啤酒包裝線控制裝置的設計畢業(yè)設計

1、 畢業(yè)設計開題報告學 生 姓 名： 學 號：0902044350學 院、系：機械工程與自動化學院、機械自動化系專 業(yè)：機械電子工程設 計 題 目：啤酒包裝線控制裝置的設計指導教師: 2013年 3 月 25 日開題報告填寫要求1開題報告作為畢業(yè)設計答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導教師簽署意見及所在系審查后生效；2開題報告內(nèi)容必須用按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見；3學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇（不包括辭典、手冊）。文中應

2、用參考文獻處應標出文獻序號，文后“參考文獻”的書寫，應按照國標GB 771487文后參考文獻著錄規(guī)則的要求書寫，不能有隨意性；4學生的“學號”要寫全號（如0201140102），不能只寫最后2位或1位數(shù)字；5. 有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 740894數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”；6. 指導教師意見和所在系意見用黑墨水筆工整書寫，不得隨便涂改或潦草書寫。畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告1結合畢業(yè)設計情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，撰寫2000字左右的文獻綜述：文 獻 綜 述1.1

3、課題設計的背景及意義啤酒作為一種風味獨特的飲料，越來越受到人們的歡迎。隨著人們對自身安全的關注，對啤酒的衛(wèi)生質(zhì)量要求也變得更嚴格。啤酒包裝是啤酒生產(chǎn)過程的最后一道工序，也是啤酒生產(chǎn)過程的重要一環(huán)，對啤酒的外觀和質(zhì)量都有直接影響。1-2啤酒釀造工藝日趨成熟，但包裝質(zhì)量卻成了啤酒廠家的心頭病。3包裝質(zhì)量影響因素多，設計面廣，定量檢驗難度大，尤其是在洗瓶檢瓶，啤酒輸送過程中的撞瓶，倒瓶，貼標質(zhì)量，及裝箱缺瓶等方面存在問題。一條質(zhì)量好，技術先進，設計合理的包裝生產(chǎn)線，既可生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品占領市場，又可節(jié)約成本，降低能耗，提高經(jīng)濟效益。為此，對啤酒包裝線控制裝置進行設計，提高我國啤酒生產(chǎn)的自動化水平，成

4、為一個刻不容緩的研究課題。6-71.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 中國啤酒裝備制造業(yè)是伴隨中國啤酒工業(yè)的迅速發(fā)展而成長起來的產(chǎn)業(yè)。1987年開始，我國從西歐、東歐、日本等國家和地區(qū)進口了200多條灌裝線。國內(nèi)設備制造企業(yè)通過多年努力，對國外技術進行消化吸收，到90年代已能成套與配套生產(chǎn)啤酒加工設備。但這些投入運行的包裝線因使用年限已久，部分單機或輸送系統(tǒng)已陸續(xù)淘汰。有的需要更換單機，有的則需要更換輸送系統(tǒng)并重新進行平面布置。2 進入21世紀以來，中國啤酒裝備進入快速發(fā)展期。目前，啤酒裝備制造業(yè)已建立起了比較完整的裝備制造體系：從原材料貯存、精選、輸送、處理到啤酒的生產(chǎn)加工、過濾分離、灌裝、貼標（套標）、干

5、包裝；從生產(chǎn)過程控制、在線檢測、消毒殺菌、綜合利用、環(huán)境保護到PET瓶吹瓶、容器加工、工程安裝及配套服務，中國制造的啤酒裝備已基本滿足中國啤酒生產(chǎn)企業(yè)的需要。但目前我國啤酒生產(chǎn)主要依靠進口國外設備，其主要原因是國產(chǎn)設備特別是關鍵設備性能無法與國外設備匹敵。許多啤酒裝備生產(chǎn)企業(yè)即使引進國外設備的技術、理念，也沒能超越模仿的層次。在自動控制水平、可靠性、質(zhì)量方面與發(fā)達國家相比還有較大差距，在性能和水平上與國外仍有一定差距。在灌裝閥的研制方面，國內(nèi)還遠遠地落在發(fā)達國家后面，其洗瓶、殺菌的能耗比國外先進機型高好幾倍。單元裝備自動化程度不高；單元裝備與整體工程化配套程度不高；與主體裝備配套的輔機、輔件、

