喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 一、選題依據(jù) 1、研究領域 機械結構設計、CAD 2、論文（設計）工作的理論意義和應用價值 灌裝飲料在國際市場上的迅速發(fā)展，對飲料生產(chǎn)技術的進一步開發(fā)與研究，起到一定的推動作用，事實上，液體產(chǎn)品及飲料的生產(chǎn)技術中，灌裝是重要的環(huán)節(jié)，而灌裝技術和設備的優(yōu)劣則直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，進而影響整體的生產(chǎn)效益。為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量，各種先進的灌裝系統(tǒng)不斷的得到開發(fā)研究。灌裝設備設計的基礎概念， 以衛(wèi)生為首要從生產(chǎn)及經(jīng)濟效益來看，能準確快捷地把產(chǎn)品灌裝到容器里是至關重要的。 目前人們對于食品衛(wèi)生的要求不斷提高，因此自動化的食品灌裝變得越來越普遍和重要，而如何提高灌裝的精度，降低灌裝過程中的損耗是食品灌裝行業(yè)的研究方向。如何進行液體定量灌裝是一項有實際應用價值的技術，其發(fā)展直接影響到關鍵機構運行的穩(wěn)定性和精確性。同時，液體定量灌裝也帶來了巨大的經(jīng)濟效益：（1）改善產(chǎn)品質(zhì)量，加強市場競爭能力；（2）能改善勞動條件，避免污染危害環(huán)境；（3）能節(jié)約原材料減少浪費，降低成本；（4）能提高生產(chǎn)效率，加速產(chǎn)品的不斷更新。 3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢 在現(xiàn)代科學技術的突飛猛進的進步下，帶動了機械行業(yè)的飛速發(fā)展，同時隨著自動化和智能化技術在機械行業(yè)中的廣泛應用，使得人類社會快速的步入到自動化時代，灌裝機行業(yè)也因此受益匪淺。灌裝機械屬于包裝機械中的一種機械，它的發(fā)展是在我國改革開放以后快速發(fā)展起來的一個新的機械行業(yè)，隨著人們生活需求，包裝機械每年都以較快的速度增長，給包裝機械的成長帶來了無限前景。 從灌裝機技術角度來看，主要表現(xiàn)在科技含量高、可靠性強，全自動化控制和生產(chǎn)效率高等特點。在加工過程中實時在線檢測裝置和計量裝置配備齊全，實現(xiàn)自動檢測各項參數(shù)指標、計量精確無誤。灌裝機械是集成了機、電、氣、光、磁為一體機械設備，其中德國占有該領域較好的主導地位。 就生產(chǎn)效率方面來看美、日、德、意作為世界四大包裝機械制造強國，都比較重視用戶和市場需要，其以增加生產(chǎn)率作為設備制造的重要目標。德國目前飲料灌裝速度可高達 1200 瓶/h，香煙包裝 12000 支/min。集制袋、稱重、充填、抽真空、封口等 與一體的世界上最高速的茶葉包裝機械速度達到 350 袋/min。意大利生產(chǎn)的小劑量 顆粒包裝機采用機械轉(zhuǎn)鼓式計量，連續(xù)式封合并裁切，一機多工位，包裝速度可達 120 袋/min。以啤酒飲料灌裝設備為例由德國克朗斯公司制造的易拉罐包裝線能實現(xiàn)高達 7.2 萬瓶/h。 國外設計師所設計的灌裝機械力求零部件不斷減少、產(chǎn)品的可靠性不斷提高、產(chǎn) 9 品的成本逐漸下降，隨著灌裝設備結構的不斷簡化，使得設備的操作及維修更加方便。例如，德國的貼標機大大的減少了轉(zhuǎn)換部件數(shù)量，設備的使用和維護更加方便。 灌裝的計量方式和灌裝機的控制方式的技術的發(fā)展水平很好的展示了我國灌裝機械制造的進步，其計量方式的發(fā)展經(jīng)歷了從固定的氣缸驅(qū)動計量到現(xiàn)代的脈沖控制伺服電機的轉(zhuǎn)動來計量，使得計量更加準確，計量大小的規(guī)格適合產(chǎn)品的靈活多變。灌裝機的控制方式從傳統(tǒng)的按鈕和繼電器控制到觸摸屏和可編程邏輯控制器（PLC） 程序控制，這些技術的發(fā)展都體現(xiàn)出了灌裝機技術的提高和進步。經(jīng)過近幾十年的技術不斷提升，我國灌裝機行業(yè)取得了一定的成績，灌裝機械的發(fā)展來看，走的是一條典型的“引進技術、消化吸收、自主創(chuàng)新、逐步國產(chǎn)化”的道路。國內(nèi)灌裝機生產(chǎn)廠家大多在仿制的基礎上通過結合高新技術，發(fā)展出了自己的特色 近年來，我國的灌裝機械不斷地向高自動化程度及高集成性方向發(fā)展，結構上， 在不影響產(chǎn)品功能的前提下，力求結構的簡單；控制系統(tǒng)上，逐步的實現(xiàn)從繼電器控制向 PLC 控制轉(zhuǎn)換；同時為了操作更加方便，觸摸屏越來越多地被使用。國內(nèi)灌裝機械在技術進步及創(chuàng)新不斷提高加快的情形下，漸漸地與國外先進技術間的差距越來越小[3]。 然而，羅金剛指出[5]我國的灌裝機械與國外的灌裝機械仍然存在著差距： （1）在產(chǎn)品的結構方面，我國的灌裝機械的性能相比于國外的灌裝機產(chǎn)品的質(zhì)量要低，且灌裝機的穩(wěn)定性和可靠性較差，外觀造型不夠美觀。 （2）國外灌裝機電氣元件選用較為優(yōu)良，國內(nèi)灌裝機選用的元器件中較多質(zhì)量差， 壽命短，可靠性低，從而影響了產(chǎn)品整體的質(zhì)量。 （3）國產(chǎn)灌裝機機械性能較為落后，大多速度慢、結構的穩(wěn)定性差、灌裝精度低； 另外很大一部分國內(nèi)灌裝機的控制水平低、自動性差、故障率較高。 灌裝機械未來的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)以下幾個方向： （1）灌裝機械設備趨向大型化。 （2）灌裝機械結構設計簡單合理。 （3）灌裝設備向多功能化發(fā)展。 （4）灌裝機械向光、機、電、氣、磁一體化方向發(fā)展。 （5）運行速度高速化、高產(chǎn)量。 （6）設計綠色化。 （7）智能化。 總之，我們需要引進、消化、吸收國外先進技術，并結合國內(nèi)灌裝機的優(yōu)勢走創(chuàng)新的道路，加強相關技術的研發(fā)，這樣我國灌裝機才能得到進一步發(fā)展，才能追趕上甚至超越其他國家，以此在世界上占有舉足輕重的地位。 二、論文（設計）研究的內(nèi)容 1.重點解決的問題 （1）灌裝機構的方案設計 （2）灌裝機構的結構設計 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） （1）確定課題的研究目的，研究內(nèi)容，以及目前研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢； （2）灌裝閥的選擇：確定灌裝的結構，確定相關灌裝閥的主要參數(shù)； （3）導軌滑塊機構的確定：確定導軌滑塊機構的結構，確定相關的主要參數(shù)； （4）灌裝機構的工作原理及主要組成，進行罐裝機構的設計過程概述，確定灌裝機構的選擇； （5）進行灌裝機構主要部件的設計計算及校核：灌裝閥設計、導軌滑塊機構設計； （6）設計出灌裝機構的整體裝配圖。 3.本論文（設計）預期取得的成果 （1）一套完整的灌裝機構的裝配圖及零件圖； （2）一份灌裝機構設計說明書； （3）一篇外文文獻翻譯。 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）； （1）查閱、整理參考文獻，并結合一些具體事例，學習掌握灌裝機構的工作原理，進行灌裝機構方案設計。 （2）罐裝機構的設計、選型、校核計算。設計參數(shù)： 灌裝速度：60-100 瓶/分鐘灌裝定量：500ml 2.論文（設計）進度計劃 第 1-4 周 明確畢業(yè)設計任務，查閱并整理參考文獻撰寫開題報告。第 5 周 上交開題報告終稿，擬定定量灌裝機構設計方案。 第 6-7 周 動力系統(tǒng)和灌裝機構設計及組成元件選擇計算。 第 8 周 灌裝機構組成元件結構設計。第 9-10 周 繪制相關圖紙及校核計算。 第 11-12 周 繪制設計對象的 3D 圖紙并檢查修改所有設計圖紙。 第 13 周 書寫畢業(yè)設計說明書，翻譯與本設計相關的英文文獻。第 14 周 準備畢業(yè)設計答辯。 四、需要閱讀的參考文獻 [1] 袁守彬，王文武，王一冰，蘇陽.液體裝量自校正灌裝系統(tǒng)設計[J]. 長春工業(yè)大學 2015.06-0039-04 [2] 龔雨豪,祝熔杰,鄭秀麗. 精密定量灌裝進出料口的設計與分析[J]. 科技信 息,2013(20):142. 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Procedia Technology Volume 14,2014,(7)365-371 附：文獻綜述  文獻綜述 1、選題的目的和意義 灌裝飲料在國際市場上的迅速發(fā)展，對飲料生產(chǎn)技術的進一步開發(fā)與研究，起到一定的推動作用，事實上，液體產(chǎn)品及飲料的生產(chǎn)技術中，灌裝是重要的環(huán)節(jié)，而灌裝技術和設備的優(yōu)劣則直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，進而影響整體的生產(chǎn)效益。為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量，各種先進的灌裝系統(tǒng)不斷的得到開發(fā)研究。灌裝設備設計的基礎概念， 以衛(wèi)生為首要從生產(chǎn)及經(jīng)濟效益來看，能準確快捷地把產(chǎn)品灌裝到容器里是至關重要的。 目前人們對于食品衛(wèi)生的要求不斷提高，因此自動化的食品灌裝變得越來越普遍和重要，而如何提高灌裝的精度，降低灌裝過程中的損耗是食品灌裝行業(yè)的研究方向 [1]。龔雨豪等人指出[2]如何進行液體定量灌裝是一項有實際應用價值的技術。其發(fā)展 直接影響到關鍵機構運行的穩(wěn)定性和精確性。同時，液體定量灌裝也帶來了巨大的經(jīng)濟效益：（1）改善產(chǎn)品質(zhì)量，加強市場競爭能力；（2）能改善勞動條件，避免污染危害環(huán)境；（3）能節(jié)約原材料減少浪費，降低成本；（4）能提高生產(chǎn)效率，加速產(chǎn)品的不斷更新。 