plc自动控制灌装机设计和实现

1、PLC自动控制灌装机摘要：随着人民生活水平的提高，人们对休闲饮品的需求也飞速增加，同时刺激着饮料工业迅速发展，带动着液体灌装设备的需求大量增长。依据我国统计局的统计数据，由2000年开始，截止至2011年，11年间中国饮品行业总产量己经由0.15亿吨飞速增长到1.2亿吨，年平均增长率达到近二十一个百分点1。国内的包装机械起步不早，且技术含量较低，仅能满足一般生产需求;而且对像光、磁和计算机等一些先进技术的利用很少。这样我国的包装机械的性能就同国外有着一定差距。早期的灌装生产线的电气设备控制系统采用的继电器加接触器控制模式，使用过程灌装速度较慢，不够稳定，经常出现问题;出现故障时，人们总是凭借经

2、验进行排查，同时在饮品生产过程当中经常发生二次污染，导致产品合格率低，降低了企业的生产效益。本文针对灌装生产线的全自动控制系统进行研究，整个灌装过程使用可编程控制器(Programmable Logic Controller, PLC)进行控制，提高了灌装精度和运行稳定性。每个封盖头的工作速度可达2000瓶/小时，灌装容量误差小于0.4% 。本文首先对灌装机做了基础性研究，并在此基础上分析其灌装的工艺流程，在熟悉工艺的条件下对灌装机进行控制系统方案设计;然后，根据设计方案对灌装机设备制造过程中所需要的元器件进行了选型，在该设备中，PLC是核心模块，主要是对PLC进行选型和模块定义;最后，对灌装

3、机设备的控制中心的嵌入式软件进行了分析和设计，通过程序的控制，并设计了人机交互界面，方便用户的操作使用，在对人机交互界面设计的时候，采用的是PLC与控制屏联合作用的方式，实现灌装机设备的自动化操作和科学化管理。关键词:灌装机;PLC控制;连续灌装Automatic control filling machine based on PLCAbsrtact: With the improvement of peoples living standards, peoples demand for leisure drinks is also increasing rapidly. At the sa

4、me time, it stimulates the rapid development of the beverage industry and drives the demand for liquid filling equipment to increase substantially. According to the statistics of Chinas Statistical Bureau, from 2000 to 2011, the total output of Chinas beverage industry has increased rapidly from 115

5、 million tons to 120 million tons, with an average annual growth rate of nearly 21 percentage points 1. Domestic packaging machinery started early, and the technology content is low, which can only meet the general production needs; moreover, the use of some advanced technologies such as optical, ma

6、gnetic and computer is very little. In this way, the performance of packaging machinery in our country has a certain gap with that in foreign countries.The relay and contactor control mode adopted by the electrical equipment control system of the early filling production line is slow in filling proc

7、ess, unstable and often has problems. When there are faults, people always rely on experience to check, and at the same time, secondary pollution often occurs in the production process of drinks, which leads to low qualified rate of products and reduces the production efficiency of enterprises. In t

8、his paper, the full automatic control system of filling production line is studied. The whole filling process is controlled by programmable logic controller (PLC), which improves filling accuracy and operation stability, and integrates cleaning, filling and capping of the production line. The workin

9、g speed of each cap can reach 2000 bottles per hour, and the filling capacity error is less than 0.4%.Firstly, the basic research on filling machine is done, and on this basis, the filling process is analyzed, and the control system scheme design of filling machine is carried out under the condition

10、 of familiarity with the process. Then, according to the design scheme, the components needed in the manufacturing process of filling machine equipment are selected. In this equipment, PLC is the core module, mainly the selection and module definition of PLC. At last, the embedded software of the co

11、ntrol center of filling machine is analyzed and designed. Through the control of program, the man-machine interaction interface is designed to facilitate the users operation and use. When designing the man-machine interaction interface, the way of combining PLC with control screen is adopted to real

12、ize the automatic operation and scientific management of filling machine equipment.Key words: filling machine; PLC control; continuous filling目录第1章绪论11.1论文研究的背景和意义11.2灌装技术的国内外发展现状31.3灌装机械概述51.4 PLC概述5第2章灌装机控制系统方案72.1灌装机主要组成及工艺72.2控制系统方案设计92.2.1灌装机的工艺流程92.2.2灌装机的控制方案设计9第3章灌装机核心技术研究103.1灌装流程113.2复位123

