基于plc實現的啤酒灌裝機控制系統的總體設計

2024年2月13日發(作者：母子)

摘 要

啤酒作為一種口味獨特的風味飲料．深受廣大老百姓的喜歡。灌裝機是啤酒包裝生產線的核心設備，因此，灌裝機灌裝效果的好壞直接影響到企業的經濟效益，而灌裝機的運行的好壞又需要很好的電氣控制，這其中PLC的運用就顯得尤為重要，在當今工業中自動控制越來越成為一種必然。本次論文的主要內容為啤酒流水線中的灌裝機的運用，以及其中PLC的應用，還有一些控制原理。液體的灌裝方式分為常壓式、等壓式、真空式、機械壓力式四種。一般而言酒類灌裝多采用常壓式灌裝方式，常壓式灌裝機使用方便，具有速度可調、計量準確、運行平穩、無噪音和液體不外溢等優點，使用廣泛。

關鍵詞：灌裝機，PLC，電氣控制

Abstract

The beer takes one kind of taste unique flavor drink. deeply generalcommon people's

liking. Fills installing equipment is the beer packing production line coreequipment,

therefore, fills installing equipment to fill installs theeffect the quality directly to

affect enterpri's economicefficiency,And the stand or fall of filling machine

operation and need good electrical control, including the u of PLC, is particularly

important in today's industry automatic control more and more become a kind of

main content of this paper for beer line the u of the filling machine,

and the application of PLC, and some control liquid fills installs the

way to divide into the atmosphericpressure type, the equi-pressure type, the vacuum

type, the mechanicalpressure type four kinds. Generally speaking the wines fill install

u the atmospheric pressuretype to fill install the way, the atmospheric pressure type

fill theinstalling equipment easy to operate, has the speed to be possible toadjust, the

measurement accurate, the movement steady, does not havemerit and so on noi and

liquid overflow, the u is not widespread.

Keywords: Fills installing equipment，PLC,Electrical Controls

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目錄

摘 要 .................................................... 1

Abstract ................................................. 1

緒論 ..................................................... 4

1 啤酒流水線的生產過程 ................................... 6

1.1 生產過程中的相關設備 .............................. 6

1.2 發展方向 .......................................... 7

2 啤酒灌裝機控制系統的總體設計 .......................... 10

2.1 電氣控制系統 ..................................... 10

2.3 灌裝機控制系統的總體設計 ......................... 12

3 啤酒灌裝機控制系統的硬件選型 .......................... 15

3.1 PLC的選型（三菱PLC） ............................. 15

3.1.1 三菱PLC的產品系列 ........................... 15

3.1.2 三菱PLC主要特點 ............................. 16

3.1.3 三菱FXPLC的特點 ............................. 17

3.2 變頻器的選型 ..................................... 17

3.3 觸摸屏的選型 ..................................... 19

3.4 電氣控制柜中的元器件 ............................. 20

4 啤酒灌裝機控制系統的軟件設計 .......................... 24

4.1 啤酒灌裝機控制系統 ............................... 24

5 啤酒灌裝機控制系統的安裝調試 .......................... 27

5.1現場安裝 .......................................... 27

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5.2 現場調試 ......................................... 30

結論 .................................................... 31

致謝 .................................................... 32

參考文獻 ................................................ 33

附錄 .................................................... 34

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緒論

隨著市場經濟的完善和發展，商品流通的深度和廣度進一步擴大，包裝工業在國民經濟中的作用和地位越來越高。根據各國經濟發展水平不同，包裝工業的產值通常占國民生產總值的1.5%-2.2%。經濟越發達，包裝工業所占的比重就越大。灌裝機就是包裝機械的一種。建國以后，我國陸續建立了一些灌裝設備生產廠，但主要是一些小型設備，技術落后。八十年代初，國家開始積極引進國外先進灌裝技術，當時灌裝技術主要掌握在少數國有企業手中。隨著改革開放的推進，一些原來從事機床、農機制造的企業也轉到灌裝設備的開發制造上，從業廠商逐漸增多。

我國的灌裝設備主要是應用在酒業、飲料的灌裝上，從灌裝原理上大體可分為負壓灌裝機、常壓灌裝機、等壓灌裝機、定量灌裝機 、料位灌裝機等幾種類型。但是目前各個設備生產廠家的灌裝機在灌裝能力、效率、適宜瓶型范圍及自動化程度等方面各有優缺點，不同程度地制約著產品包裝質量和生產率。

目前，灌裝機呈現出新的發展動向，主要為：（1）多功能。同一臺設備，可進行茶飲料、咖啡飲料、豆乳飲料和果汁飲料等多種飲料的熱灌裝；均可進行玻璃瓶與聚酯瓶的灌裝。（2）高速度、高產量。碳酸飲料灌裝機的灌裝速度最高達2000灌/分，非碳酸飲料灌裝速度最高達1500灌/分。（3）技術含量高、可靠性高、計量精確。