2、灌裝機的分類及組成灌裝機分類[4] 1）根據(jù)灌裝方法分類 （1）常壓灌裝機。在常壓下將液體產(chǎn)品充填到包裝容器內(nèi)的機器稱常壓灌裝機， 它只適宜灌裝低黏度不含氣體的液體產(chǎn)品，如白酒、醋、醬油等。 （2）負壓灌裝機。先將包裝容器抽氣形成負壓，然后再將液體產(chǎn)品充填到包裝容器內(nèi)的機器稱負壓灌裝機。 負壓灌裝機分為兩種： ○ 1 壓差式負壓灌裝機。儲液箱內(nèi)處于常壓，只對包裝容器抽氣使之形成負壓， 依靠儲液箱和待灌容器之間的壓力差將液體產(chǎn)品充填到包裝容器內(nèi)的機器，稱為壓差式負壓灌裝機。 ○ 2 重力式負壓灌裝機。將儲液箱和包裝容器都抽氣形成負壓，液體產(chǎn)品依靠本身的自重充填到包裝容器內(nèi)的機器，稱為重力式負壓灌裝機。 負壓灌裝機適用于灌裝含維生素的飲料、有毒的農(nóng)藥和化工試劑等。 （3）等壓灌裝機。先向包裝容器充氣，使其內(nèi)部的氣體壓力和儲液箱內(nèi)的氣體壓力相等。然后將液體產(chǎn)品充填到包裝容器內(nèi)的機器稱為等壓灌裝機。它適用于灌裝含汽飲料和含汽酒類，例如汽水、可口可樂、啤酒、汽酒等。它可以保證灌裝產(chǎn)品的 質(zhì)量和計量精度。 （4）壓力灌裝機。壓力灌裝機是利用外部的機槭壓力將液體產(chǎn)品充填到包裝容器內(nèi)的機器。它適用于灌裝黏稠性物料，例如牙膏、番前醬、豆瓣醬、香脂等。 2）根據(jù)灌裝機中包裝容器的傳送形式分類 （1）直線型灌裝機。在灌裝時，包裝容器由一個工位直線式間歇地運動到另一個工位，并在停歇時完成灌裝的機器稱直線型灌裝機。 （2）旋轉(zhuǎn)型灌裝機。這種類型的灌裝機在包裝容器進入灌裝工位后，圍繞工作臺回轉(zhuǎn)一周，作等速回轉(zhuǎn)運動，并完成灌裝。 灌裝機組成[6] 灌裝機主要由供料裝置、托瓶機構、托瓶升降機構、灌裝瓶高度調(diào)節(jié)機構等組成。定量灌裝分類： 定量灌裝技術在灌裝行業(yè)中應用廣泛，液體定量灌裝多用容積式定量法。肖世耀, 李湘?zhèn)ブ赋鯷10]常用的容積式定量法有控制液位定量法、定量杯定量法、定量泵定量法， 其中定量杯定量法是將液料先注入定量杯中，然后再進行灌裝的。要改變每次的灌裝量，只需改變調(diào)節(jié)管在定量杯中的高度或更換定量杯，這種方法避免了瓶子本身的制造誤差帶來的影響，故定量精度較高。 3、國內(nèi)外發(fā)展狀況 隨著現(xiàn)代社會科技的發(fā)展和人們物質(zhì)水平的提高，促進了包裝行業(yè)的高速發(fā)展， 也給包裝機械行業(yè)帶來史無前例的前景與挑戰(zhàn)。包裝機械是包裝工業(yè)的根本，其先進程度決定了包裝行業(yè)的發(fā)展水平。灌裝機械屬于包裝機械中的一種機械，它的發(fā)展是在我國改革開放以后快速發(fā)展起來的一個新的機械行業(yè)，隨著人們生活需求，包裝機械每年都以較快的速度增長，給包裝機械的成長帶來了無限前景[5]。 在灌裝設備上：就生產(chǎn)效率方面來看美、日、德、意作為世界四大包裝機械制造 強國，都比較重視用戶和市場需要，其以增加生產(chǎn)率作為設備制造的重要目標。德國目前飲料灌裝速度可高達 1200 瓶/h，香煙包裝 12000 支/min。集制袋、稱重、充填、 抽真空、封口等與一體的世界上最高速的茶葉包裝機械速度達到 350 袋/min。意大 利生產(chǎn)的小劑量顆粒包裝機采用機械轉(zhuǎn)鼓式計量，連續(xù)式封合并裁切，一機多工位， 包裝速度可達 120 袋/min。以啤酒飲料灌裝設備為例由德國克朗斯公司制造的易拉 罐包裝線能實現(xiàn)高達 7.2 萬瓶/h。 就設備結構上：國外設計師所設計的灌裝機械力求零部件不斷減少、產(chǎn)品的可靠性不斷提高、產(chǎn)品的成本逐漸下降，隨著灌裝設備結構的不斷簡化，使得設備的操作及維修更加方便。例如，德國的貼標機大大的減少了轉(zhuǎn)換部件數(shù)量，設備的使用和維護更加方便。 設備功能上：灌裝機對產(chǎn)品對象的適應性更廣，其市場競爭力逐步增強。同一臺 灌裝設備，可滿足不同液體以及不同容器規(guī)格的灌裝，其工藝范疇更廣。零部件更換也能夠適應封口形式的變化[3]。 我國灌裝設備的制造水平與發(fā)達國家相比還存在比較大的差距，國內(nèi)灌裝機生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模小，且很多生產(chǎn)企業(yè)主要還是靠引進國外的技術和生產(chǎn)線，或在此基礎上對同類產(chǎn)品進行仿造，有的企業(yè)的灌裝生產(chǎn)線的電氣設備控制系統(tǒng)還是傳統(tǒng)的繼電器一接觸器控制方式，生產(chǎn)效率低，響應慢，故障率高，可靠性差，且生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生二次污染，造成合格率低，生產(chǎn)成本增加[13]。目前國內(nèi)玻璃瓶灌裝機和易拉罐灌裝機都已經(jīng)達到 20 世紀 90 年代初的國際水平，生產(chǎn)能力可分別達到 12000~40000 瓶/ 小時和 18000~36000 罐/小時[9]。 