无压力输送控制系统在啤酒灌装生产线上的应用

2024年2月13日发(作者：新版火车票)

无压力输送控制系统在啤酒灌装生产线上的应用

李勇;刘奕华;唐伟强

【摘 要】In the beer industry, particularly in high-speed bottling line, and

gradually introduce the whole line of pressure-free transmission control

technology, the current pressure-free bottle delivery system to achieve

broad application in the industry. Now experience in respect of a filling line

to the beer bottle machine bottle filling machine conveyor ction of the

control of pressure-free transformation of the practical experience of the

pressure-free delivery, so that the flow of transport and the beer bottle

filling machine runs smoothly coordina ted approach to practice proved

that the transformation of the control system, compared to the original

beer bot tle conveyor control system, significantly reducing the impact of

the collision of beer bottles, thus reducing the card bottles, bottle burst

rate, to ensure that the beer into the bottle filling machine number, greatly

improve the efficiency of the entire production line.%啤酒行业的高速灌装包装线上,广泛应用无压力输送控制技术.现就某灌装包装线的验瓶机至啤酒灌装机段的瓶输送带无压力控制进行改造,探讨在无压力输送中,瓶流输送与啤酒灌装机运行速度平稳协调的方法.实践证明,控制系统的改造,对比原有啤酒瓶输送控制系统,大幅度降低了啤酒瓶碰撞冲击力,进而降低了卡瓶、爆瓶率,确保了啤酒灌装机的进瓶数量,大大提高了灌装包装线的生产效率.

【期刊名称】《包装与食品机械》

【年(卷),期】2011(029)005

【总页数】5页(P58-62)

【关键词】无压力输送;控制器;瓶输送系统

【作 者】李勇;刘奕华;唐伟强

【作者单位】广州珠江啤酒股份有限公司,广州510330;广州珠江啤酒股份有限公司,广州510330;华南理工大学机械与汽车工程学院,广州510640

【正文语种】中 文

【中图分类】TS486.3;TS261.3

0 引言

人们物质生活水平的不断提高，促进了饮料、啤酒工业的发展［1］。近二十年来，啤酒工业灌装生产技术获得了高速的发展。目前，啤酒灌装生产线的灌装速度已从8000瓶/h向36000瓶/h、72000瓶/h等更高生产速度发展，整个啤酒行业的灌装生产设备不断地推陈出新。

作为啤酒灌装生产线的输送枢纽——瓶输送系统，输送平稳、瓶流畅通、安全高效，直接影响到整条生产线的生产效率［2］。国外的啤酒设备生产企业非常重视这一点，大多配套了无压力控制系统，例如KRONES、SIG、HEUFT等企业的产品，这些国外企业生产的无压力控制瓶输送控制系统原理不尽相同，但基本的特点是系统维护量少，前期的投入费用较高。以前，国内啤酒灌装设备生产企业大多数高速灌装线直接从国外引进了无压力瓶输送控制系统［3］，配套在验瓶机、啤酒灌装机和贴标机上使用，保证整线的生产效率。目前，国内很多灌装包装线配套企业不断吸取国外的先进技术经验，逐步将一些进口设备及技术实现国产化。与国外进口设备相比，国产设备性能略显单一，稳定性、综合能力均有所欠缺［4］。下

面就此问题，结合某啤酒厂的无压力控制瓶输送控制系统改造，探讨该问题的解决方法。

1 改造前设备的控制系统

某啤酒的一条国产36000瓶/h的灌装生产线，从验瓶机到啤酒灌装机入口段的输送带无压力控制系统，单纯采用PLC进行自动控制，通过光电开关及编码器，检测瓶流速度及减速机运行速度，控制调节瓶输送。由于PLC程序扫描时间略长，实时响应特性在瓶输送无压力控制上并不好，存在滞后的现象，同时也因为验瓶机至啤酒灌装机入口段输送带距离比较短，导致啤酒灌装机高速运行时该段瓶输送带上经常发生倒瓶、堵瓶、爆瓶等现象，影响了瓶输送效果，增加了整线啤酒生产的水、电、气能耗，导致整条包装线效率过低。