啤酒作為一種口味獨特的風味飲料，深受廣大老百姓的喜歡，近年來由于受釀酒原材料漲價的影響，啤酒的釀造成本隨之增高，而啤酒的市場競爭越來越激烈，啤酒生產廠家為了爭奪啤酒的市場份額，一方面對啤酒的銷售價格不敢輕易提價，一方面內部加強管理努力消化原材料漲價帶來的負面影響。啤酒灌裝機是啤酒包裝生產線的核心設備，啤酒灌裝過程中出現的冒酒、灌不滿、液位偏高或偏低、增氧量和瓶頸空氣超出標準等現象，都會直接導致酒損的增加，從而增加了啤酒的包裝成本，因此，灌裝機灌裝效果和機械本身的性能的好壞直接影響到企業的經濟效益，所以，希望通過對灌裝機的設計，能更好的發揮出灌裝機的使用性能，提高生產率和機械自身的性能，使之能運行更加穩定、計量更加準確、使 共 41 頁 第 4 頁

用更加方便、盡可能的減小噪音等等。

灌裝機中要用到很多的器件，有旋轉電機（還帶有編碼器、變頻器、可以正反轉等）、電磁閥、溫度傳感器、限位開關等等，能夠很好的把這一系列的器件、模擬量聯系起來，才能讓設備穩定的運行，怎么樣讓設備長久有效的使用，這也是一個很關鍵的問題。啤酒生產流水線基本上是不停的，機器也是長時間的開著，對于整套設備的質量有很高的要求，所以在機械制造和電氣控制這些地方都要有很好的支持，這樣你在設計控制柜的時候就要把這些東西考慮進去，電氣控制柜也是很重要的一部分，同樣也是很關鍵的一個問題。

本次的論文里我用的是三菱PLC編程軟件編寫程序，對于灌裝機的控制有一套詳細的方案，下面將對啤酒流水線的生產過程、三菱PLC的應用、灌裝機的電氣控制柜以及控制的程序等內容加以說明。

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1 啤酒流水線的生產過程

1.1 生產過程中的相關設備

（1）裝、卸箱機

目前國產裝卸箱機的主要類型有：四連桿結構和平移式結構,屬間歇式裝箱、卸箱，單機產能目前只能達到每小時50,000多瓶；國外除了有以上兩種以外，還有一種回轉式連續裝、卸箱機，其單機產能可達國產設備2倍以上。另外，在國內，為了提高國產裝、卸箱機的裝、卸箱產量，目前使用最多的是四連桿式裝、卸箱機，它的特點是技術成熟，結構簡單、實用且成本低。最近，有些用戶開始使用平移式裝、卸箱機，其特點是水平方向與垂直方向動作分離可調，對裝紙箱有一定優勢。

（2）洗瓶機

國產洗瓶機現有主要機型為：單端浸泡式洗瓶機、雙端浸泡式洗瓶機。國外現有主要機型為：單端、雙端浸泡式及塑料瓶、玻璃瓶兩用連續除標新型洗瓶機。塑料、玻璃瓶兩用連續除標新型洗瓶機對國內來講還是空白。它的最大特點就是標紙與瓶子分離，短時間就可清除出去，大大減少了標紙對堿液的污染，并且克服標紙被纖維化的問題。

目前國內使用的洗瓶機還是單端型式占多數，它的特點是技術成熟、適應性強、成本低、節能。但最近有越來越多的用戶選擇使用雙端洗瓶機，這主要是受到國外潮流的影響。在發達國家中，由于在法律上要求垃圾及回收物分類，如果使用單端洗瓶機排出來的廢標紙與碎玻璃是無法分離的，相反，雙端洗瓶機排出來的廢標紙是不帶碎玻璃的，而且通過壓干機把廢標壓干，可進行回收。因此，國外使用雙端洗瓶機逐步成為主流。

（3）灌裝機

灌裝機是包裝線上最關鍵的機種。目前國內使用的有普通型與衛生型兩類灌裝機。普通型用在灌裝經殺菌的熟啤，是使用最多、最普遍的灌裝機。衛生型灌裝機是最近幾年隨著純生啤酒的產生而發展起來的，其特點是采用開放式結構，可進行自動清洗，在灌裝過程中能避免對啤酒的二次污染。

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現在，普通型灌裝機市場已逐步被國產設備占領，使用進口的已經很少。因為其技術已經很接近。在純生啤酒生產線使用的衛生型灌裝機方面，進口設備還占有一定的市場份額，但隨著國內的技術不斷發展與成熟，進口衛生型灌裝機數量呈下降趨勢，取而代之的是國產設備，衛生型灌裝機市場競爭相當激烈，目前已經處在白熱化狀態。

國產衛生型灌裝機走過了一條曲折的發展道路，開始是仿造德國KHS的衛生型電子閥灌裝機，但由于其關鍵的液位檢測控制系統難度很大，技術上難以攻破，灌裝液位精度一直不理想。廣東輕工機械二廠有限公司對該項目進行了深入研究，轉換思路，經過不斷努力，終于在2004年研究開發出具有自主知識產權和核心技術的新一代衛生型機械閥純生啤酒灌裝機，并在2004年北京中國國際啤酒、飲料制造技術及設備展覽會上展出，獲得了市場的廣泛認同。目前該產品已售出7臺，投入使用的有5臺。從客戶使用情況反映，各項指標均達到要求，尤其從實測的微生物指標來看，完全能夠滿足純生啤酒的生產要求。此項目的成功，為中國開辟了一條低成本純生啤酒灌裝的新路，對啤酒行業來說意義重大。