從灌裝機技術角度來看，主要表現(xiàn)在科技含量高、可靠性強，全自動化控制和生產(chǎn)效率高等特點。在加工過程中實時在線檢測裝置和計量裝置配備齊全，實現(xiàn)自動檢測各項參數(shù)指標、計量精確無誤。灌裝機械是集成了機、電、氣、光、磁為一體機械設備，其中德國占有該領域較好的主導地位[5]。 國外對液體灌裝系統(tǒng)進行了大量研究，自動化程度高，灌裝效果好。國內(nèi)液體灌裝系統(tǒng)起步較晚，在液體灌裝過程中大多存在滴漏和起泡現(xiàn)象。滴漏現(xiàn)象容易對灌裝容器和機器造成污染，影響產(chǎn)品的清潔度；起泡現(xiàn)象則會影響產(chǎn)品外觀[14]。 目前中國灌裝機械對國外高端技術的依賴程度還比較高，對于關鍵和核心的零部 件不能自主生產(chǎn)，這些同樣制約了中國灌裝機械工業(yè)持續(xù)、健康、穩(wěn)定的發(fā)展。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，我國每年要花費大量的資金作為機械裝備的購買。由于購買外國設備成本高，運行維護費用大，維修麻煩等問題。 經(jīng)過近幾十年的技術不斷提升，我國灌裝機行業(yè)取得了一定的成績，灌裝機械的發(fā)展來看，走的是一條典型的“引進技術、消化吸收、自主創(chuàng)新、逐步國產(chǎn)化”的道路。國內(nèi)灌裝機生產(chǎn)廠家大多在仿制的基礎上通過結合高新技術，發(fā)展出了自己的特色我國在食品灌裝機械業(yè)已經(jīng)獲得了可喜的業(yè)績。例如，國內(nèi)第一條 5 萬瓶/小時高速啤酒灌裝生產(chǎn)線由南京輕機集團自主研發(fā)生產(chǎn)在而成已經(jīng)在百威英博啤酒集團有限公司已經(jīng)在生產(chǎn)上使用，完成了我國在啤酒行業(yè)擁有了本國自主研發(fā)和制造的高速灌裝生產(chǎn)線，使得我國啤酒包裝裝備行業(yè)有一個新的高度。 灌裝的計量方式和灌裝機的控制方式的技術的發(fā)展水平很好的展示了我國灌裝機械制造的進步，其計量方式的發(fā)展經(jīng)歷了從固定的氣缸驅(qū)動計量到現(xiàn)代的脈沖控制伺服電機的轉(zhuǎn)動來計量，使得計量更加準確，計量大小的規(guī)格適合產(chǎn)品的靈活多變。灌裝機的控制方式從傳統(tǒng)的按鈕和繼電器控制到觸摸屏和可編程邏輯控制器（PLC） 程序控制，這些技術的發(fā)展都體現(xiàn)出了灌裝機技術的提高和進步[5]。 定量灌裝技術在灌裝行業(yè)中應用廣泛，液體定量灌裝多用容積式定量法。常用的容積式定量法有控制液位定量法、定量杯定量法、定量泵定量法，其中定量杯定量法 是將液料先注入定量杯中，然后再進行灌裝的。要改變每次的灌裝量，只需改變調(diào)節(jié)管在定量杯中的高度或更換定量杯，這種方法避免了瓶子本身的制造誤差帶來的影響，故定量精度較高[10]。 目前我國的灌裝機械與西方發(fā)達國家之間仍然存在著不同程度的差距，其主要體現(xiàn)在一下幾個方面：在產(chǎn)品的加工制造方面，我國的主機速度集中在中等水平，主機的制造與國外先進的設備相比，穩(wěn)定性和可靠性較差；在設計方面，對機械設計和優(yōu)化的相關理論研究較少，應用計算機仿真技術和虛擬樣機技術等計算機輔助設計來優(yōu)化設計灌裝機械零部件較為缺乏。主要以經(jīng)驗為主來指導生產(chǎn)；在產(chǎn)品外觀和零部件的質(zhì)量方面，我國的灌裝機外觀設計不夠大方美觀；在人體工學等方面設計還有欠缺。材料達不到規(guī)定的要求，導致零部件比發(fā)達國家灌裝機產(chǎn)品的質(zhì)量差。發(fā)達國家的灌裝機電氣元件選用較好，由于成本限制等因素使得國內(nèi)灌裝機選用的元器件使用時間不長，可靠性較低，導致產(chǎn)品整體的性能不高。國產(chǎn)灌裝機機械性能不穩(wěn)定，重復灌裝精度低，普遍運行低速度、結構單一化、成套的灌裝線少、灌裝控制精度低[5]。 5、發(fā)展趨勢 慶波和羅金剛歸納出[3,5]灌裝機械未來的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)以下幾個方向： （1）灌裝機械設備趨向大型化。 （2）灌裝機械結構設計簡單合理。 （3）灌裝設備向多功能化發(fā)展。 （4）灌裝機械向光、機、電、氣、磁一體化方向發(fā)展。 （5）運行速度高速化、高產(chǎn)量。 （6）設計綠色化。 （7）智能化。 綜上所述，本次的畢業(yè)設計主要是通過對已有的罐裝機構進行研究，并分析常用的灌裝機構的特點，確定自己的灌裝機構，運用 CAD 軟件把罐裝機構的轉(zhuǎn)配圖及其相關部件的零件圖繪制出。并對裝置的實施性進行分析判斷，最終完成本次的啤酒定量灌裝機構的設計。 附錄1：外文翻譯 PLC在啤酒灌裝生產(chǎn)線上的應用 張?zhí)煜?董鋒 袁浩 天津大學電氣與自動化工程學院天津市過程檢測與控制重點實驗室， 天津300072 電子郵件：fdong@tju.edu.cn 摘要 為了使啤酒灌裝生產(chǎn)線的操作自動化，高效化，需要優(yōu)化各個分段的控制。安裝瓶子是啤酒灌裝生產(chǎn)線的第一個子部分。