基于plc实现的啤酒灌装机控制系统的总体设计

2024年2月13日发(作者：母子)

摘 要

啤酒作为一种口味独特的风味饮料．深受广大老百姓的喜欢。灌装机是啤酒包装生产线的核心设备，因此，灌装机灌装效果的好坏直接影响到企业的经济效益，而灌装机的运行的好坏又需要很好的电气控制，这其中PLC的运用就显得尤为重要，在当今工业中自动控制越来越成为一种必然。本次论文的主要内容为啤酒流水线中的灌装机的运用，以及其中PLC的应用，还有一些控制原理。液体的灌装方式分为常压式、等压式、真空式、机械压力式四种。一般而言酒类灌装多采用常压式灌装方式，常压式灌装机使用方便，具有速度可调、计量准确、运行平稳、无噪音和液体不外溢等优点，使用广泛。

关键词：灌装机，PLC，电气控制

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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目录

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

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

绪论 ..................................................... 4

1 啤酒流水线的生产过程 ................................... 6

1.1 生产过程中的相关设备 .............................. 6

1.2 发展方向 .......................................... 7

2 啤酒灌装机控制系统的总体设计 .......................... 10

2.1 电气控制系统 ..................................... 10

2.3 灌装机控制系统的总体设计 ......................... 12

3 啤酒灌装机控制系统的硬件选型 .......................... 15

3.1 PLC的选型（三菱PLC） ............................. 15

3.1.1 三菱PLC的产品系列 ........................... 15

3.1.2 三菱PLC主要特点 ............................. 16

3.1.3 三菱FXPLC的特点 ............................. 17

3.2 变频器的选型 ..................................... 17

3.3 触摸屏的选型 ..................................... 19

3.4 电气控制柜中的元器件 ............................. 20

4 啤酒灌装机控制系统的软件设计 .......................... 24

4.1 啤酒灌装机控制系统 ............................... 24

5 啤酒灌装机控制系统的安装调试 .......................... 27

5.1现场安装 .......................................... 27

共 41 页 第 2 页

5.2 现场调试 ......................................... 30

结论 .................................................... 31

致谢 .................................................... 32

参考文献 ................................................ 33

附录 .................................................... 34

共 41 页 第 3 页

绪论

随着市场经济的完善和发展，商品流通的深度和广度进一步扩大，包装工业在国民经济中的作用和地位越来越高。根据各国经济发展水平不同，包装工业的产值通常占国民生产总值的1.5%-2.2%。经济越发达，包装工业所占的比重就越大。灌装机就是包装机械的一种。建国以后，我国陆续建立了一些灌装设备生产厂，但主要是一些小型设备，技术落后。八十年代初，国家开始积极引进国外先进灌装技术，当时灌装技术主要掌握在少数国有企业手中。随着改革开放的推进，一些原来从事机床、农机制造的企业也转到灌装设备的开发制造上，从业厂商逐渐增多。

我国的灌装设备主要是应用在酒业、饮料的灌装上，从灌装原理上大体可分为负压灌装机、常压灌装机、等压灌装机、定量灌装机 、料位灌装机等几种类型。但是目前各个设备生产厂家的灌装机在灌装能力、效率、适宜瓶型范围及自动化程度等方面各有优缺点，不同程度地制约着产品包装质量和生产率。

目前，灌装机呈现出新的发展动向，主要为：（1）多功能。同一台设备，可进行茶饮料、咖啡饮料、豆乳饮料和果汁饮料等多种饮料的热灌装；均可进行玻璃瓶与聚酯瓶的灌装。（2）高速度、高产量。碳酸饮料灌装机的灌装速度最高达2000灌/分，非碳酸饮料灌装速度最高达1500灌/分。（3）技术含量高、可靠性高、计量精确。

啤酒作为一种口味独特的风味饮料，深受广大老百姓的喜欢，近年来由于受酿酒原材料涨价的影响，啤酒的酿造成本随之增高，而啤酒的市场竞争越来越激烈，啤酒生产厂家为了争夺啤酒的市场份额，一方面对啤酒的销售价格不敢轻易提价，一方面内部加强管理努力消化原材料涨价带来的负面影响。啤酒灌装机是啤酒包装生产线的核心设备，啤酒灌装过程中出现的冒酒、灌不满、液位偏高或偏低、增氧量和瓶颈空气超出标准等现象，都会直接导致酒损的增加，从而增加了啤酒的包装成本，因此，灌装机灌装效果和机械本身的性能的好坏直接影响到企业的经济效益，所以，希望通过对灌装机的设计，能更好的发挥出灌装机的使用性能，提高生产率和机械自身的性能，使之能运行更加稳定、计量更加准确、使 共 41 页 第 4 页