13、.3填充13第4章灌装机控制系统硬件设计174.1控制中心选型174.2执行机构的选择184.3传感器及硬件配置19第5章结论195.1工作总结195.2展望20致谢20参考文献21第1章绪论1.1论文研究的背景和意义食品工业的发展离不开各种食品机械，特别是包装机械产品。大约三分之二的制造目标是促进食品工业产品的生产和包装。尤其是饮料行业，离不开包装机械。近年来，人们对休闲饮料的追求越来越热，这刺激了饮料行业的繁荣，液体灌装机械的供应超过了需求。随着人们生活质量的提高，对食品安全的要求也越来越高。为了使包装食品不仅卫生、安全，而且美观，对灌装机械有更高的要求。灌装机械必须有更准确的响应和定位，

14、生产效率高，具有一定的灵活性。因此，需要对灌装机械的控制系统进行改进。传统的控制方式已不能适应现代生产力的发展，因此迫切需要用一种新的、更先进、更高效、更智能的控制方式来取代传统的控制方式。因此，发展经济型、环保型和更智能化的灌装机械是符合国情发展的，也是市场的迫切需要。国内灌装机械制造业始于20世纪60年代，在此以前几乎空白，大部分灌装生产依靠人工完成，生产效率低。20世纪70年代初，上海、北京、青岛、烟台等许多沿海大城市从西德、意大利、美国和罗马尼亚引进了许多灌装线。这些高科技灌装生产线极大地促进了我国灌装机械的发展2。在最初的发展中，主要有郑州啤酒厂机械厂、天津化工机械厂等厂家，他们把国

15、外先进的技术引进到自己的生产过程中，并根据我国的实际需要，进行技术改造，以满足我国国情的需要。虽然这些设备的出现使我国的灌装机械和设备技术水平不断提高。技术含量有了很大的提高，但与世界上一些先进国家相比，还存在很大的差距。20世纪80年代中后期，中国开始进入全球市场竞争圈，并开始与一些先进国家交流信息。通过技术贸易合作，中国引进了日本三菱公司先进的灌装设备生产技术。该技术的引进，使我公司的灌装设备有了长足的进步，基本上满足了我国灌装设备的制造需要。问。在中国的灌装制造企业中，许多技术都是通过引进成熟的国际技术而完成的，如洗瓶机、灌装机和盖帽机。在制造过程中，介绍了一些发达国家的分离变频驱动技术

16、、充液阀技术和盖面技术，并对这些技术进行了改造和改造。这些技术已经通过了我。我国的改进可以应用于许多生产过程。人机界面交互设计采用PLC与触摸屏相结合的方法。根据相关统计数据，我国约有200家灌装设备生产企业，约有700家企业和研究机构开展零部件制造和技术研发。我国填料机械设备的研究与发展已进入繁荣阶段。在自动化和市场份额方面，美国和日本是最好的，其次是德国和意大利。美国在工业发展中处于领先地位，所以包装工业发展较早，有完善的包装工业体系；包装设备高、精、尖。由于美国计算机信息技术的发展是世界上最早的，将计算机嵌入式软件开发技术引入到灌装机械设备的研发过程中，可以很好地实现灌装机械设备的自动化

17、。操纵控制。相对而言，日本在这一领域的发展要比美国晚。然而，日本的技术发展迅速。上个世纪60年代到90年代，日本通过在研发过程中引进国际先进技术，大大提高了制造水平，并取得了快速发展。尽管日本机械制造业相对落后，但仍有很长的路要走。日本电子信息产业发展迅速。它也是第一个将信息技术引入灌装机械和设备制造过程的技术。实现了灌装机械设备的自动化操作和管理。日本在这方面仍然是国际领先水平。相对而言，我国制造业，特别是机械包装业起步较晚，处于初级发展阶段。中国制造业与美国、日本、欧洲等其他工业大国之间存在着巨大的差距。而在很长一段时间内没有人关注，发展缓慢。直到改革开放，我国包装工业才开始进入快速发展的

18、道路。近年来，随着社会经济的快速发展，人们对生活用品的需求越来越高，导致食品生产企业越来越依赖生产机械，包括包装设备。为了更好地发展我们自己的包装行业，我们从国外引进了更先进的生产线，并对其进行改进，使设备适合我们的环境。在灌装机特别是液体灌装机的发展中，美国和日本的灌装设备的精度和自动化程度都很高。他们的机器可以用同一类型的灌装机灌装各种规格、介质和容器，包装机械的使用环境得到了极大的扩展。发达国家近年来的发展主要集中在提高灌装机的灌装速度、快速提高灌装机的灌装效率、提高自动灌装生产工艺质量等方面3。我国灌装机械的制造水平与发达国家仍有一定的差距。主要表现在：灌装机生产企业规模小，部分企业技