其控制功能的實現(xiàn)對整個生產(chǎn)線的順利運行起著重要的作用。針對裝配過程中自動控制問題，采用PLC（可編程控制器）技術實現(xiàn)控制系統(tǒng)結構和控制程序的設計。在控制系統(tǒng)的項目中，根據(jù)運行狀態(tài)設計了作為關鍵部件的電機和電磁閥的功能。根據(jù)不同的操作，及時調(diào)整提高系統(tǒng)效率。同時，在監(jiān)控運行狀態(tài)和程序設計的基礎上，對系統(tǒng)故障進行診斷，并進行適當?shù)目刂铺幚恚瑢崿F(xiàn)了配置過程的自動化，高效穩(wěn)定運行。 關鍵詞：啤酒灌裝，安排工藝，控制系統(tǒng)，PLC 1 引言 PLC是一個工業(yè)控制設備，其核心是微處理器。它結合了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)和計算機技術，具有控制功能強，可靠性和穩(wěn)定性高，抗干擾能力強，易編程，維護量少等優(yōu)點。近年來，PLC在工業(yè)自動化控制，機電一體化和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型中得到了廣泛的應用[1-3]。PLC在啤酒生產(chǎn)線上的應用可以顯著提高自動化水平，提高生產(chǎn)效率[4]。 根據(jù)啤酒生產(chǎn)的特點和要求，啤酒生產(chǎn)過程可分為兩部分，一部分是啤酒釀造生產(chǎn)線的過程控制，包括糖化，發(fā)酵，過濾，稀釋和儲存。另一個是啤酒灌裝生產(chǎn)線的運動控制。啤酒灌裝生產(chǎn)線系統(tǒng)一般包括安裝瓶子，清潔瓶子，灌裝，壓蓋，貼標簽，檢測異物和包裝。每個部分的技術要求可以根據(jù)相應的控制功能獨立實現(xiàn)。作為整個瓶子灌裝生產(chǎn)線的第一個子部分，布置瓶子部分對于保證整條生產(chǎn)線順利運行起著重要作用。通過跟隨由伺服電機控制的傾斜傳送帶1將啤酒瓶在料斗中的隨機裝載逐個分開，當瓶子到達傳送帶1的頂端時，它垂直落在主傳送帶2上，然后跟隨傳送帶2到達傳送帶的端部。最后，機械臂抓住瓶子并將其翻轉(zhuǎn)過來，然后將其裝入下一小節(jié)（清潔瓶子部分）。在這個過程中，會遇到很多問題，例如堆放的瓶子的隨機性可能影響傳遞速度；為了保證啤酒瓶位于傳送帶1的中部，防止瓶子掉落，需要檢測并控制位于傳送帶1側(cè)面的瓶子;落瓶速度和時間的控制問題；在下降過程中保證瓶子保持向上；機械臂的運動如何與下一小節(jié)配合；主輸送機和落瓶之間的速度匹配等等。 為解決安裝瓶的工藝問題，采用PLC技術實現(xiàn)自動控制。它消除了繁重的體力勞動，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，大大提高了自動化水平，確保了安全穩(wěn)定，并具有較強的操作性。 2 控制系統(tǒng)的需求和結構 為了構建整個生產(chǎn)線集中控制和監(jiān)控的統(tǒng)一平臺，需要設計整條生產(chǎn)線的結構。在這個結構中，每個子部分不僅獨立地完成本部門的控制要求，而且還與整個生產(chǎn)線的其他部分進行溝通和協(xié)調(diào)。 整個啤酒生產(chǎn)過程包括啤酒釀造生產(chǎn)線的過程控制和啤酒灌裝生產(chǎn)線的運動控制。這兩部分中的任何一部分都由一些不同的小節(jié)組成。每部分通過CC-Link現(xiàn)場總線連接，實現(xiàn)控制層和設備層之間的通信。主站通過以太網(wǎng)技術與計算機通信[5]?？刂葡到y(tǒng)的結構如圖1所示。啤酒釀造系統(tǒng)具有與啤酒灌裝系統(tǒng)并行的控制系統(tǒng)結構。計算機可以通過以太網(wǎng)訪問，監(jiān)控和控制兩條生產(chǎn)線的操作。 以實現(xiàn)啤酒灌裝生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)為例，分析介紹了灌裝瓶的控制過程，因為其他子部分的控制功能的實現(xiàn)是相似的。圖2中顯示了排列瓶子部分的設備。 圖1控制系統(tǒng)的結構 首先，瓶子由傳送帶1傳送。在傳送過程中，步進電機旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動凸輪以移動瓶子，以確保瓶子停留在傳送帶1的中間并防止他們從側(cè)面滑倒。為了處理傳送帶1中瓶子太多或長時間沒有瓶子的情況，伺服電機4控制和調(diào)節(jié)傳送帶1的速度。 1-8：光電傳感器; 9,10：電感式傳感器; 11,12：步進電機; 13：電磁閥1; 14：電磁閥2 圖2排列瓶子裝置 當瓶子到達傳送帶1的頂端時，它會落到傳送帶2上。在落下之前，根據(jù)瓶子的方向，換句話說，瓶子的底部方向和瓶子的頂部方向，電磁閥1打開或關閉，以控制氣泵，使瓶子向上，向下捅瓶，保證瓶子向上傾倒。并且根據(jù)位于傾斜傳送帶1旁邊的同一水平面上的兩個光學傳感器1和2的時間差已經(jīng)檢測并記錄了瓶子方向。在下落期間，電磁閥2控制噴射裝置，它安裝在下落軌道的中間，向上吹，以減慢瓶子的速度并防止瓶子破裂。 