用更加方便、尽可能的减小噪音等等。

灌装机中要用到很多的器件，有旋转电机（还带有编码器、变频器、可以正反转等）、电磁阀、温度传感器、限位开关等等，能够很好的把这一系列的器件、模拟量联系起来，才能让设备稳定的运行，怎么样让设备长久有效的使用，这也是一个很关键的问题。啤酒生产流水线基本上是不停的，机器也是长时间的开着，对于整套设备的质量有很高的要求，所以在机械制造和电气控制这些地方都要有很好的支持，这样你在设计控制柜的时候就要把这些东西考虑进去，电气控制柜也是很重要的一部分，同样也是很关键的一个问题。

本次的论文里我用的是三菱PLC编程软件编写程序，对于灌装机的控制有一套详细的方案，下面将对啤酒流水线的生产过程、三菱PLC的应用、灌装机的电气控制柜以及控制的程序等内容加以说明。

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1 啤酒流水线的生产过程

1.1 生产过程中的相关设备

（1）装、卸箱机

目前国产装卸箱机的主要类型有：四连杆结构和平移式结构,属间歇式装箱、卸箱，单机产能目前只能达到每小时50,000多瓶；国外除了有以上两种以外，还有一种回转式连续装、卸箱机，其单机产能可达国产设备2倍以上。另外，在国内，为了提高国产装、卸箱机的装、卸箱产量，目前使用最多的是四连杆式装、卸箱机，它的特点是技术成熟，结构简单、实用且成本低。最近，有些用户开始使用平移式装、卸箱机，其特点是水平方向与垂直方向动作分离可调，对装纸箱有一定优势。

（2）洗瓶机

国产洗瓶机现有主要机型为：单端浸泡式洗瓶机、双端浸泡式洗瓶机。国外现有主要机型为：单端、双端浸泡式及塑料瓶、玻璃瓶两用连续除标新型洗瓶机。塑料、玻璃瓶两用连续除标新型洗瓶机对国内来讲还是空白。它的最大特点就是标纸与瓶子分离，短时间就可清除出去，大大减少了标纸对碱液的污染，并且克服标纸被纤维化的问题。

目前国内使用的洗瓶机还是单端型式占多数，它的特点是技术成熟、适应性强、成本低、节能。但最近有越来越多的用户选择使用双端洗瓶机，这主要是受到国外潮流的影响。在发达国家中，由于在法律上要求垃圾及回收物分类，如果使用单端洗瓶机排出来的废标纸与碎玻璃是无法分离的，相反，双端洗瓶机排出来的废标纸是不带碎玻璃的，而且通过压干机把废标压干，可进行回收。因此，国外使用双端洗瓶机逐步成为主流。

（3）灌装机

灌装机是包装线上最关键的机种。目前国内使用的有普通型与卫生型两类灌装机。普通型用在灌装经杀菌的熟啤，是使用最多、最普遍的灌装机。卫生型灌装机是最近几年随着纯生啤酒的产生而发展起来的，其特点是采用开放式结构，可进行自动清洗，在灌装过程中能避免对啤酒的二次污染。

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现在，普通型灌装机市场已逐步被国产设备占领，使用进口的已经很少。因为其技术已经很接近。在纯生啤酒生产线使用的卫生型灌装机方面，进口设备还占有一定的市场份额，但随着国内的技术不断发展与成熟，进口卫生型灌装机数量呈下降趋势，取而代之的是国产设备，卫生型灌装机市场竞争相当激烈，目前已经处在白热化状态。

国产卫生型灌装机走过了一条曲折的发展道路，开始是仿造德国KHS的卫生型电子阀灌装机，但由于其关键的液位检测控制系统难度很大，技术上难以攻破，灌装液位精度一直不理想。广东轻工机械二厂有限公司对该项目进行了深入研究，转换思路，经过不断努力，终于在2004年研究开发出具有自主知识产权和核心技术的新一代卫生型机械阀纯生啤酒灌装机，并在2004年北京中国国际啤酒、饮料制造技术及设备展览会上展出，获得了市场的广泛认同。目前该产品已售出7台，投入使用的有5台。从客户使用情况反映，各项指标均达到要求，尤其从实测的微生物指标来看，完全能够满足纯生啤酒的生产要求。此项目的成功，为中国开辟了一条低成本纯生啤酒灌装的新路，对啤酒行业来说意义重大。