6、儀器和儀表等國產(chǎn)化產(chǎn)品性能還不穩(wěn)定。灌裝過程中酒的增氧量較大，純生啤酒的灌裝設備運行不穩(wěn)定。貼標機與德國克朗斯設備比較故障率較高，皺標、碎標、歪標、漏標現(xiàn)象時常出現(xiàn)。國內(nèi)洗瓶機清洗帶鋁箔的啤酒瓶時洗凈率低，清除廢標效果不好。4-5美國是世界上包裝機械發(fā)展歷史較長的國家，早已形成了獨立完整的包裝機械體系，其品種和產(chǎn)量均居世界之首。10多年來，美國始終保持著世界最大包裝機械生產(chǎn)和消費大國的地位。其產(chǎn)品以高、大、精、尖產(chǎn)品居多，機械與計算機緊密結合，實現(xiàn)機電一體化控制。德國的包裝機械在計量、制造、技術性能方面均屬世界一流。該國生產(chǎn)的啤酒、飲料灌裝成套設備生產(chǎn)速度快、自動化程度高、可靠性好。主要體現(xiàn)在

7、：工藝流程的自動化、生產(chǎn)效率高，滿足了交貨期短和降低工藝流程成本的要求；設備具有更高的柔性和靈活性。主要體現(xiàn)在生產(chǎn)的靈活性、構造的靈活性和供貨的靈活性，適應產(chǎn)品更新?lián)Q代；利用計算機和仿真技術提供成套設備，故障率低，可進行遠程診斷服務；對環(huán)境污染少，主要包括噪音、粉塵和廢棄物的污染。 意大利生產(chǎn)的包裝機械中，40%是食品包裝機械，如糖果包裝機、茶葉包裝機、灌裝機等。產(chǎn)品的特點是外觀考究、性能優(yōu)良、價格便宜。意大利包裝機械行業(yè)的最大優(yōu)勢就在于可以按照用戶的要求進行設計和生產(chǎn)，并能保證很好地完成設計、生產(chǎn)、試驗，實現(xiàn)監(jiān)督、檢驗、組裝、調(diào)整和用戶需求分析等。 日本的啤酒包裝機械，雖然以中小單機為主，但

8、設備體積小、精度高、易于安裝、操作方便、自動化程度也較高。8 1.3PLC相關技術的運用可編程控制器是以微處理器為核心的專用計算機利用它面向用戶的編程語言，不僅能始實現(xiàn)邏輯控翻，還能實現(xiàn)各種順序和定時控制以及復雜的閉環(huán)控制。利用它內(nèi)部大量的輔助繼電器可以實現(xiàn)無觸點控制；利用它控制時可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、在惡劣環(huán)境下能長時間不斷運行、編程容易且維護工作量小、還配有通訊接口和各種摸塊的特點，可以把它作為工作下位機放在自動生產(chǎn)線的工作現(xiàn)場完成各種控制任務。9 PLC的發(fā)展在1960年代末的消除大的成本參與改變復雜的繼電器的基礎控制系統(tǒng)，它運用領域包括時序控制和同步控制的流程和輔助元素在制

9、造業(yè)、化工和流程工業(yè)。PLC的可用性與基本特征像算術運算和提高圖形用戶國米-臉（GUI）在編程和溝通，承諾手段用PLC的優(yōu)勢在調(diào)速運用。成功的例子是利用PLC控制為主要控制器。而作為一個助理設備，PLC在工業(yè)的運用作為一個檢測和控制系統(tǒng)與多任務報告。添加新的設備來控制或改變操作條件來實現(xiàn)新的控制功能可以很容易地從控制軟件組實現(xiàn)。19-21PLC控制技術可用于啤酒包裝的整個過程控制中。PLC將采集的數(shù)據(jù)傳輸至上位機，并根據(jù)其輸出的指令對灌區(qū)現(xiàn)場的執(zhí)行機構進行控制。7,9采用PLC對送切膜機構的控制系統(tǒng)，操作簡便、可視性好、可維護性強。10用西門子S7-317T-2DP PLC可實現(xiàn)空間運動控制的