19、术和生产线还不先进，部分企业引进国外技术或产品进行改进。本课题是YTGZ24500型灌装机清洗、灌装、封口一体化控制系统的研究与设计。这样，500毫升PET瓶的灌装速度可以达到每小时20000瓶以上，单盖头的灌装速度可以达到每小时2000-2200瓶。这项技术还可以提高灌装速度。机械设备的稳定性和准确性，可实现灌装的自动化生产和科学管理。1.2灌装技术的国内外发展现状所谓灌装机的工作原理是将某一产品放入配制好的容器中，实现自动包装的过程。事实上，灌装理论诞生于人类学会使用容器盛装液体的时代。首先，实现了人工灌装。到19世纪中叶，市场上出现了更多流行的虹吸管装置和机器。灌装自动化管理进入了发展阶

20、段。后来，二十世纪出现了一系列液体灌装的商业产品。20世纪以来，灌装机械行业发展迅速，已由人工灌装向全自动灌装转变，具有清洗、洗涤、输送、封口等功能。随着科学技术的飞速发展，充填技术也在飞速发展。目前，填充技术在西欧如美国、德国和意大利更为先进。它们的填充技术影响着世界填充技术的发展。目前，填料技术的发展主要有以下几个方向：一是大大提高了灌装机械的工作效率和稳定性。灌装机械每小时成功灌装瓶数是衡量灌装机械是否先进的重要指标。因此，许多大型企业将如何提高灌装机械的转速和生产效率作为设计追求的重要目标。它们通常通过提高加注轮的转速或加注头的数量，提高不同加注材料的最大加注率，改善加注阀体的结构来提

21、高加注生产率。为了提高市场竞争力，一些企业在制造过程中，将信息技术充分应用于灌装设备的过程中，不仅实现了灌装自动化管理，而且还提供了维修服务，如：故障分析系统，可以实现灌装设备的自动检测。故障和预警功能。如今，随着计算机技术的飞速发展，灌装设备也将朝着更加智能化的方向发展，实现故障自动检测功能，减少资源浪费，提高资源利用率。其次，对灌装机械进行结构改造，提高技术含量。过去，食品工业中使用的传统灌装机是一个由多个元件组成的负复杂控制系统，导致机械占地面积大。复杂的内部结构不仅需要复杂的操作方法和系统，还降低了灌装过程控制的准确性，需要更细致的维护和管理，成本更高。越来越多的企业致力于灌装机械结构

22、的改革。改造的目的是尽可能降低灌装机的设备维护成本，简化操作流程。包装机有两种工作模式：间歇模式和连续模式。为了在设计阶段提高生产效率，必须能够连续稳定地工作。一台设备可以生产不同规格的产品或一系列产品。设计多站或多条生产线是必要的，但此时必须提高生产设备的可靠性。为了在包装工业设备领域占据竞争优势，主要相关机械制造商致力于提高新产品的发布和更新速度，通过采用更先进的设计理念，确保设计质量的持续提高。他们将应用广泛的计算机辅助设计（CAD）和最新开发的计算机模拟设计技术应用于灌装机械的设计。在这一过程中，采用更有效的设计方法，包括优化设计和并行设计、工业外观设计和实时装配设计等概念，缩短了新产

23、品的设计周期。随着科技的发展，PLC技术等更高层次的光电、磁学科技成果应运而生，并及时应用于设备设计，提高了灌装机械的智能化管理水平。在灌装机械设备系统中，越来越多的采用人机界面进行管理，不仅实现了自动化生产，而且完成了定期自动故障检测设备的设计目标。第三，更加灵活灵活。包装机械的灵活使用主要体现在对灌装容器和介质的类型和外观的灵活要求上。机械设备的弹性主要是针对机械设备部件的普遍使用。当需要维修机械时，不需要大规模拆卸，只需更换相应的设备部件，大大降低了设备的成本和维修周期。虽然智能化生产是包装机械发展的关键方向，但其主要质量评价指标是机械设备的稳定性和可靠性。对于欧美等包装技术先进的国家，