（4） 杀菌机

目前，国内杀菌机常用类型有步移式及链网式两种，步移式杀菌机几年前在市场上一直占主流地位。目前有逐步被链网式杀菌机取代的趋势。步移式杀菌机销售份额已经很小，这两种杀菌机制造成本相差不大，由于链网式杀菌机调整好后一般情况下不易损坏，平时不需要特别的维护，维护工作量要比步移式的小得多。所以上述所说的趋势变化是用户理性选择的结果。

在杀菌PU值控制方面，国产设备已经采用了具有模糊逻辑运算功能的控制系统进行PU值自动控制，而且还在高温及保温区配置了冷水添加降温系统，使得PU值控制精度得到很大提高，而且大大地减少了因为堵瓶停机造成的PU值非正常增加的现象。

1.2 发展方向

（1） 节能

随着国内外能源日趋紧张，可用资源随着时间的推移不断减少。煤、油、电、水价格不断攀升，节能既是摆在每一个行业面前的重要任务，也是未来技术发展的方向

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生产线系统节能：

啤酒包装生产线是一个消耗水、电、汽比较多的系统。部分生产用水循环利用，作为杀菌机及洗瓶机碱槽用水，这点国内有个别厂家已经在考虑。

洗瓶机的溢流热水可作为洗箱机用水。现在国内外少数厂家已经采用。

加热器的蒸汽冷凝水集中回收，返送给锅炉作为蒸发用水，这点国外已普遍采用。加强回收瓶管理，改善回收瓶存放条件，从而降低洗瓶机的碱耗及水耗

（2）节能型设备研究开发

前几年，国外开发出一种节能型杀菌机，其耗水量比普通杀菌机要少一半，国外已经推广使用。在国内有两个厂家使用这种进口杀菌机，效果很好。现在国内的设备厂家也正在研究开发这种设备。相信今后随着技术的不断进步，会开发出更多、更好的节能型国产啤酒设备。

从去年开始，大多数厂家采购都倾向于选择36,000瓶/时和40,000瓶/时啤酒灌装生产线。从市场销售情况看，36,000瓶/时和40,000瓶/时啤酒灌装生产线的销售量已经超过24,000瓶/时啤酒灌装生产线，购买20,000瓶/时啤酒灌装生产线的厂家更少。这是一个理性的趋势，今后还会朝着这个方向发展。因为，中国的人才成本不断攀升，厂房所用的土地及建筑用材价格不断提升。除此之外，国内的技术及制造水平也不断提高，36,000瓶/时和40,000瓶/时啤酒灌装生产线技术已相对成熟，国内的瓶、箱等产品的质量也相应提高，所以这种选择是必然的，今后的下一个发展目标是48,000瓶/时、56,000瓶/时啤酒灌装生产线。

（3）快速更换

由于市场的需要，啤酒的包装向多样化方向发展，以前常用的640ml、360ml的瓶装规格已经满足不了市场的竞争需要，现在一家啤酒厂就有10多种包装形式。作为设备厂家也必须适应市场的需要，一条啤酒包装生产线同时应满足多种包装规格的要求，这样就给我们带来了一个新课题，就是解决在更换瓶种、箱种时，相关包装设备的附件以最短的时间完成更换，减少非生产时间，这种技术我们称之为快速更换。这种技术在国外被视为是很重要的，而且发展得很快。相比之下，以前国内对这种技术重视不够，现在国内设备厂家已经开始认识到这一点，研发工作正在起步。

（4）人性化设计

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要保证一条包装生产线或者一台机器良好运行，除了其本身的质量外，还有一个重要因素，那就是操作者。我们设计者搞开发研究时除了要考虑机器本身，也应该考虑提供给操作者一个舒适、方便的操作环境。这样才能把操作者的主观能动性调动起来，实现机器效率最大化。在这方面的研究国内要比先进国家落后很多，有待我们今后进一步研究和解决。

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2 啤酒灌装机控制系统的总体设计

2.1 电气控制系统

（1） 概述：电气控制系统一般称为电气设备二次控制回路，不同的设备有不同的控制回路，而且高压电气设备与低压电气设备的控制方式也不相同。

（2） 系统组成：

电源供电回路，供电回路的供电电源有AC380V和220V等多种。

保护回路，保护(辅助)回路的工作电源有单相220、36V或直流220、24V等多种，对电气设备和线路进行短路、过载和失压等各种保护，由熔断器、热继电器、失压线圈、整流组件和稳压组件等保护组件组成。

信号回路，能及时反映或显示设备和线路正常与非正常工作状态信息的回路，如不同颜色的信号灯，不同声响的音响设备等。

自动与手动问路，电气设备为了提高工作效率，一般都设有自动环节，但在安装、调试及紧急事故的处理中，控制线路中还需要设置手动环节，通过组合开关或转换开关等实现自动与手动方式的转换。