10、結構。11啤酒包裝線上的智能計數(shù)，利用光電傳感器光束發(fā)射和接收對瓶進行計數(shù)。12利用PLC的位移控制實現(xiàn)對瓶子的止瓶、自動取標、日期打印等整個動作過程。18通過對PLC系統(tǒng)的改造可以大大提高堆碼機速度。13缺瓶檢測主要通過光電傳感器檢測，PLC控制進行，實現(xiàn)報警和剔除功能。14-161.4 結論 通過對參考文獻的學習研究，啤酒包裝自動線是技術比較復雜、自動化程度較高的輕工業(yè)生產(chǎn)線。設備在生產(chǎn)過程在會因各種各樣因素產(chǎn)生故障，造成臨時停車，其工作過程流水線較長，要滿足人機系統(tǒng)要求和安全衛(wèi)士要求，并合理控制生產(chǎn)線中的多臺機。18而其中的關鍵技術有：酒瓶中啤酒位置的控制、輸送帶速度的調(diào)節(jié)、包裝計數(shù)定時

11、的控制，以及異常情況的控制。3本研究課題主要采用西門子S7-200等完成對啤酒包裝過程中的各種控制。參考文獻：1 趙延偉 .啤酒包裝及其設備.食品與機械J，1986，（3）：32-342 王湘宏.啤酒包裝生產(chǎn)線的設計J.啤酒科技，51028,2005，(8);12-153 李玉昌，陳有源，葉維風.PLC在啤酒包裝自動化控制方面的運用A.硅谷，551109,2011，（17）：128,1024 鄭培飛.中國飲料、啤酒機械行業(yè)發(fā)展前景J.中外食品，1999，（2）：215 劉尉.國內(nèi)啤酒灌裝生產(chǎn)線的發(fā)展之路J.酒、飲料技術裝備,2007（6）:26-296 李先年.啤酒包裝過程控制J.啤酒科技，2

12、50031，2004，(5)：5-6,87 白文，杜大川，李玉松，王中東.PLC 技術在啤酒工業(yè)中的運用A.農(nóng)業(yè)科技與裝備，2010,（7）:40-428 趙霞. 國外包裝機械的發(fā)展現(xiàn)狀J.機械工業(yè)標準化與質(zhì)量，2012，(10)：10-129 王東梅，李玉成.PLC在啤酒灌裝壓蓋上的運用B.包裝工程，2000，（4）：33-34,4810 郭慧敬.基于MCGS的啤酒膜包機送切膜包機送切莫控制系統(tǒng)A.輕工機械，2010.10,28(5):58-6111 李正國.關于啤酒、飲料包裝的控制線輸送系統(tǒng)運動控制的思考J.酒、飲料技術裝備，2006，（3）:54-5612 張樹君，高尚宇，申兆亮，張冬梅

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14、學出版社，2004.161-16419 Panagiotis H. Tsarouhasa, Ioannis S. Arvanitoyannisb.Assessment of operation management for beer packaging line based on fieldfailure data: A case studyJ.Journal of Food Engineering 98 (2010), 51 5920 Nordin Saadn, M. Arrofiq.A PLC-based modified-fuzzy controller for PWM- -driven

15、 induction motordrive with constant V/Hz ratio controJ.Robotics and Computer-Integrated,Manufacturing 28 (2012) 9511221 Yousif I. Al Mashhadany.Design and Implement of a Programmable LogicController (PLC) for Classical Control LaboratoryJ.Intelligent Control and Automation, 2012, 3, 44-49 畢 業(yè) 設 計 開

16、題 報 告本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：2.1研究對象啤酒包裝目前主要是瓶子的灌裝，主要是把空箱卸下放在輸箱帶上，運送到卸箱機，取出啤酒瓶放在輸送帶上，后送到洗瓶機進行洗瓶，洗干凈后用驗瓶機進行酒瓶檢驗，合格后送往灌裝壓蓋機灌裝，灌裝后進行殺菌，再送往貼標機進行貼標，然后對啤酒進行裝箱，最后對啤酒進行堆碼。在這過程中對啤酒包裝過程中的各工序包裝機及輸送裝置、輔助裝置進行控制，以及啤酒質(zhì)量的控制，從而實現(xiàn)啤酒包裝高效自動化進行。2.2本課題研究的主要內(nèi)容 （1）啤酒瓶中啤酒位置的控制。對啤酒瓶液位的控制，防止啤酒灌裝過量，流出瓶外，對啤酒造成浪費，以及影響整個包裝過程的效率