（4） 殺菌機

目前，國內殺菌機常用類型有步移式及鏈網式兩種，步移式殺菌機幾年前在市場上一直占主流地位。目前有逐步被鏈網式殺菌機取代的趨勢。步移式殺菌機銷售份額已經很小，這兩種殺菌機制造成本相差不大，由于鏈網式殺菌機調整好后一般情況下不易損壞，平時不需要特別的維護，維護工作量要比步移式的小得多。所以上述所說的趨勢變化是用戶理性選擇的結果。

在殺菌PU值控制方面，國產設備已經采用了具有模糊邏輯運算功能的控制系統進行PU值自動控制，而且還在高溫及保溫區配置了冷水添加降溫系統，使得PU值控制精度得到很大提高，而且大大地減少了因為堵瓶停機造成的PU值非正常增加的現象。

1.2 發展方向

（1） 節能

隨著國內外能源日趨緊張，可用資源隨著時間的推移不斷減少。煤、油、電、水價格不斷攀升，節能既是擺在每一個行業面前的重要任務，也是未來技術發展的方向

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生產線系統節能：

啤酒包裝生產線是一個消耗水、電、汽比較多的系統。部分生產用水循環利用，作為殺菌機及洗瓶機堿槽用水，這點國內有個別廠家已經在考慮。

洗瓶機的溢流熱水可作為洗箱機用水。現在國內外少數廠家已經采用。

加熱器的蒸汽冷凝水集中回收，返送給鍋爐作為蒸發用水，這點國外已普遍采用。加強回收瓶管理，改善回收瓶存放條件，從而降低洗瓶機的堿耗及水耗

（2）節能型設備研究開發

前幾年，國外開發出一種節能型殺菌機，其耗水量比普通殺菌機要少一半，國外已經推廣使用。在國內有兩個廠家使用這種進口殺菌機，效果很好。現在國內的設備廠家也正在研究開發這種設備。相信今后隨著技術的不斷進步，會開發出更多、更好的節能型國產啤酒設備。

從去年開始，大多數廠家采購都傾向于選擇36,000瓶/時和40,000瓶/時啤酒灌裝生產線。從市場銷售情況看，36,000瓶/時和40,000瓶/時啤酒灌裝生產線的銷售量已經超過24,000瓶/時啤酒灌裝生產線，購買20,000瓶/時啤酒灌裝生產線的廠家更少。這是一個理性的趨勢，今后還會朝著這個方向發展。因為，中國的人才成本不斷攀升，廠房所用的土地及建筑用材價格不斷提升。除此之外，國內的技術及制造水平也不斷提高，36,000瓶/時和40,000瓶/時啤酒灌裝生產線技術已相對成熟，國內的瓶、箱等產品的質量也相應提高，所以這種選擇是必然的，今后的下一個發展目標是48,000瓶/時、56,000瓶/時啤酒灌裝生產線。

（3）快速更換

由于市場的需要，啤酒的包裝向多樣化方向發展，以前常用的640ml、360ml的瓶裝規格已經滿足不了市場的競爭需要，現在一家啤酒廠就有10多種包裝形式。作為設備廠家也必須適應市場的需要，一條啤酒包裝生產線同時應滿足多種包裝規格的要求，這樣就給我們帶來了一個新課題，就是解決在更換瓶種、箱種時，相關包裝設備的附件以最短的時間完成更換，減少非生產時間，這種技術我們稱之為快速更換。這種技術在國外被視為是很重要的，而且發展得很快。相比之下，以前國內對這種技術重視不夠，現在國內設備廠家已經開始認識到這一點，研發工作正在起步。

（4）人性化設計

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要保證一條包裝生產線或者一臺機器良好運行，除了其本身的質量外，還有一個重要因素，那就是操作者。我們設計者搞開發研究時除了要考慮機器本身，也應該考慮提供給操作者一個舒適、方便的操作環境。這樣才能把操作者的主觀能動性調動起來，實現機器效率最大化。在這方面的研究國內要比先進國家落后很多，有待我們今后進一步研究和解決。

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2 啤酒灌裝機控制系統的總體設計

2.1 電氣控制系統

（1） 概述：電氣控制系統一般稱為電氣設備二次控制回路，不同的設備有不同的控制回路，而且高壓電氣設備與低壓電氣設備的控制方式也不相同。

（2） 系統組成：

電源供電回路，供電回路的供電電源有AC380V和220V等多種。

保護回路，保護(輔助)回路的工作電源有單相220、36V或直流220、24V等多種，對電氣設備和線路進行短路、過載和失壓等各種保護，由熔斷器、熱繼電器、失壓線圈、整流組件和穩壓組件等保護組件組成。