制动停车回路，切断电路的供电电源，并采取某些制动措施，使电动机迅速停车的控制环节，如能耗制动、电源反接制动，倒拉反接制动和再生发电制动等。

自锁及闭锁同路，启动按钮松开后，线路保持通电，电气设备能继续工作的电气环节叫自锁环节，如接触器的动合触点串联在线圈电路中。两台或两台以上的电气装置和组件，为了保证设备运行的安全与可靠，只能一台通电启动，另一台不能通电启动的保护环节，叫闭锁环节。如两个接触器的动断触点分别串联在对方线圈电路中。

2.2 确定灌装机的功能与应用范围

（1）用途：灌装瓶装啤酒。

（2）规格：灌装瓶容量为640Lm，空瓶为670Lm。

（3）灌装方式：常压式灌装。

（4）常压式灌装，是在大气压下直接靠被灌液料的自重流入包装容器内的灌装方式。常压式灌装的工艺过程为：

A. 进液排气，即液料进入容器，同时容器内的空气被排出。

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B. 停止进液，即容器内的液料达到定量要求时，进液自动停止。

C. 排除余液，即排除管道中的残余液料。

（5）设计要求：对灌装机进行优化改进，在生产率、可靠性、使用寿命和噪声等方面都应有明显改进。

2.3 灌装机的工艺分析

（1）确定机械类型

工位：啤酒生产批量大，灌装机工作动作多，故选用多工位灌装机。

运动形式：灌装机分为直线型和旋转型2种，而啤酒灌装机都是采用旋转型灌装机进行灌装，且是连续型灌装工作方式，故采用旋转型连续灌装机。

（2）确定灌装程序，工位数

灌装程序：啤酒空瓶由进瓶机构传送至升降瓶机构上，升降瓶机构控制瓶子升降，升瓶灌装完成后，降瓶由拨瓶机构传送出去。即进瓶——升瓶——灌装——降瓶——出瓶。

工位数：由于啤酒灌装是大批量生产，所以要求工位数多，在结构合理且提高生产效率的基础上采用多的工位，故选用24工位。

（3）对执行构件的运动要求

啤酒瓶升降机构：对于旋转型灌装机，通常是借助分件供送螺杆将瓶

下图为灌装机的现场图：

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图2-1 灌装机的罐装图

2.3 灌装机控制系统的总体设计

对于一个控制系统，你要充分考虑到每一个机械上的器件，要达到的控制要求，做电气控制这一块的要与做机械的那方面保持高度一致，因为最后整个系统运行起来是要控制和机械两方面的，根据不同的控制要求，选择不同规格的器件，跟做机械的人商量好该安装什么型号的比较合适，一旦机械上做好了，想改的话是很难该的，返工浪费精力和时间。

一般谈一个项目有以下几个过程：根据对方的控制要求，要实现的功能，以公司的技术力量去衡量能不能去实现；针对对方的要求，制定报价表，跟对方谈价钱，合适的话这个单子就接下；谈妥之后，就可以开始设计了，根据实地情况，要达到的要求，拟定方案；开始设计，选用电气柜，选用电气柜里的器件，以及编写程序；电气柜接好后，运到现场，与现场的机械进行连线；然后进行调试。

对于本次的灌装机的电气控制，我们也是按照上述的步骤，一步一步弄下来，这次的啤酒生产流水线是两条线，一条是三万六，还有一条是四万（三万六和四万是指机器正常工作下的每小时出酒量），这个项目也是通过报价、设计、出图、编写程序，接电气柜、到现场进行安装调试这一系列的过程。

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下图为电气控制柜的现场图：

图2-2 电气控制柜1

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图2-3 电气控制柜2

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3 啤酒灌装机控制系统的硬件选型

3.1 PLC的选型（三菱PLC）

3.1.1 三菱PLC的产品系列

FX1S系列:三菱PLC是一种集成型小型单元式PLC。且具有完整的性能和通讯功能等扩展性。如果考虑安装空间和成本是一种理想的选择。

FX1N系列:是三菱电机推出的功能强大的普及型PLC。具有扩展输入输出，模拟量控制和通讯、链接功能等扩展性。是一款广泛应用于一般的顺序控制三菱PLC。

FX2N系列:是三菱PLC是FX家族中最先进的系列。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。

FX3U:是三菱电机公司新近推出的新型第三代三菱PLC,可能称得上是小型至尊产品。基本性能大幅提升，晶体管输出型的基本单元内置了3轴独立最高100kHz的定位功能，并且增加了新的定位指令，从而使得定位控制功能更加强大，使用更为方便。