17、。 （2）輸送帶速度調(diào)節(jié)。輸送帶的速度對整個包裝線具有重要的意義，輸送帶的速度不能過快，也不能過慢，過快會造成瓶子的堵塞，過慢會造成機器空運，造成不必要的損耗，對于各種發(fā)生的異常情況，上一機器的停機一定時間不能對下一機器造成影響，要預備一定的儲量。 （3）包裝計數(shù)定時的控制。對啤酒瓶進行計數(shù)能對啤酒的裝箱過程有效地進行，及時查處包裝過程出錯環(huán)節(jié)（如瓶子破裂）以及了解日產(chǎn)量指標。對輸送帶進行暫時的停機，完成啤酒的裝箱需要用定時器定時，啤酒進入箱子需要一定時間。 （4）異常情況的控制。包裝過程中會出現(xiàn)各種意外情況，如不能及時發(fā)現(xiàn)，會造成嚴重的后果，啤酒的浪費，以及造成機器的故障，影響生產(chǎn)效率，造成

18、損失。2.3設計的解決方案 （1）對啤酒瓶中液位的控制。采用控制液位定量法灌裝，灌裝是啤酒瓶上升產(chǎn)生間隙，啤酒下流，空氣由排氣管輸出。到達一定位置后瓶內(nèi)氣體與液面上壓力平衡，液位保持不變，調(diào)節(jié)瓶子的上升高度可控制液面位置。 （2）對輸送帶的速度調(diào)節(jié)。用光電檢測開關檢測瓶流速度，不同的瓶流速度對應變頻器不同的速度。由PLC的輸出端子去控制變頻器的多段速控制端，實現(xiàn)變頻器速度與包裝速度相匹配。在包裝速度不變的情況下，瓶流速度必須和包裝速度保持一致，這就需要用一個光電傳感器把檢測到的瓶流脈沖輸入到PLC，由PLC控制變頻器多段速調(diào)速讓其改變輸出頻率驅動電動機，實現(xiàn)對電動機的調(diào)速控制即控制瓶流速度與包

19、裝速度相匹配。 （3）包裝計數(shù)定時的控制。每當酒瓶通過計時, 就會被計數(shù)器的傳感器檢測到, 酒瓶個數(shù)加1 ，接近開關通過檢測金屬瓶蓋計數(shù)。光電開關有光束發(fā)射端和接受端, 如發(fā)射端與接收端位于同一側, 酒瓶通過時就會將發(fā)射的光束反射回來,被接受端接受到, 開關狀態(tài)改變,計數(shù)電路檢測到狀態(tài)變化而計數(shù);若發(fā)射端與接受端相對，酒瓶通過他們之間時, 光線被遮, 也會改變開關狀態(tài)。按預先設定的定時值對輸送帶進行定時，當瓶子被夾緊后進再進行裝箱。 （4）異常情況的控制。如啤酒瓶在輸送中的碰撞破碎，啤酒灌裝超過規(guī)定液位，殺菌機的停機等，發(fā)生故障后需要進行報警并采取一定的有效措施進行處理。當破瓶出現(xiàn)，應報警并把

20、它傳送出去，當啤酒溢出時灌裝機停止灌裝，殺菌機停止后，后面的機器都要停機，否則生產(chǎn)的啤酒都不符合衛(wèi)生要求。檢瓶洗瓶殺菌裝箱貼標灌裝壓蓋 瓶子取瓶送瓶，取箱，缺瓶檢測，定時標簽、膠粘劑的用量，瓶子位置控制殺菌溫度、時間，以及噴淋裝置控制液位和壓力檢測，灌裝閥控制，自動送蓋，破瓶檢測洗瓶溫度和時間，洗滌劑用量控制檢測是否是玻璃瓶和是否破損的變頻器 PLC圖2.1 啤酒包裝線控制系統(tǒng)結構圖 畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告指導教師意見： 指導教師： 年 月 日所在系審查意見： 系主任： 年 月 日附件：參考文獻格式學術期刊 作者論文題目期刊名稱，出版年份，卷(期)：頁次如果作者的人數(shù)多于3人，則寫前三位作者的名字后面加“等”，作者之間以逗號隔開。例如：1 李峰，胡征，景蘇等. 納米粒子的控制生長和自組裝研究進展. 無機化學學報， 2001, 17(3): 3153242 J.Y.Li