信號回路，能及時反映或顯示設備和線路正常與非正常工作狀態信息的回路，如不同顏色的信號燈，不同聲響的音響設備等。

自動與手動問路，電氣設備為了提高工作效率，一般都設有自動環節，但在安裝、調試及緊急事故的處理中，控制線路中還需要設置手動環節，通過組合開關或轉換開關等實現自動與手動方式的轉換。

制動停車回路，切斷電路的供電電源，并采取某些制動措施，使電動機迅速停車的控制環節，如能耗制動、電源反接制動，倒拉反接制動和再生發電制動等。

自鎖及閉鎖同路，啟動按鈕松開后，線路保持通電，電氣設備能繼續工作的電氣環節叫自鎖環節，如接觸器的動合觸點串聯在線圈電路中。兩臺或兩臺以上的電氣裝置和組件，為了保證設備運行的安全與可靠，只能一臺通電啟動，另一臺不能通電啟動的保護環節，叫閉鎖環節。如兩個接觸器的動斷觸點分別串聯在對方線圈電路中。

2.2 確定灌裝機的功能與應用范圍

（1）用途：灌裝瓶裝啤酒。

（2）規格：灌裝瓶容量為640Lm，空瓶為670Lm。

（3）灌裝方式：常壓式灌裝。

（4）常壓式灌裝，是在大氣壓下直接靠被灌液料的自重流入包裝容器內的灌裝方式。常壓式灌裝的工藝過程為：

A. 進液排氣，即液料進入容器，同時容器內的空氣被排出。

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B. 停止進液，即容器內的液料達到定量要求時，進液自動停止。

C. 排除余液，即排除管道中的殘余液料。

（5）設計要求：對灌裝機進行優化改進，在生產率、可靠性、使用壽命和噪聲等方面都應有明顯改進。

2.3 灌裝機的工藝分析

（1）確定機械類型

工位：啤酒生產批量大，灌裝機工作動作多，故選用多工位灌裝機。

運動形式：灌裝機分為直線型和旋轉型2種，而啤酒灌裝機都是采用旋轉型灌裝機進行灌裝，且是連續型灌裝工作方式，故采用旋轉型連續灌裝機。

（2）確定灌裝程序，工位數

灌裝程序：啤酒空瓶由進瓶機構傳送至升降瓶機構上，升降瓶機構控制瓶子升降，升瓶灌裝完成后，降瓶由撥瓶機構傳送出去。即進瓶——升瓶——灌裝——降瓶——出瓶。

工位數：由于啤酒灌裝是大批量生產，所以要求工位數多，在結構合理且提高生產效率的基礎上采用多的工位，故選用24工位。

（3）對執行構件的運動要求

啤酒瓶升降機構：對于旋轉型灌裝機，通常是借助分件供送螺桿將瓶

下圖為灌裝機的現場圖：

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圖2-1 灌裝機的罐裝圖

2.3 灌裝機控制系統的總體設計

對于一個控制系統，你要充分考慮到每一個機械上的器件，要達到的控制要求，做電氣控制這一塊的要與做機械的那方面保持高度一致，因為最后整個系統運行起來是要控制和機械兩方面的，根據不同的控制要求，選擇不同規格的器件，跟做機械的人商量好該安裝什么型號的比較合適，一旦機械上做好了，想改的話是很難該的，返工浪費精力和時間。

一般談一個項目有以下幾個過程：根據對方的控制要求，要實現的功能，以公司的技術力量去衡量能不能去實現；針對對方的要求，制定報價表，跟對方談價錢，合適的話這個單子就接下；談妥之后，就可以開始設計了，根據實地情況，要達到的要求，擬定方案；開始設計，選用電氣柜，選用電氣柜里的器件，以及編寫程序；電氣柜接好后，運到現場，與現場的機械進行連線；然后進行調試。

對于本次的灌裝機的電氣控制，我們也是按照上述的步驟，一步一步弄下來，這次的啤酒生產流水線是兩條線，一條是三萬六，還有一條是四萬（三萬六和四萬是指機器正常工作下的每小時出酒量），這個項目也是通過報價、設計、出圖、編寫程序，接電氣柜、到現場進行安裝調試這一系列的過程。

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下圖為電氣控制柜的現場圖：

圖2-2 電氣控制柜1

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圖2-3 電氣控制柜2

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3 啤酒灌裝機控制系統的硬件選型

3.1 PLC的選型（三菱PLC）

3.1.1 三菱PLC的產品系列

FX1S系列:三菱PLC是一種集成型小型單元式PLC。且具有完整的性能和通訊功能等擴展性。如果考慮安裝空間和成本是一種理想的選擇。

FX1N系列:是三菱電機推出的功能強大的普及型PLC。具有擴展輸入輸出，模擬量控制和通訊、鏈接功能等擴展性。是一款廣泛應用于一般的順序控制三菱PLC。

FX2N系列:是三菱PLC是FX家族中最先進的系列。具有高速處理及可擴展大量滿足單個需要的特殊功能模塊等特點，為工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。

FX3U:是三菱電機公司新近推出的新型第三代三菱PLC,可能稱得上是小型至尊產品。基本性能大幅提升，晶體管輸出型的基本單元內置了3軸獨立最高100kHz的定位功能，并且增加了新的定位指令，從而使得定位控制功能更加強大，使用更為方便。