當傳送帶2開始時瓶子已經(jīng)落下，并且另一瓶由傳送帶2的端部處的機械臂等待進入下一個子部分時，驅(qū)動傳送帶2的AC感應電機的速度，調(diào)整到較低，以便在第二瓶進入之前有足夠的時間讓第一瓶進入下一個過程。如果不是以前的狀況，并且瓶子正在下降，則將交流感應電機的速度調(diào)整到中等。這是因為如果速度很高，當瓶子落到皮帶2上時，瓶子會倒下。如果交流感應電機以中速運行1.5s，而沒有檢測到落瓶，則表示瓶子有落瓶信息被認為是錯誤的。發(fā)生這種情況可能是由于諸如人為因素等干擾使光電傳感器5發(fā)出信號，這些信號錯誤地認為瓶子正在掉落。如果發(fā)生這種情況，或者瓶子已經(jīng)掉落在皮帶2上，或者沒有出現(xiàn)在以前的情況，則將交流感應電機的速度調(diào)整到較高以加速工藝過程。 當瓶子到達皮帶2的末端時，它會卡在那里。 然后機械臂抓住瓶子并翻轉(zhuǎn)，這是由三個伺服電機驅(qū)動的三個自由度。如果下一小節(jié)準備抓住即將到來的瓶子，機械臂將把瓶子放在下一小節(jié)的噴嘴上，然后返回起始位置準備處理下一個瓶子。 下一小節(jié)為捕捉即將到來的瓶子準備的信息來自作為主站的排列瓶子部分和通過CC-Link現(xiàn)場總線[6]的本地站清潔瓶子部分之間的通信。 3 控制系統(tǒng)設計 根據(jù)控制系統(tǒng)的操作要求，主要控制對象為伺服電機，交流感應電機，步進電機和電磁閥。用于配置瓶子的傳感器包括光電傳感器和電感式傳感器。為解決這些設備的控制問題，主要依據(jù)各設備的控制功能來實現(xiàn)，應用PLC技術進行設計和實現(xiàn)。 配置瓶的控制器是PLC，包括CPU，定位模塊，輸入/輸出模塊，CC-Link通訊和控制模塊，CC-Link輸入/輸出模塊。 此外，控制系統(tǒng)包括伺服驅(qū)動器，步進電機驅(qū)動器，變頻器等。在系統(tǒng)硬件連接期間，一些輸入輸出設備連接到PLC輸入/輸出模塊，PLC直接與它們通信。一些輸入和輸出設備連接到CC-Link輸入/輸出模塊，然后按照某種通信協(xié)議，CC-Link輸入或輸出信號[7]，以實現(xiàn)與PLC的通信。 3.1 變量分配 據(jù)技術要求，系統(tǒng)的設計需要分配PLC的輸入/輸出地址，內(nèi)部繼電器，數(shù)據(jù)寄存器和定時器，也就是軟件組件的分配。 表1和表2列出了軟件組件的分布情況。 表1 輸入/輸出地址 軟組件 功能 X140 光電傳感器1確定瓶子 方向并啟動步進電機1 X141 光電傳感器2確定瓶子 方向并啟動步進電機1 X144 光電傳感器3啟動步進電機1 X146 光電傳感器4控制電磁閥 2和戳瓶 X147 光電傳感器5控制電磁閥 2和吹瓶 X20 光電傳感器6確定 傳送帶2的開始 X21 光電傳感器7確定下方 傳送帶2的末端 X26 光電傳感器8確定在上面 傳送帶2的末端 X143 電感式傳感器1步進電機1原點 X145 電感式傳感器2步進電機2原點 Y40 逆變器啟用 Y46 逆變器 前鋒。 Y47 逆變器相反 Y48 逆變器高速 Y49 逆變器中等速度 Y4A 逆變器低速 Y4B 逆變器停止 Y161 電磁閥1打開瓶子 Y160 電磁閥2吹瓶 Y163 步進電機驅(qū)動器1正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn) Y164 步進電機驅(qū)動器1.啟用 Y166 步進電機驅(qū)動器2正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn) Y167 步進電機驅(qū)動器2啟用 表2 內(nèi)部繼電器，數(shù)據(jù)寄存器和定時器 軟組件 功能 M0 瓶子卡在輸送機的開始處 皮帶2 M30 瓶子在輸送帶2的端部低處 M1 瓶子被戳破時，戰(zhàn)斗接近彼此 M20 啟用步進電機1 M21 啟用步進電機2 M31 傳送帶末端有一個瓶子 皮帶2，低速旗幟 M32 瓶子已經(jīng)倒下，傳送帶2低速度標志 D10 戰(zhàn)斗輸入信息 D20 戰(zhàn)斗輸出信息 D100 隊列中的瓶子數(shù)量 T0 延遲判斷瓶子是否卡住 傳送帶2的開始 T20 延遲判斷瓶子是否處于低位傳送帶2的末端 T1 判斷是否戰(zhàn)斗的時間下限 在皮帶1高速時彼此靠近 T2 判斷戰(zhàn)斗時間的上限 在皮帶1高速時彼此靠近 T6 判斷是否戰(zhàn)斗的時間下限 在皮帶1高速時彼此靠近 T9 在這個過程中使用的延遲計時器吹瓶 T7 判斷戰(zhàn)斗時間的上限 在皮帶1高速時彼此靠近 T22 吹瓶延遲 3.2 控制系統(tǒng)功能設計 控制系統(tǒng)的設計主要是根據(jù)工藝要求，編制程序流程圖，設置和編寫程序，包括編寫軟件程序和設置/將PLC參數(shù)和伺服電機控制參數(shù)寫入PLC CPU，設置變頻器參數(shù)和伺服電機驅(qū)動器參數(shù)。 整個控制過程分為傳送帶1的控制，兩個吹風裝置的控制，傳送帶2的控制，機械臂的位置控制以及系統(tǒng)報警和緊急停止。接下來，從這些方面介紹控制方案和程序流程的設計。 圖3是傾斜傳送帶1和步進電機的現(xiàn)場實物照片。 