24、由其制定灌装机械产品规范。为了保证机械产品的可靠性，这些厂家提出了相应的产品加工标准和管理制度。为了保证包装机械的整体可靠性，必须使用合格甚至高质量的基本部件。机械、电、气、液等配套生产条件要求较高。因此，需要严格制定配套条件的质量标准。虽然与德国、日本、美国等发达工业国家相比，我国灌装机械技术发展有一定差距，但我国的国力不断增强，经济发展较快，人们对包装技术的要求不断提高，需求量不断增加，从而提供了更广的范围。市场容量和需求空间为包装设备产业的发展提供了条件。但我国包装设备行业正处于发展初期，目前大部分产品都是从国外引进的，通过各种有针对性的改进措施，制造出适合我国生产环境的设备。同时，计算

25、机和网络的应用也比较晚，这也是制约我国灌装机械行业发展的重要因素之一。近年来，我国灌装机械的发展方向是：自动化程度高，集成度高，结构简单，但不影响其功能。目前，一台灌装机不仅能完成食品灌装的全过程，而且能实现比以前更完善的功能。大多数灌装机都配有触摸屏，实现人机交互操作管理。PLC技术广泛应用于取代传统的继电器进行系统控制操作，保证了灌装过程更加方便、准确。目前，我国大部分灌装机产品属于计量泵模式，存在许多不足。主要表现为：灌装速度低，灌装量精度不高（误差大于3%）。因此，本论文的主要目的是设计并实现伺服泵高速清洗灌装及三合一封口灌装机。目的是控制成本，大大提高产品的灌装精度和效率。灌装机主要

26、采用混合控制方式，结合伺服电机和陶瓷柱塞泵的原理，利用陶瓷柱塞泵的高精度优势，充分发挥陶瓷柱塞泵控制流量简单、传动速度快的优点。实现了一个伺服泵同时控制两个灌装头连续灌装的控制设计，大大提高了灌装效率。1.3灌装机械概述灌装机的主要功能决定了它的一般功能。灌装机的主要功能是在配制好的灌装容器中加入规定容量的液体介质，完成灌装、封口、称重等产品功能4。在将介质装入容器的过程中，影响灌装机工作精度的因素很多。最重要的因素是填充介质的稠度。介质中是否有气泡或细小颗粒也会影响填充的准确性和准确性。因此，填充介质的性质决定了填充机械的设计要求和填充方法。对于液体介质，填充方法包括：常规气压填充法、等压填

27、充法、真空填充法、外压填充法、虹吸填充法等。1.4 PLC概述可编程逻辑控制器 (Programmable Logic Controller，简称PLC)是指通过编程或软件配置改变控制策略的控制器。它是一种电子装置，专门应用于工业生产中由传统的计算机技术与继电器相结合而产生的数字操作操作。1969年世界上第一台PLC被发明出来，当时的功能只能通过逻辑控制来实现。除开关控制外，还具有模拟控制、智能控制、实时监控、远程控制和联网功能，体积小、可靠性高、编程方法简单。因此，PLC不仅取代了继电器系统，在逻辑控制系统中得到了广泛的应用，而且在位置控制、过程控制、分散控制等领域也得到了广泛的应用。典型的

28、可编程逻辑控制器（PLC）由电源、CPU和多个I/O模块组成，控制器背面安装有特定功能。为了操作简单，操作人员监控系统通常配置为PLC作为人机交互管理界面。PLC是汽车制造业的发展。最原始的汽车生产线自动控制系统大多由继电器完成。由于汽车工业的快速发展，继电控制系统已不能满足汽车工业的日常利益。每次更换车型时，重新设计控制系统都非常繁琐，即充电时也要收费工作。上世纪60年代末，继电器控制系统被公司的公开招标和PLC生产所取代。虽然PLC和继电器都是自动控制的功能，但PLC具有更多的优点和便利性。首先，在应用中，采用继电器控制时，其工作原理是控制继电器触点与电气元件之间的触点连接，实现电机的功能

29、运行，完成起动电机，控制动作速度。继电器只需要设计和安装简单单元的元件和电路。由于制造成本和设备维修成本相对较低，所以它们在各种简单机械中仍被广泛应用。在设备的生产控制系统中。PLC是微处理技术与通信技术的结合，不仅适用于大规模生产，还可用于中小型复杂生产线的控制，具有较强的灵活性和灵活性。其次，控制函数的应用灵活性和可扩展性较强。继电器是完成设备电机相关功能的相关元件的机械动作，因此不同元件触点的动作时间决定了继电器的动作时间。机械动作时间常数大，实时性差。当工艺发生变化时，有必要重新设计生产线的控制。需要重新连接系统以使工作更加复杂。因为有许多组件和触点，所以经常会发生错误的操作。因此，继