FX1NC FX2NCFX3UC三菱PLC:在保持了原有強大功能的基礎上實現了極為可觀的規模縮小I/O型接線接口降低了接線成本，并大大節省了時間。

Q系列三菱PLC:三菱機公司推出的大型PLC,CPU類型有基本型CPU，高性能型CPU，過程控制CPU,運動控制CPU,冗余CPU等。可以滿足各種復雜的控制需求。三菱電機中國事業的快速發展，為了更好地滿足國內用戶對三菱PLC，Q系列產品高性能、低成本的要求，三菱電機自動化特推出經濟型QUTESET型三菱PLC，即一款以自帶64點高密度混合單元的5槽Q00JCOUSET；另一款自帶2塊16點開關量輸入及2塊16點開關量輸出的8槽Q00JCPU-S8SET，其性能指標與Q00J完全兼容，也完全支持GX-Developer等軟件，故具有極佳的性價比。

A系列三菱PLC: 使用三菱專用順控芯片（MSP），速度/指令可媲美大型三菱PLC;A2ASCPU支持32個PID回路。而QnASCPU的回路數目無限制，可隨內存容量的大小而改變；程序容量由8K步至124K步，如使用存儲器卡，QnASCPU則內存量可擴充到2M字節；有多種特殊模塊可選擇，包括網絡，定位控制，高速計 共 41 頁 第 15 頁

數，溫度控制等模塊。

3.1.2 三菱PLC主要特點

結構靈活：

不受環境的限制，有電即可組建網絡，同時可以靈活擴展接入端口數量，使資源保持較高的利用率，在移動性方面可與WLAN媲美。

傳輸質量高、速度快、帶寬穩定：

可以很平順的在線觀賞DVD影片，它所提供的14Mbps帶寬可以為很多應用平臺提供保證。最新的電力線標準HomePlug AV傳輸速度已經達到了200Mbps；為了確保QoS，HomePlug AV采用了時分多路訪問（TDMA）與帶有沖突檢測機能的載體偵聽多路訪問（CSMA）協議，兩者結合，能夠很好地傳輸流媒體。

范圍廣：

無所不在的電力線網絡也是這種技術的優勢。雖然無線網絡可以做到不破墻，但對于高層建筑來說，其必需布設N多個AP才能滿足需求，而且同樣不能避面信號盲區的存在。而電力線是最基礎的網絡，它的規模之大，是其他任何網絡無法比擬的。由此，運營商就可以輕松地把這種網絡接入服務滲透到每一處有電力線的地方。這一技術一旦全面進入商業化階段，將給互聯網普及帶來極大的發展空間。終端用戶只需要插上電力貓，就可以實現因特網接入，電視頻道接收節目，打電話或者是可視電話。

低成本：

充分利用現有的低壓配電網絡基礎設施，無需任何布線，節約了資源。無需挖溝和穿墻打洞，避免了對建筑物、公用設施、家庭裝潢的破壞，同時也節省了人力。相對傳統的組網技術，PLC成本更低，工期短，可擴展性和可管理性更強。目前國內已開通電力寬帶上網的地方，其包月使用費用一般為50-80元/月左右，這樣的價格和很多地方的ADSL包月相持平。

適用面廣：

PLC作為利用電力線組網的一種接入技術，提供寬帶網絡“最后一公里”的解決方案，廣泛適用于居民小區，酒店，辦公區，監控安防等領域。它是利用電力線作為通信載體，使得PLC具有極大的便捷性，只要在房間任何有電源插座的地方，不用撥號，就立即可享受4.5~45Mbps的高速網絡接入，來瀏覽網頁﹑撥 共 41 頁 第 16 頁

打電話，和觀看在線電影，從而實現集數據、語音、視頻，以及電力于一體的“四網合一”。

3.1.3 三菱FXPLC的特點

三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相當FX系列中最高檔次的超小程序裝置，除輸入出16～25點的獨立用途外，還可以適用于多個基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。特點--系統配置即固定又靈活；編程簡單；備有可自由選擇，豐富的品種；令人放心的高性能；高速運算；使用于多種特殊用途；外部機器通訊簡單化；共同的外部設備。

3.1.4 三菱PLC的最終選型

根據現場設備控制要達到的要求，以及電氣柜里控制的需求，我選用的是三菱FX1N-60MR型號的PLC。該型號的PLC的輸入點為36，24點繼電器輸出并且為直流供電。出了這個還有一些輔助模塊，根據控制量的點的個數決定還需要多少輔助模塊。

圖3-1 現場PLC實圖

3.2 變頻器的選型

（1）變頻器的工作原理

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主電路是給異步電動機提供調壓調頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 它由三部分構成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。