2 无压力控制系统的改造方案的设计

2.1 瓶子在输送系统中的几种运动特点

(1)无压力链道因输送带具有15°的倾斜角度，瓶子靠自重滑向较低侧导向带，每段输送带的速度是渐进的，瓶子会因速度的渐进增加而分开，间隙形成后，瓶子会从背后一行滑入补充到间隙中，从而完成排瓶。但由于灌装包装线使用的链板，其表面光洁度差，该包装线使用的瓶子品牌较多，瓶子底部花纹不一致等原因，使瓶子在排瓶过程中，部分瓶子不能很好地排列，造成倒瓶现象的发生。

(2)瓶子在输送系统中被平顶链瓶输送带拖动［5］，在畅通顺利的输送状态下(暂不考虑瓶子与输送链板的滑动)，瓶输送带与瓶子等速向前运动，瓶子处于自由、轻快、平衡状态，相互之间的挤压力是很轻微的。若瓶与瓶之间的中心距大于瓶子外径时，则瓶子之间无挤压力。

(3)当下游主机的运行速度低于输送能力或因各种因素产生故障而停机时，瓶流从主机输入口开始聚集直至积累到上游主机的输出口，因瓶输送带的缓冲量和储存能力有限而使瓶子停留在瓶输送带上，瓶输送带链条仍在继续运转。这时候，瓶子之

间的距离小于瓶子的外径，故产生了挤压力。其中，瓶子的重量、瓶输送带的列数、所聚集的瓶子长度又决定了挤压力的大小，而瓶子的重量及链条的列数和长度是在设计安装时确定的。

2.2 输送系统的驱动控制系统的组成

根据瓶子在输送带上的运动特点，无压力控制系统一般采用两套控制器，分别对验瓶机入口、灌装机入口的输送带驱动电机进行控制，具体为控制验瓶机入口6台、灌装机入口5台、灌装机出口1台共12台驱动电机。可以通过现场控制器对输送带的运行参数进行调整并存储;控制系统可以根据不同的瓶子类型设定参数，方便操作者选择切换(500mL，600mL及635mL瓶型)，可避免验瓶机入口的单列输送带瓶子之间的相互挤压、碰撞;避免灌装机入口的输送带瓶子之间的相互打转摩擦、避免瓶子过度磨损;控制系统应能对验瓶机、灌装机、输送带三者联络信号进行协调。

3 改造后的无压力控制系统的组成

改造后的无压力控制系统主要由电控柜、无压力控制器、空气开关、变频器(1.5kW)、断路器、光电开关、感应开关、不锈钢机械安装支架(包括光电传感器支架、操作箱支架)、不锈钢操作箱(防护等级IP65)组成，另外还包括新增加3台功率1.1kW的电机、1台功率1.5kW的电机，以及电缆辅材、屏蔽电缆等组成。

3.1 无压力控制器的选择

改造后的无压力控制器采用GL(下称验瓶机入口控制器)和BL(下称啤酒灌装机入口控制器)共同控制。

3.2 变频器及减速机

变频器的主要指标:矢量控制模式，180%启动转矩，内置RS485通信接口，功率1.1～1.5kW;减速电机的主要指标:斜齿轮蜗杆减速机，功率1.1～1.5kW，转速30～120r/min，传动比11～244。