30、电控制方式的可靠性较差，适当改变的能力不强。相比之下，PLC控制是由软件通过程序执行来实现的，PLC元件不进行实际的设备操作，设备的运动时间是由软件程序来实现的。程序的执行过程确定不存在设备延迟问题。如果生产工艺或产品型号发生变化，可直接修改参数、程序或扩展模块。与继电器控制相比，具有响应速度快、机械故障少、适应性强等特点。第三，在日常维护中，由于PLC控制系统采用软件控制内部继电器的关断，可靠性比继电器方式得到了更好的保证。其次，PLC控制系统的设计与施工比继电器控制更省时，且PLC控制系统体积小、重量轻、安装简单、使用寿命长、日常使用方便。保养起来很容易。继电器控制方法多为机械接触，容易出

31、错。必须连接每个组件。一旦出现工作故障，故障排除将更加麻烦。另外，采用的控制柜体积大、重量重，给安装施工带来很大的麻烦。灌装机是包装系统的重要组成部分。最重要的特点是动作复杂，执行元素多。如果灌注机采用继电器控制方式，根据灌注过程的设计，需要大量的中间继电器，使得控制电路非常复杂。灌装机是包装系统的重要组成部分，其最大特点是动作复杂，执行元件较多。如果灌装机采用继电器控制方式，根据灌装工艺设计，需要大量中间继电器，使控制电路十分混乱。如果采用PLC控制方式，只能通过程序完成内部的辅助继电器。普通PLC包含近百个内部辅助继电器，适用于不同场合和更多的内部辅助继电器。在特殊情况下，也使用特殊继电器

32、。唯一的工作是编写PLC程序5。第2章灌装机控制系统方案YTGZ-24500型灌装机是一种新型的旋转式灌装机。其主要功能是实现液体介质的高效、稳定、准确灌装。YTGZ-24500灌装机设计灌装速度为每分钟5000瓶。灌装容器为500毫升PET瓶。本设备灌装质量在线监测要求无泄漏空瓶、无盖灌装瓶。具体灌装过程的主要控制动作包括：进瓶、进瓶、清洗、灌装、封口、倒瓶等。2.1灌装机主要组成及工艺本文所研究的回转式灌装机的三维示意图如图2-1所示。其主要部件有洗瓶装置、灌装装置、密封装置、传动装置等。灌装机的主要机械部件有：阀台、机架、安全门、灌装陶瓷、主传动、轧盖机等，其部件如下表所示：表2-1灌装

33、机机械组成图2-1灌装机示意图1.洗瓶装置洗瓶机的主要部件有洗瓶钳、上转盘、导轨、形板分水器、防护罩、喷头、接水板等。瓶子由气道上的导板送入夹瓶板，夹瓶板由星形轮驱动，瓶子送入洗瓶装置。洗瓶夹钳将1号卡板处的瓶子合上，然后夹住瓶颈使其半圆形翻转。瓶子倒着滴。2卡板上的形状板控制洗瓶钳的开度，并将洗瓶送至下一道工序。第一清洁水可以排出，第二清洁水可以直接从接收盘收集到中间包循环使用。2.充填装置环罐、加注阀、导轨和提升装置是加注机构的主要组成部分。灌装时，瓶子从洗瓶装置的2号夹持部进入灌装装置，夹住瓶颈，与环形罐一起循环移动，并随着导轨上升自动打开灌装阀，完成灌装，随导轨下降灌装阀，关闭灌装阀，

34、并发送用3号夹板将瓶子从灌装机中取出。3.密封装置分盖器、转盖机和排盖装置是盖面机构的核心部件。瓶盖由3号封板送入封盖机，封盖机的封板托住瓶盖；同时，瓶盖清洁器将瓶盖向同一方向拉直，然后通过下盖槽将瓶盖送至封盖分流器；封盖分流器将瓶盖分为等距，然后凸轮向下推动瓶盖移动，将瓶盖压在容器口上；瓶盖由齿轮传动转动，使瓶盖在容器口上转动，具有稳定的盖顶力。保存一定时间，带盖的容器瓶从4号卡片瓶盘上转移。4.驱动器在上述三种装置中，它起着传输连接的作用。2.2控制系统方案设计2.2.1灌装机的工艺流程灌装机的控制系统是根据灌装工艺设计各种零件和布局，达到灌装目标要求。图2-2为YTGZ-24500旋转灌