（2）變頻器的作用

變頻器集成了高壓大功率晶體管技術和電子控制技術，得到廣泛應用。變頻器的作用是改變交流電機供電的頻率和幅值，因而改變其運動磁場的周期，達到平滑控制電動機轉速的目的。變頻器的出現，使得復雜的調速控制簡單化，用變頻器+交流鼠籠式感應電動機組合替代了大部分原先只能用直流電機完成的工作，縮小了體積，降低了維修率，使傳動技術發展到新階段。變頻器可以優化電機運行，所以也能夠起到增效節能的作用。根據全球著名變頻器生產企業ABB的測算，單單該集團全球范圍內已經生產并且安裝的變頻器每年就能夠節省1150億千瓦時電力，相應減少9,700萬噸二氧化碳排放，這已經超過芬蘭一年的二氧化碳排放量。

（3）變頻器的選型

依據電機的要求，根據它的工作功率，我選擇的品牌是SIEMENS/西門子，產品系列:M440，型號:6SE6440-2UD27-5CA，額定電壓:單相/三相AC220（V），適配電機功率:3.7（kW），額定電流:19A（A）。

M440采用模塊化結構設計，調試簡單，便捷，具有6個可編程的帶電位隔離的數字輸入，2個模擬輸入，2個可編程模擬輸入和3個可編程繼電器輸出。

M440變頻器尤其適用于吊車和起重系統、立體倉儲系統、食品、飲料和煙草工業以及包裝工業的定位系統

下圖為本產品的實圖：

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圖3-2 變頻器的實圖

3.3 觸摸屏的選型

（1）觸摸屏的工作原理：

為了操作上的方便，人們用觸摸屏來代替鼠標或鍵盤。工作時，我們必須首先用手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統根據手指觸摸的圖標或菜單位置來定位選擇信息輸入。觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成；觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，接受后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉換成觸點坐標，再送給CPU，它同時能接收CPU發來的命令并加以執行。

（2）觸摸屏的主要類型

從技術原理來區別觸摸屏，可分為五個基本種類：矢量壓力傳感技術觸摸屏、電阻技術觸摸屏、電容技術觸摸屏、紅外線技術觸摸屏、表面聲波技術觸摸屏。其中矢量壓力傳感技術觸摸屏已退出歷史舞臺；紅外線技術觸摸屏價格低廉，但其外框易碎，容易產生光干擾，曲面情況下失真；電容技術觸摸屏設計構思合理，但其圖像失真問題很難得到根本解決；電阻技術觸摸屏的定位準確，但其價格頗 共 41 頁 第 19 頁

高，且怕刮易損；表面聲波觸摸屏解決了以往觸摸屏的各種缺陷，清晰不容易被損壞，適于各種場合，缺點是屏幕表面如果有水滴和塵土會使觸摸屏變的遲鈍，甚至不工作。按照觸摸屏的工作原理和傳輸信息的介質，我們把觸摸屏分為四種，它們分別為電阻式、電容感應式、紅外線式以及表面聲波式。每一類觸摸屏都有其各自的優缺點，要了解哪種觸摸屏適用于哪種場合，關鍵就在于要懂得每一類觸摸屏技術的工作原理和特點。

（3）觸摸屏的選型

根據現場的需要，我選擇了5.7英寸三菱的觸摸屏，具體型號為GT1150-QLBD-C。

有如下特點：

種類：TFT彩色觸摸屏；

畫面尺寸：5.7英寸；

分辨率：320*240(點）；

顯示尺寸：115（W）*86（H）（mm）；

顯示顏色：單色（白/藍）16級灰度；

外型尺寸：164(W)*135(H)*56(D)(mm)；

面板開孔尺寸：153(W)*121(H)(mm)；

重量：0.7KG；

輸入電源電壓：DC24V(+10%、-15%) 脈動電壓200mV以下；

技術指標:

型號：GT1150-QLBD-C；種類：TFT彩色觸摸屏；畫面尺寸：5.7英寸；分辨率：320*240(點）；顯示尺寸：115（W）*86（H）（mm）；顯示顏色：單色（白/藍）16級灰度；外型尺寸：164(W)*135(H)*56(D)(mm)；面板開孔尺寸： 共 41 頁 第 20 頁

153(W)*121(H)(mm)；重量：0.7KG；輸入電源電壓：DC24V(+10%、-15%) 脈動電壓200mV以下；品牌：MITSUBISHI/三菱；產地：日本。