3.3 光电开关、感应开关等设备的选择［6］

光电开关采用LEUZE(SICK)高速反应型PRK18/4 DL.4产品，感应开关采用P+F

NJ30+ U1+E2/NBB5－18GM－E2产品，空气开关、断路器等根据系统设计电流大小采用TE产品。

3.4 改造后的设备布局如图1所示

图1 设备布局图

4 改造后无压力瓶输送控制系统的结构及工作原理

4.1 改造后无压力瓶输送控制系统结构如图2所示

无压力控制系统的工作原理及基本功能

(1)GL控制器给出A5、A3、G7三个模拟量信号到PLC输入，GL控制器给出E5开关量信号到PLC输入端;(2)OP操作屏给出启动、停止、急停三个信号给PLC;同时在操作屏处设一按钮开关盒，可以手动启动、停止及急停;(3)EBI给出READY、ERR、PUSH三个信号给PLC;(4)BL控制器给出A3、A4、A5、A7四个模拟量信号(无压力准备信号)到PLC;(5)SQ1、SQ2、SQ4三个感应开关、SQ3光电开关给出最小、最大堵塞三个信号到PLC;(6)PLC的Y2给出模拟量E4到GL控制器，作为GL控制器启动信号;Y0、Y10作为PLC的故障输出信号;(7)PLC的COM4、COM5输出信号到变频器SD端;(8)PLC的Y14—Y17、Y20—Y27输出信号到变频器的STF端，作为变频器的启动信号;(9)PLC的Y3输出模拟量信号到BL控制器的E4，作为BL的启动信号，同时PLC的Y6端输出模拟量信号给验瓶机的E13，作为验瓶机的启动信号;Y7作为验瓶机故障信号; (10)E1、E2、E3三个光电开关输出信号给GL控制器，E9、E10、E1、E2、E3五个光电开关输出信号给BL控制器;(11)E6、E7感应开关反馈给信号GL控制器;OP操作屏给出瓶型选择信号(500mL、600mL、635mL);生产/清空信号、故障复位信号给GL控制器;验瓶机出口输送带速度信号及验瓶机正常、故障、运行信号给到BL控制器，BL控制器得

以控制验瓶机及灌酒机入口输送带的速度，保证灌酒机入口的瓶源速度。

图2 无压力瓶输送控制系统结构

5 无压力控制系统参数设定调试、性能指标

5.1 控制系统无压力控制器参数设定

参数需要根据实际使用情况进行调整，其中几个关键的参数设定如下［7］:

GL(验瓶机入口控制器)参数设定:

BL(啤酒灌装机入口控制器)参数设定:

5.2 无压力瓶输送控制系统性能指标

适应生产速度:6000～42000瓶/h;最大主机加速度:350瓶时/s2;适应EBI最大击出率小于30%(10s内平均);适应瓶流密度最大变化率: ±20%;最大瓶冲击速度小于0.25m/s;调节时间小于1s;适应瓶型:3种，最多16种。可由外部旋钮选择瓶型参数并存储。

6 改造后瓶输送系统无压力控制的优点

(1)在高速验瓶、灌装、压盖和运转中，啤酒瓶输送平稳，各啤酒瓶间为无挤压状态顺利通过;

(2)实现了验瓶机——啤酒灌装机无周期时间的实时联锁电气自动控制，保证了36000瓶/h (原包装线设计速度)整条线85%的效率;

(3)无压力输送有效防止了玻璃啤酒瓶的刮伤和磨损;

图2 OEE(设备综合效率)对比

图3 故障时间对比

(4)与改造前的无压力瓶输送系统控制技术相比，瓶输送系统噪音显著降低;

(5)对不同的瓶型编制了不同的瓶型转换程序和工作状态选择，使得不同程序间的转换时间极短;

(6)使瓶输送设备与玻璃瓶之间的磨损减少，延长了设备的使用寿命，同时降低爆瓶产生的瓶耗、酒耗，大大提高了生产经济效益;

(7)无压力控制的显示屏面板上可实时显示简明的错误信息便于快速查清错误，同时也便于系统设备的维护。

(8)降低了故障时间，提高了生产效率，如图2、图3所示(数据统计为改造前、后同期三个月累计对比)。

7 结束语

经过对原国产36000瓶/h啤酒灌装包装线控制系统的改造，使其控制设计趋向合理，整个系统控制精度高，稳定性强。通过在验瓶机控制器和啤酒灌装机入口控制器上设定自动停开机和故障消除装置，保证了操作方便的同时使瓶输送带上的瓶子运行更加流畅，提高了企业的生产效率。

参考文献

【相关文献】

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