35、装机的完整工艺流程。图2-2灌装工艺流程图从图2-2可以看出，本产品灌装过程的关键是瓶子的交付和瓶盖的安装。首先将空瓶通过风管送入过渡板一，通过洗瓶系统就地清洗PET瓶内外壁，然后将液体介质按规定的容量装入瓶内，转移到过渡板M上；第三，将瓶盖准确地添加到PET瓶上。板、盖工艺主要包括两套组件结构：供应盖和盖；最后，盖好的灌装容量瓶从灌装机中送出。程被称为瓶出，由瓶出组件完成。灌装工艺是旋转灌装机的典型工艺。2.2.2灌装机的控制方案设计根据上述灌装工艺和上述设计标准，本文设计了基于灌装机的YTGZ-24500型旋转灌装机控制系统，包括以下具体的电气操作结构：输入元件：是整个控制系统的启动装置。

36、按钮控制灌装机的启动、停止、复位、清洗和紧急停止。重要的输入部件主要由安装在灌装设备上的各种传感器检测。启动要求包括是否完成装瓶位置、瓶盖安装位置是否正确、容量瓶翻效率是否均匀、出瓶过程是否正常。控制中心：灌装机械的具体工艺流程决定了其主控中心应处理更多的输入/输出信号，需要快速、准确的信号传输和较小的延时。控制对象具有开关量和模拟量，还需要控制20台伺服电机、12台步进电机和协调执行机构的运动。因此，控制中心采用PLC。这是当务之急，也是目前工业控制中常见的一种控制形式。执行机构：灌装机系统共有20套伺服系统，其中12套与陶瓷泵相连，在PLC系统的控制下准确完成吸料和灌装动作；其余8套盖头与

37、8台伺服电机相连，专用于轧盖过程。系统共有步进电机12台，包括步进电机和步进驱动器，主要用于控制充填陶瓷泵的换向。电机：共有13台不同的电机，其中一台为主系统电机，另一台为冲洗泵、盖调节器、输送带、上盖臂、前、中、后三个输入盘、进液泵等，用于电气控制，同时具有散热、干燥、输送等功能。电磁铁：包括瓶塞电磁铁和瓶盖塞电磁铁。指示灯：显示系统运行状态。为了使操作界面人性化，与系统运行保持同步，系统采用人机界面（HMI）控制YTGZ-24500的机械动作。控制系统框图如图2-36所示。图2-3灌装机控制系统框图第3章灌装机核心技术研究本文研究的YTCJZ-24500型灌装机最大的特点是采用两个灌装头轮

38、流灌装，两个灌装头由伺服盘控制，伺服盘是本文设计的灌装机控制系统的核心部件。本章所指的灌装仅限于灌装机的灌装部分。灌装机的核心技术主要从三个方面进行介绍：一是使用核心技术时的灌装过程；二是伺服盘的速度分布及高速灌装容易出现的问题的解决；三是如何解决步进电机的精确快速反转。3.1灌装流程图3-1灌装流程图在图3-1所示的灌装流程图中，1和9是从开始到结束的灌装作业，17是灌装过程结束时的出瓶作业。整个工作的驱动过程如下：初始位置为1个工作站，瓶子从1个工作站逐步旋转到9个工作站，完成液体介质进入瓶子的填充过程，最后在17个工作站离开填充部分。启动灌装装置，触发灌装轮转动，每个灌装口对准相应的灌装

39、容器瓶灌装，标记灌装过程的开始。由于本文设计的灌装机是用伺服泵来控制两个灌装头不间断的灌装，同一个伺服泵属于两个灌装头的180”总成。充液伺服泵的工作顺序是交替充液、吸液、充液和吸液。具体的灌装过程是系统启动后，灌装机开始转动，瓶子通过风道进入进料机构，沿过渡板进入洗瓶机构，清洗干燥后进入灌装部。为了精确灌装，灌装轴上装有编码器，PLC通过编码器判断灌装头和伺服泵的位置，实现准确灌装。每次灌装后，灌装机处于复位状态，因此每次灌装从1号灌装头开始。如果传感器检测到此位置有瓶子，则开始加注，否则加注停止7。伺服泵可分别从两个灌装头吸一次液体，每次从灌装陶瓷瓶的入口吸一次液体介质，并将其中一个入口送