3.4 電氣控制柜中的元器件

下圖為本次電氣控制柜的詳細硬件選型表

序號

1

名稱

空開

規格型號

DZ20Y-100A 帶門連鎖

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

自動空氣開關

自動空氣開關

自動空氣開關

自動空氣開關

自動空氣開關

變頻器

變頻器

變頻器

接觸器

熔斷器

溫控表

可編程序控制3VE1015- 10-16A

3VE1015- 1-1.6A

3VE1015- 2.5-4A

3VE1015- 1.6-2.5

E9 1P C10A

E9 3P C16A

三菱 5.5K

三菱 3.7K

三菱 1.5K

3TB40 DC24V

3TB42 DC24V

RT18 4A

FX1N-60MR

2

4

1

1

8

1

1

1

1

8

1

4

2

1

北京機床廠

北京機床廠

北京機床廠

北京機床廠

梅蘭日蘭

梅蘭日蘭

主電機

擰蓋主電機

擰蓋輸送

沈陽213

沈陽213

配4A熔心

機械配

三菱

數量

1

品牌

總空開

共 41 頁 第 21 頁

器

16

17

18

19

觸摸屏

觸摸屏連接電纜

20

21

22

中間繼電器

單眼按鈕盒

分線盒

按鈕 開關 指示燈

23

24

25

26

27

28

29

30

接近開關

型號待定

接近開關

NI35-CP40-AN6X

接近開關

風扇

端子

開關電源

接近開關

S-350-DC24V

BI5-G18K-AN6X

1套

1批

1

6

MY2NJ DC24V

250*150*105

見圖紙

12

1

1

1批

FX2N-8EYR

FX2N-8EX

GT1150-QBBD25M-C

GT01-C300R4-8P 25M

1

1

1

1

PLC--觸摸屏

蓋升降 蓋滑道 料斗有無

BI10-G30SK-AN6X 3

堵瓶

滿瓶

3

同步 有無瓶 破瓶

1

共 41 頁 第 22 頁

31

32

33

34

35

36

37

限位開關

HL5000

光電開關

E3Z-R61

光電開關

料斗有無蓋

原有待確認

E3JIK-R4M1 2

缺瓶 擰蓋進瓶滿

2

擰蓋下蓋滑道

3

OMRON

擰蓋限位開關

共 41 頁 第 23 頁

4 啤酒灌裝機控制系統的軟件設計

4.1 啤酒灌裝機控制系統

控制系統的結構圖如下：

4.2 控制系統程序設計

PLC控制器的程序設計重點和核心是圍繞著酒缸的旋轉速度控制和酒缸上60個瓶位相關位置的檢測移位、破瓶、空瓶瓶位相關位置的檢測移位和相關灌裝閥等的控制。其中的瓶位移位檢測程序中，采用了三菱PLC位左移指令，驅動執行條件輸入每一次由OFF-ON變化時，執行N2位移動，N2為移動的位數。

(1) 瓶位移位子程序

413 LD X055;機器計數脈沖測量檢測輸入點

414 PLS M49;主電機轉速測量檢測輸入點取上升沿微分后的位M49

416 PLF M301;主電機轉速測量檢測輸入點取下降沿微分后的位M301

418 LDI M590;進瓶個數檢測

419 ANI X005;連鎖保護點

共 41 頁 第 24 頁

420 ANI X006;緊急停車保護

421 OUT M50;進瓶瓶位是否有瓶檢測

422 LD M49;主電機轉速測量檢測輸入點

423 SFTL M50 M500 K60 K1：瓶位移位檢測，采用PLC位左移指令，這條指令是整個子控制程序的核心之一，主電機和瓶位檢測開關同步檢測移動的酒瓶，主電機每轉一周，正好對應酒缸轉過一個瓶位，PLC內部單元內對應這60個瓶位的單元為M500~M559，單元個數用第一個字母K設置為K60，每次變化一位用第二個字母K設置為K1，M50反應了瓶位的空、缺位置，并將檢測到的這個位置以電機轉速的頻率移位下去，在內部相應的 單元內置“1”或“0”，控制相應的閥門和攪拌瓶蓋的電機的開與停。系統在連續檢測90個空瓶位后，停止攪拌瓶蓋的電機的運行，檢測瓶位的個數可以根據用戶的要求任意設定。

432 LD X052：出瓶位檢測

回轉酒缸通過壓力往瓶內背壓裝酒的過程中，空瓶在背壓后，可能由于瓶子本身裂紋等原因導致突然爆瓶，這就需要檢測出爆瓶瓶子的位置，在這個瓶位的位置進行打開吹掃電磁閥，噴出壓縮空氣，將瓶位上的碎瓶片吹離位置，在連續吹掃幾個瓶位后，在打開噴射電磁閥，噴射出高壓水注，在對破瓶位置周圍瓶位連續噴射幾個瓶位。

(2) 實現爆瓶檢測、控制的步進控制

482 LD X055;機器計數脈沖測量檢測輸入點

483 PLS M49;主電機轉速測量檢測輸入點取上升沿微分后的位M49

485 PLF M309;主電機轉速測量檢測輸入點取下降沿微分后的位M309

486 LDI M70;破瓶位置檢測

487 ANI M071;連續破瓶位置檢測

488 ANI X052;進瓶位置

489 SFTL M52 M600 K20 K1

破瓶檢測和瓶位檢測開關同步檢測移動的破瓶，主電機每轉一周，正好對應酒缸轉過一個瓶位，PLC內部單元內對應這20個破瓶位的單元為M600~M619，單元個數用第一個字母K設置為K20，每次變化一位用第二個字母K設置為K1，M52反應了破瓶的位置，并將檢測到的這個位置以電機轉速的頻率移位下去，在內部 共 41 頁 第 25 頁

