。(8降低了故障时间 ,提高了生产效率 ,如图 2、图 3 所示(数据统计为改造前、后 同期三个月累计对比。 7结束语经过对原国产 36000瓶/h 啤酒灌装包装线控制系统的改造 ,使其控制设计趋向 合理,整个系统控制精度高 ,稳定性强。通过在验瓶机控制器和啤酒灌装机入口控制器上 设定自动停开机和故障消除装置 ,保证了操作方便的同时使瓶输送带上的瓶子运行 更加流畅 ,提高了企业的生产效率。参考文献1 陈晓非啤酒、饮料包装车间瓶装流水线的设计方法J 包装与食品机械 ,1991,9(4:16272 陈爱清浅谈无压力输送系统设计 J 饮料工业 ,2010,25(9:39413