南昌工程学院本科毕业设计
第二章 灌装机控制系统总体介绍
液体灌装机主要用于洗液、护理液、口服液、消毒液、洗眼液、营养液、酒水、注射液、农药、医药、香水、食用油、润滑油及特殊行业的液体灌装。
2.1灌装机的主要类型
按灌装瓶的主要运动形式分类：旋转型（图2.1）、直线型（图2.2） 2.1.1旋转型灌装机
图2.1旋转型灌装机
（a）图 （b）图
旋转灌装机如图2.1（b）图，待灌瓶由传送系统（一般经洗瓶机由输送带输入）或人工送入灌装机进瓶机构，瓶子由灌装机转盘带动绕主立轴旋转运动进行连续灌装，转动近一周时瓶压盖机进行压盖，其灌装过程的俯视图图2.1（a）图。
这种灌装机在食品、饮料行业应用最广泛，如汽水、果汁、啤酒、牛奶的灌装，此机主要由流体输送（即供料系统）、容器输送（即供瓶系统）、灌装阀、大转盘、传动系统、机体、自控等部分所组成，其中灌装阀是保证灌装机能否正常工作的关键。
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第二章 灌装控制系统总体介绍
2.1.2直线型灌装机
包装容器或灌装瓶由一个工位直线式间接运动到另一个工位，并在间歇时完成灌装的机器称为直线型灌装机。该机沿着平直的直线运动，并在停歇时进行成排灌装，如图2.2（a）
图，凡送来一排空瓶由推瓶板向前推送一次，到送至灌液管的下方时，阀门打开进行灌装，
间歇进行操作。可以参考直线灌装机工作原理图2.2（b）图。
2 （a）图 图2.2直线型灌装机 （b）图 这种灌装机相对旋转灌装机来讲，结构比较简单，制造方便，但占地面积比较大，而 是间歇运动，生产能力的提高也受到一定限制，因此一般只用于无汽液料类的灌装，局限性较大。
2.2灌装的基本方法介绍
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
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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CO2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
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： （a）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。
（b）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未经充气等压的瓶内，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。
2.3灌装机以及灌装方式的确定
2.3.1灌装机的确定
旋转式灌装机无论在生产效率还是在生产质量上都远远高于直线型灌装机，对比直线性灌装机，旋转式灌装机的设备更高效化、自动化和节能化。因此本设计采用直线式灌装机来进行研究，对其研究是否能起到推动改进作用。 2.3.2灌装方式的确定
灌装方式的选择，除了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。对于一般的食用液料如瓶装牛奶、瓶装酒类、碳酸饮料等，可以采用真空—等压法，也可直接采用等压法。真空—等压法是灌
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第二章 灌装控制系统总体介绍
装前对瓶内抽取真空，然后再充入CO2进行等压灌装。为了减少灌装时酒料类的液体的含氧气量，以便延长产品的保质期，采用较大的真空度的—等压法更有利。采用真空法其灌装阀的结构较简单，液漏损失小。但是真空法较之等压法需增加设备成本，而且，氧气量对碳酸饮料的影响不大，在节能的方面考虑，可直接采用等压灌装法。
碳酸饮料采用等压灌装法可以有效的防止灌装过程中CO2气体的损失，等压灌装即先向瓶子中充气，使容器内压力与贮液缸内的压力相等，再将贮液缸内的液体灌入容器内。贮液缸是全封闭的，它由贮液室、背压气室、回气室三室组成。在往贮液缸输送液体之前，先往贮液缸内通入压缩气体（无菌空气或CO2，使贮液缸的气室保持一定的压力（0. 1 ~-0. 9MPa ），该气体压力必须等于或稍高于液体物料中CO2溶解量的饱和压力，使饮料中的CO2溶解。等压灌装法可以减少CO2的损失，保持含气饮料的质量，并能防止灌装中过量泛泡，保证灌装计量准确。所以本系统在设计中选用等压灌装法。
液体灌装机的一般流程是将装有空瓶的箱子堆放在托盘上，由输送带送到卸托盘机，将托盘逐个卸下，箱子随输送带送到卸箱机中，将空瓶从箱子中取出，空箱经输送带送到洗箱机，经清洗干净，再输送到装箱机旁，以便将盛有饮料的瓶子装入其中。从卸箱机取出的空瓶，由另一条输送带送入洗瓶机消毒和清洗，经瓶子检验机检验，符合清洁标准后进入灌装机和封盖机。液体由灌装机装入瓶中。装好液体的瓶子经封盖机加盖封住并输送到贴标机贴标，贴好标签后送至装箱机装入箱中再送到堆托盘机堆放在托盘上送入仓库。
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第三章 灌装机PLC系统介绍
3.1设计内容
饮料灌装机的PLC控制系统设计：
（1）系统通过开关设定为自动和手动两种操作模式；启动后，传送带的驱动电机启动并一直保持到停止开关动作或罐装设备下的传感器检测到一个瓶子时停止；瓶子装满饮料后，传送带驱动电机必须自动启动，并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作。
（2）当瓶子定位在罐装设备下时，停顿1秒，罐装设备开始工作，罐装过程为5秒钟，罐装过程应有报警显示，5.5秒后停止并不再显示报警。
（3）用两个传感器和若干个加法器检测并记录空瓶数和满瓶数，一旦系统启动，必须记录空瓶数和满瓶数，设最多不超过99999999瓶。
（4）可以手动对计数值清零（复位）。 3.2 PLC的组成和工作原理
PLC 英文全称Programmable Logic Controller, 中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种机械或生产过程。
PLC硬件由中央处理器、电源、输出组件、输入组件、输入输出、编程器六部分构成，各部分简述如下：
中央处理器（ Central Processor Unit 简称CPU）：它是可编程序控制器的心脏部分。CPU 由微处理器（Microproce-ssor）存储实际控制逻辑的程序存储器和存储数据、变量的数据储器构成。
电源 （Power Supply）：给中央处理器提供必需的工作电源。 输入组件（Inputs）：输入组件的功能是将操作开关和现场信号送给中央处理器。现场信号可能是开关量、模拟量或针对某一特定目的使用的特殊变量。 输出组件（Outputs）：输出组件接收CPU 的控制信号，并把它转换成电压或电流等现场执行机构所能接收的信号后，传送控制命令给现场设备的执行器。
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