40、入瓶内。抽吸完成后，将陶瓷瓶的方向调整到另一个入口，进行第二次灌装和抽吸过程。具体的两次灌装流程如图3-2所示。图中伺服泵的工作编号在1到12之间。图3-2灌装机灌装流程图3.2复位从图3-1可以看出，自洗瓶机构进入灌装机构后，沿过渡板进入1号位。此时，传感器检测到瓶子到达并开始灌装过程。首先，定位过程包括三个定位过程。24个灌装头的定位属于预灌装定位。灌装过程中，1号位置对应的灌装头的定位和伺服泵的编号确认是随时定位的。同时，确保12个陶瓷泵活塞停在下限位置，随时准备抽吸。复位过程如图3-3所示8。图3-3复位流程图从图3-3可以看出，复位的主要内容有三个。第一个内容是确定1号和24号灌装头

41、的相对位置。当传感器检测到1号加注头存在时，主失速停止旋转并复位，也称为主电机复位。第二部分是陶瓷泵步进电机的复位。它主要是通过步进电机带动陶瓷泵芯向左转到极限位置，停止过载，使12陶瓷泵芯停在同一位置，即吸入口的位置，为下一时刻的吸入做准备。第三部分是伺服电机驱动陶瓷泵活塞复位。只有在步进电机复位后，才能完成此复位。整个过程使陶瓷泵活塞从不同位置复位后保持在底部位置，伺服电机停止转动。此时，整个复位过程完成。3.3填充按下开关启动系统。重置程序之前已经完成，然后系统进入填充程序。在灌装机上，由过渡板驱动的风管将瓶子吹入洗瓶机构。清洗干燥后，将瓶子放入灌装机构。灌装瓶的12个定位点上设有定向陶

42、瓷泵。当1号灌装头接收到传感器检测1号位置的瓶子信号时，在PLC的指令下开始灌装。第一次吸入分为两个运动：吸入和反转。这两个动作是在伺服电机和步进电机的驱动下完成的。首先，伺服泵驱动陶瓷泵完成抽吸，然后步进电机驱动陶瓷泵芯完成反转，然后到吸入口1准备加注。国内灌装机的稳定性和精度一直很差。部分原因是灌装速度有所提高，但负面影响尚未消除。在充填过程中，速度越高，液体飞溅越多，泡沫越多，充填质量也不能提高。因此，如何在高速灌装条件下达到所需的大容量、高精度、稳定的灌装目标，是一个越来越严重的问题。为了更好地解决这一问题，在灌装过程中采用了跟踪灌装方式，有效地防止了液体中气泡、溢出和泄漏的发生。其次

43、，为了防止介质飞溅和气泡形成，在灌装过程中，容器和灌装头以相对固定的位置移动在过渡托盘上，从灌装开始到灌装结束，灌装头与液位之间的距离应保持不变。第三，提高陶瓷泵抽吸速度和填充速度所形成的填充速度，有效地减少填充过程中对瓶子的影响和气泡形成的问题。灌装过程包括抽吸和灌装两部分。填充速度由这两部分组成。以下部分分别进行了分析和研究。1.吸收注入头的吸入必须在伺服电机正转时进行，陶瓷泵的内芯应在螺杆传动下垂直吸入。在抽吸过程中，填充头发发生两个反转动作和一个抽吸动作，其过程是先改变方向，然后再吸液体。具体过程是在9号位置完成伺服泵的加注任务，然后驱动陶瓷泵芯在9-13吸入区完成从加注到吸入的反转。

44、然后在伺服电机的驱动下进行抽吸，然后转到步进电机驱动下的另一个出口，为下一次加注做好准备。YTGZ-24500型旋转灌装机的抽吸时间为tx 0.8秒，采样电机驱动每个陶瓷瓶匀速旋转所需的时间为0.07s秒。每个灌装过程要完成两次抽吸。因此，必须完成两次120旋转过程。我们可以计算出充液头伺服泵的单次充液时间为0.6s，具体计算过程为3-1所示9。（3-2）当伺服泵在0.65s内吸入500ml介质时，陶瓷瓶的旋转时间是恒定的，因此，从式3-1可以看出，缩短抽吸时间可以缩短填充时间，从而提高填充效率。本文将陶瓷泵的排量由电机排量决定，并在整个吸料过程中保持不变。已经知道本文的吸液时陶瓷瓶的位移距离