傾斜的輸送帶1控制輸送瓶子：如果M300 = 0，也就是說，系統(tǒng)已經(jīng)初始化并且沒有停頓地運行。在這種情況下，傳送帶1的速度控制如下。如果瓶子在被戳穿時彼此相鄰，則傳送帶1的速度被調(diào)整到較低。如果不是在這種情況下，當傳送帶1上的瓶子的數(shù)量大于4時，傳送帶1的速度被調(diào)整到較低；當傳送帶1上的瓶子的數(shù) 圖3 傾斜傳送帶1和步進電機的現(xiàn)場照片 量小于或等于4時，傳送帶1的速度被調(diào)整到較高。定位模塊由PLC控制，控制伺服驅(qū)動器調(diào)整并控制伺服電機4的速度[8]。傳送帶1的速度調(diào)節(jié)流程圖如圖4所示。 步進電機旋轉(zhuǎn)控制調(diào)整瓶位置：步進電機1根據(jù)X140和X141的輸入信號進行控制。步進電機2根據(jù)X143的輸入信號進行控制。步進電機的旋轉(zhuǎn)控制使瓶子停留在傳送帶1的中間，而不會偏向兩側(cè)。PLC控制步進電機驅(qū)動器的方向信號和啟動信號。定位模塊為步進電機驅(qū)動器提供脈沖信號。然后步進電機驅(qū)動器控制并調(diào)整步進電機。 步進電機旋轉(zhuǎn)控制的流程圖如圖5所示。 電磁閥1控制瓶子：根據(jù)來自安裝在傾斜傳送帶1旁邊同一水平面上的光學傳感器1和2的信號，傳送瓶子的數(shù)量，以及記錄由檢測到的時間差確定的瓶子的方向。在程序中，如果X140 = 1且X141 = 0，D10 = 0。否則，如果X140 = 0且X141 = 1，則D10 = 1。通過FIFW指令，包括傳送帶1上的瓶子的方向和數(shù)量的消息被記錄在團隊中。當瓶子到達傳送帶1的頂端時，通過FIFR指令，先前記錄的信息被讀入D20。如果D20 = 0，則需要打開電磁閥1以控制棒狀物戳刺瓶子的頂部以確保瓶子向上脫落；如果D20 = 1，則表示根據(jù)機械設計，瓶子將不會被戳破而向上脫落。在這種情況下，電磁閥1需要關閉。同時，瓶子的數(shù)量不足一個。 電磁閥2對吹瓶的控制：當X147的信號等于1，表示瓶子正在下落時，需要打開電磁閥2打開噴射裝置，以減慢噴射裝置的速度落瓶并防止瓶子破裂。 如果X20發(fā)出信號，表示瓶子已經(jīng)落到傳送帶2上，控制系統(tǒng)應停止吹氣。否則，由于傳送帶2的驅(qū)動，瓶子會翻滾。為防止來自X20的信號可能出現(xiàn)故障并提高系統(tǒng)可靠性[9]，當電磁閥2打開時，開始0.8s的延遲，這足以使瓶子完成 圖4輸送帶1的速度調(diào)節(jié)流程圖 圖5步進電機旋轉(zhuǎn)控制流程圖 降落過程。如果時間到了，而X20仍然沒有信號，系統(tǒng)將通過軟件控制停止吹風。圖6是用于滴落過程的兩個吹塑裝置的現(xiàn)場實物照片，包括電磁閥1和電磁閥2。 傳送帶2將瓶子運送到下一小節(jié)的控制：當M300 = 0時，也就是說，系統(tǒng)已經(jīng)初始化并且沒有停頓地運行。在這種情況下，執(zhí)行交流感應電機的三步調(diào)速。 變頻器的頻率由PLC控制，調(diào)節(jié)交流感應電機的速度，以驅(qū)動和控制傳送帶2[10]。 當光電傳感器7和8同時檢測到瓶子時，表明在傳送帶2的末端有一個瓶子，AC感應電機調(diào)整到低速。 否則，表示在傳送帶2的末端沒有瓶子。在這種情況下，當光學傳感器5檢測到信號時，表示瓶子是通過直立管道落下，交流感應電機調(diào)整到中速。在電磁閥2不打 圖6滴注過程中吹瓶的裝置 開的情況下運行1.5s后，這意味著在傳送帶2上沒有瓶子或瓶子落下，AC感應電機被調(diào)整到高速。傳送帶2的速度流程圖如圖7所示。 圖7傳送帶2的速度流程圖 控制機械臂將瓶子運送到清潔瓶子部分：機械臂由三個伺服電機驅(qū)動，它們分別控制機械臂在上下左右方向的運動，旋轉(zhuǎn)方向。一旦系統(tǒng)開始運行， 圖8機械臂的現(xiàn)場照片 機械臂已經(jīng)初始化，以保持在由軟件程序控制的起始位置。當瓶子到達皮帶2的末端時，它會卡在那里。然后機械臂從瓶子的起始位置移動到右上方，并打開由電磁閥控制的氣體夾爪。之后，它向下移動到瓶子頂部并關閉氣爪，以抓住瓶子。然后它移動到下一小節(jié)噴嘴正上方，并將瓶子翻過來。當下一小節(jié)準備抓住即將到來的瓶子時，機械臂將瓶子放在噴嘴上，然后返回起始位置準備下一瓶。如果下一小節(jié)沒有準備抓住即將到來的瓶子，機械臂將在上面等待。圖8是機械臂和傳送帶2末端的現(xiàn)場實物照片。在這張照片中，機械臂已將瓶子放在噴嘴上并返回到起始位置。 4 故障診斷與處理 作為啤酒灌裝生產(chǎn)線的第一部分，如果在運行過??程中發(fā)生故障，安排瓶子部分需要暫停操作，以防止瓶子在傳送帶2上的積聚或其他危險像瓶子破裂。有兩種情況會導致系統(tǒng)暫停。如果發(fā)生任何一種情況，系統(tǒng)將發(fā)出警報并暫停。條件1：瓶子保持靜止在傳送帶2的開始處（光電傳感器6保持有一個信號，表示有瓶子粘在那里；或者傳送帶2由于某些原因不運轉(zhuǎn)）。條件2：有些瓶子在傳送帶2上翻滾，導致后續(xù)過程無法繼續(xù)。在運行期間，如果安裝在傳送帶2的開始處的光電傳感器6保持3s的信號，則意味著瓶子粘在那里并且M0設置為1。