相應的 單元內置“1”或“0”，控制相應的噴射和吹掃電磁閥開與停。連續噴射和吹掃電磁閥的開聽、停時間可以根據工藝要求任意設定。

詳細的程序請查看附錄。

共 41 頁 第 26 頁

5 啤酒灌裝機控制系統的安裝調試

5.1現場安裝

等上面的一切都準備好了，就可以到現場進行安裝了，安裝就是將接好的電氣柜與外部的機械進行連接，做好的電氣柜里面的控制端都是接在端子排上面的，這樣到了現場只需拉好線，將線的一端接到電氣柜里的端子排上，還有一端就是接在機器上面，這樣電氣柜里面的控制端就可以對現場的設備進行控制，現場的設備也可以反饋信號給電氣柜里。

到了現場，還要往機械上面安裝一些傳感器，用以收集并反饋信號，比如：限位開關、光電開關、溫度傳感器、壓力傳感器、液位傳感器、電磁閥等一些模擬量，這些器件將收集到的信號反饋給PLC，作為輸入信號用以控制相應的動作。在與現場器件的連線中，會有不少的分線盒，分線盒有益于以后設備出現問題后的檢修，也比較方便于接線，放一根多芯線到分線盒，然后機械上好多器件的連線可以就近的拉到這個分線盒，這樣很方便，也避免了線的雜亂。還要安裝的是一個觸摸屏，在觸摸屏上可以直接控制機械的動作，通過觸摸屏軟件可以很簡潔的進行操作。

本次的啤酒灌裝機控制電氣柜如下圖：

共 41 頁 第 27 頁

圖5-1 現長安裝圖1

共 41 頁 第 28 頁

圖5-2 現場安裝圖2

共 41 頁 第 29 頁

5.2 現場調試

將編好的程序下載到PLC中，在做觸摸屏的程序時，有一個點動的界面，剛開始是對每個開關量進行單個點動的運行，在做這個觸摸屏界面時，對要事先進行點動操作的開關量做一個模擬按鍵，可以通過PLC接通，從而對PLC的輸出點進行校對，比如：將主電機通電，看是否動作，將想要校對的量一一的進行調試。當所有的點都對上了后，就可以將開關打到自動擋，整個過程就由程序來控制，調試時要特別注意機械的動作，一有動作錯誤的地方就拍下急停按鈕，然后查找錯誤，知道所有都正確，機器可以正常的運作。

在調試灌裝機時，也遇到了不少的問題。灌裝機里有一個過程是送蓋，就是通過吸力將箱中的瓶蓋吸到上面，再送到壓蓋料斗那邊，剛開始開的時候，瓶蓋吸不上去，查看之后是機械制作方面的問題，有地方透氣，最后弄好了；壓蓋料斗就是將送來的瓶蓋往灌好液體的瓶子上蓋，當動起來的時候，那個上面的吸蓋跟著瓶蓋也壓在瓶子上了，正常情況下是不應該這樣的，最后也解決了這個問題。在電氣柜的調試時就是對點的時候出現了點問題，別的沒有什么問題。

共 41 頁 第 30 頁

結論

本次的論文主要講訴的是用PLC來控制啤酒流水線中灌裝機的運行，通過從報價、設計、安裝、調試等整個過程對這個項目進行闡述，一個完整的項目基本上就是這樣做下來的。想現在這樣用PLC實現自動控制的項目越來越多，PLC的運用也是越來越廣泛，不僅僅不是啤酒生產流水線，還有電鍍的流水線，可樂生產流水線等很多的項目。我這次論文中做的罐裝機項目是一條啤酒生產流水線中很重要的一個環節，它的運行情況決定了整條線的質量，所有這個項目很有意義。

共 41 頁 第 31 頁

致謝

本論文從選題到完稿，都是在指導老師悉心指導和同學的幫助下下完成的。指導老師在工作上謹慎作風對我影響很深，使我在寫此論文的過程中嚴格要求自己，認真做好每一個細節問題。這種作風將是我以后學習和工作的最好指引。 在此謹向指導老師致以及同學以最真摯的感謝！

共 41 頁 第 32 頁

參考文獻

1、廖常初，可編程控制器應用技術（第三版）、重慶：重慶大學出版社，1998

2、廖常初，PLC梯形圖程序的設計方法與技巧、電工技術，1998-1999

3、廖常初 周林，PLC的功能指令、電工技術，1999-2000

4、張立科，PLC應用開發技術與工程實踐、北京：人民郵電出版社，2005.1

5、周國珍，PLC分析與設計應用、北京：電子工業出本社，2004

6、郭瓊，PLC應用技術、北京：機械工業出本社，2009

7王衛兵，可編程控制器原理及應用、北京:機械工程出版社,1998

8陳立定，電氣控制與可編程控制器、廣州:華南理工大學出版社,2001

9劉敏，可編程控制技術、北京:機械工業出版社，2001

10張鳳珊，電氣控制及可編程控制器、北京:中國輕工業出版社，1995

11王兆義，小型可編程控制器實用技術、北京:機械工程出版社,2003

共 41 頁 第 33 頁

附錄

啤酒灌裝機的控制程序如下：

共 41 頁 第 34 頁

共 41 頁 第 35 頁

共 41 頁 第 36 頁

共 41 頁 第 37 頁

共 41 頁 第 38 頁

共 41 頁 第 39 頁

共 41 頁 第 40 頁