45、为0.116米，因此可以计算出陶瓷瓶在吸液过程中的旋转速率为0.178m/s，计算过程如公式3-2所示。（3-4）整个抽吸过程包括两种不同的速度，一种是陶瓷泵的设定抽吸速度，另一种是伺服电机的设计抽吸速度。本文采用单速抽吸方式。因此，在实际运行过程中，伺服电机的启动和加速过程非常快。陶瓷瓶在吸气过程中的转速与设计吸气速度V吸保持一致，也就是说：V吸= 0.178m/s。本文设计的伺服电机的起动和减速时间为0.1s，绘制了陶瓷瓶在充气过程中的速度曲线，如图3-4所示。图3-4吸液速度曲线图（3-3）对应的伺服电机转速:（3-4）伺服电机角加速度为:（3-5）对灌装所用的伺服电机进行角加速度校核:

46、（3-6）比较式(3-5)和(3-6)可知:a吸amax，所选伺服电机满足吸液设计要求。陶瓷泵吸液速度和时间的分配还要由后期的实验进行修正。2.灌液吸液时，伺服电机正转，而灌液时正好相反。陶瓷泵内芯连着丝杆在伺服电机的转动下由上向下运动进行灌装。灌液在1-9号工位进行，9号工位是灌液结束位整个灌液时间Tg为1.6s。为了解决高速灌装下的引起的液体外溅、气泡产生或液体溢出，并提高灌装效率，本文采用双速灌装模式，将整个灌液过程分为两部分，分别以速度V灌1，和V灌2，灌液初期以高速V灌1灌装到设定的容量1，然后，再以低速V灌2匀速灌装余下的容量2，其中容量1要占大部分，因为在高速灌装时一，在灌装末尾

47、时，最容易发生飞溅和气泡的产生，甚至溢出。分两种速度分别完成灌装则有效的减少了此种问题的发生，大大提高了灌装的质量10。图3-5灌液速度曲线图灌装总时一间Tg为1.6s，加速和减速时间均取0.1s，灌装与吸液时相同，陶瓷泵内芯的总行程L均为0.116m。灌液时陶瓷泵的平均速度为:（3-7）设以高速V灌1匀速灌装的时一间为t1，以低速V灌2匀速灌装的时间为t2，则陶瓷泵总的运动行程为:（3-8）（3-9）（3-10）联立公式(4-8)(4-9)(4-10)并对计算结果进行适当修正，得:（3-10）高速灌装时对应的伺服电机转速为:（3-7）对应的伺服电机角加速度为:（3-7）低速灌装时对应的伺服电

48、机转速为:（3-7）对应的伺服电机角加速度为:（3-7）比较式(3-6)与式(3-13)(3-15)，可知a2a1 amax，所选伺服电机满足灌液设计要求11。根据以上分析研究，初步设定了吸灌速度，然后将电机参数设定为QD70P8定位模式，伺服电机驱动陶瓷泵根据图3-4和图3-5所示的运动曲线动作，完成吸灌动作。在后续的连续试验中，应逐步得到最佳的抽吸速度和灌溉速度分布。第4章灌装机控制系统硬件设计一般来说，控制对象的要求决定了控制系统硬件设置选择所需的输入元件、控制中心和执行机构元件，其中执行单元和控制单元对整个控制系统的性能和控制系统的性能起着重要的作用。E系统在很大程度上依赖于此。从第2

49、章的控制系统方案可知，为了满足灌装机高速灌装和精度的要求，该系统不仅保证了伺服电机和步进电机电磁铁的合格精度，而且完成了精密复杂运动过程的设计和实现。电机，需要一个可靠稳定的系统来完成。4.1控制中心选型图4-1 PLC控制系统原理图表4-1灌装机PLC配置表4.2执行机构的选择灌装机共有二十套伺服电机，分配如下:灌装组件用到直接控制十二套陶瓷泵吸液及灌液的十二套伺服电机，封盖机组部分用八套，为了在封盖时控制封盖器工作，本小节主要对灌装组件中控制陶瓷泵的十二套伺服电机进行分析研究。图4-2伺服电机连接图4.3传感器及硬件配置图4-3灌装机传感器布置图第5章结论5.1工作总结本文论述了灌装机及灌装技术的现状和发展趋势，针对YTGZ-24500型灌装机控制对象的生产工艺要求设计了其控制系统方案。为了节约生产成本，系统运用了一套伺服泵控制两个灌装头，而且不间断灌装的控制方案，大大接近了期望的高速、精确、稳