在傳送帶2的末端，如果當光學傳感器8安裝在光學傳感器7上時沒有信號時，光學傳感器7具有信號，這意味著瓶子在那里翻滾并且M30被設置為1。如果M0或M30被設置為1，則系統(tǒng)掛起并且警報等待人為干預和處理。當系統(tǒng)暫停時，PLC維護所有寄存器的內(nèi)部內(nèi)容。并且懸架僅限于停止電機運轉(zhuǎn)。當它不符合暫停的觸發(fā)條件時，系統(tǒng)將繼續(xù)運行。故障診斷和處理的框圖如圖9所示。 通過整個系統(tǒng)的控制功能和PLC的軟件編程設計，安裝瓶子段實現(xiàn)了自動化操作，提高了生產(chǎn)效率。設計過程中可能發(fā)生的故障和所需的保護措施，確保系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。 圖9故障診斷和處理流程圖 5 實驗結果 調(diào)試成功后，系統(tǒng)完成控制功能，運行平穩(wěn)高效。運行結果可以在配置屏幕中進行監(jiān)控。圖10捕獲系統(tǒng)運行的瞬時狀態(tài)。而且，操作數(shù)據(jù)在操作過程中已經(jīng)記錄下來。圖11是系統(tǒng)Access數(shù)據(jù)庫的一部分的屏幕截圖。軸1,2,3是機械臂的三個伺服電機。表格中的數(shù)據(jù)顯示了機械臂在各自方向的整個范圍內(nèi)的移動位置。軸4是驅(qū)動傾斜的伺服電機傳送帶1。.表中的數(shù)據(jù)以轉(zhuǎn)/秒的速度顯示伺服電機4的速度。從表中可以看出，機械臂的傳送過程在短時間內(nèi)完成，伺服電機4以4轉(zhuǎn)/秒的速度運行。 圖10系統(tǒng)運行的瞬時狀態(tài) 圖11系統(tǒng)操作數(shù)據(jù)的一部分 6 結論 通過安裝瓶子系統(tǒng)的設計，實現(xiàn)了工藝要求。執(zhí)行伺服電機的速度控制和位置控制以及交流感應電機的速度控制。 考慮和設計故障處理和保護系統(tǒng)操作。該自動化的水平大大提高了裝瓶的速度，有利于整個灌裝生產(chǎn)線的順利運行。 附錄2：外文原文 任務書 論文(設計)題目：500ml啤酒定量灌裝機構設計 工作日期：2017年12月18日 ~ 2018年05月20日 1.選題依據(jù): 啤酒定量灌裝機構廣泛應用于啤酒生產(chǎn)線上，其結構和控制性能的優(yōu)劣直接影響定量啤酒灌裝的工作效率、精度和成本。以其機械結構設計為題可有效地培養(yǎng)學生的分析問題、解決問題的能力及對所學專業(yè)知識的綜合應用能力。 2.論文要求(設計參數(shù)): 1.學習理解設計對象工作原理，擬定設計方案； 2.啤酒定量灌裝機構設計，包括關鍵部件、組件及零件選型、設計、校核； 3.繪制相關工程圖紙，圖量不少于3張A0，必須含有部分3D圖； 4.書寫設計說明書，不少于6000字； 5.翻譯一篇與設計內(nèi)容相關的外文文獻，不少于2000字。 3.個人工作重點: 1.整理參考文獻，理解多自由度機械手工作原理，進行定量灌裝機構方案設計； 2.灌裝機構設計、選型、校核計算。 4.時間安排及應完成的工作: 第1周：明確畢業(yè)設計任務，指導查閱參考文獻。 第2周：指導如何整理參考文獻。 第3周：指導書寫開題報告注意事項。 第4周：檢查開題報告，提出指導意見，指導開題報告答辯。 第5周：上交開題報告終稿，擬定定量灌裝機構設計方案。第6周：動力系統(tǒng)設計及組成元件選擇計算。 第7周：灌裝機構設計及組成元件選擇計算。第8周：灌裝機構組成元件結構設計。 第9周：繪制總裝裝配圖。 第10周：圖紙繪制及校核計算。 第11周：繪制設計對象的3D圖紙。第12周：檢查修改所有設計圖紙。 第13周：書寫畢業(yè)設計說明書，翻譯與本設計相關的英文文獻。 第14周：準備畢業(yè)設計答辯。 5.應閱讀的基本文獻: [1] 鄭秀麗,楊曄,謝勝終. 智能控制模塊下的數(shù)字齒輪泵定量灌裝[J]. 輕工機械, 2015, 5: 50-51 [2] 龔雨豪,祝熔杰,鄭秀麗. 精密定量灌裝進出料口的設計與分析[J]. 科技信息, 2013, 20: 142 [3] 李明,李麗娟,楊松,程國清. 全自動液體定量灌裝機控制系統(tǒng)設計[J]. 包裝工程, 2013, 5: 78-81+85 [4] 陳軍陽. 稱重式灌裝系統(tǒng)的應用[J]. 機電工程技術, 2011, 7: 28-29+98 [5] 張德芹,徐世許,吳光強. 基于PLC的定量灌裝控制系統(tǒng)[J]. 工業(yè)控制計算機, 2014, 8: 127- 128 [6] 孫智慧,高德. 包裝機械與設備[M]. 中國輕工業(yè)出版社, 2010 [7] 張國全. 包裝機械設計[M]. 文化發(fā)展出版社, 2013 [8] 黃穎為. 包裝機械結構與設計[M]. 化學工業(yè)出版社, 2007 [9] De-sheng ZHANG,Wei-dong SHI,Bin CHEN,Xing-fan GUAN.Unsteady flow analysis and experimental investigation of axial-flow pump[J]. 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