FX1NC FX2NCFX3UC三菱PLC:在保持了原有强大功能的基础上实现了极为可观的规模缩小I/O型接线接口降低了接线成本，并大大节省了时间。

Q系列三菱PLC:三菱机公司推出的大型PLC,CPU类型有基本型CPU，高性能型CPU，过程控制CPU,运动控制CPU,冗余CPU等。可以满足各种复杂的控制需求。三菱电机中国事业的快速发展，为了更好地满足国内用户对三菱PLC，Q系列产品高性能、低成本的要求，三菱电机自动化特推出经济型QUTESET型三菱PLC，即一款以自带64点高密度混合单元的5槽Q00JCOUSET；另一款自带2块16点开关量输入及2块16点开关量输出的8槽Q00JCPU-S8SET，其性能指标与Q00J完全兼容，也完全支持GX-Developer等软件，故具有极佳的性价比。

A系列三菱PLC: 使用三菱专用顺控芯片（MSP），速度/指令可媲美大型三菱PLC;A2ASCPU支持32个PID回路。而QnASCPU的回路数目无限制，可随内存容量的大小而改变；程序容量由8K步至124K步，如使用存储器卡，QnASCPU则内存量可扩充到2M字节；有多种特殊模块可选择，包括网络，定位控制，高速计 共 41 页 第 15 页

数，温度控制等模块。

3.1.2 三菱PLC主要特点

结构灵活：

不受环境的限制，有电即可组建网络，同时可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率，在移动性方面可与WLAN媲美。

传输质量高、速度快、带宽稳定：

可以很平顺的在线观赏DVD影片，它所提供的14Mbps带宽可以为很多应用平台提供保证。最新的电力线标准HomePlug AV传输速度已经达到了200Mbps；为了确保QoS，HomePlug AV采用了时分多路访问（TDMA）与带有冲突检测机能的载体侦听多路访问（CSMA）协议，两者结合，能够很好地传输流媒体。

范围广：

无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。虽然无线网络可以做到不破墙，但对于高层建筑来说，其必需布设N多个AP才能满足需求，而且同样不能避面信号盲区的存在。而电力线是最基础的网络，它的规模之大，是其他任何网络无法比拟的。由此，运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一处有电力线的地方。这一技术一旦全面进入商业化阶段，将给互联网普及带来极大的发展空间。终端用户只需要插上电力猫，就可以实现因特网接入，电视频道接收节目，打电话或者是可视电话。

低成本：

充分利用现有的低压配电网络基础设施，无需任何布线，节约了资源。无需挖沟和穿墙打洞，避免了对建筑物、公用设施、家庭装潢的破坏，同时也节省了人力。相对传统的组网技术，PLC成本更低，工期短，可扩展性和可管理性更强。目前国内已开通电力宽带上网的地方，其包月使用费用一般为50-80元/月左右，这样的价格和很多地方的ADSL包月相持平。

适用面广：

PLC作为利用电力线组网的一种接入技术，提供宽带网络“最后一公里”的解决方案，广泛适用于居民小区，酒店，办公区，监控安防等领域。它是利用电力线作为通信载体，使得PLC具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可享受4.5~45Mbps的高速网络接入，来浏览网页﹑拨 共 41 页 第 16 页

打电话，和观看在线电影，从而实现集数据、语音、视频，以及电力于一体的“四网合一”。

3.1.3 三菱FXPLC的特点

三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当FX系列中最高档次的超小程序装置，除输入出16～25点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。特点--系统配置即固定又灵活；编程简单；备有可自由选择，丰富的品种；令人放心的高性能；高速运算；使用于多种特殊用途；外部机器通讯简单化；共同的外部设备。

3.1.4 三菱PLC的最终选型

根据现场设备控制要达到的要求，以及电气柜里控制的需求，我选用的是三菱FX1N-60MR型号的PLC。该型号的PLC的输入点为36，24点继电器输出并且为直流供电。出了这个还有一些辅助模块，根据控制量的点的个数决定还需要多少辅助模块。

图3-1 现场PLC实图

3.2 变频器的选型

（1）变频器的工作原理

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主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。

（2）变频器的作用

变频器集成了高压大功率晶体管技术和电子控制技术，得到广泛应用。变频器的作用是改变交流电机供电的频率和幅值，因而改变其运动磁场的周期，达到平滑控制电动机转速的目的。变频器的出现，使得复杂的调速控制简单化，用变频器+交流鼠笼式感应电动机组合替代了大部分原先只能用直流电机完成的工作，缩小了体积，降低了维修率，使传动技术发展到新阶段。变频器可以优化电机运行，所以也能够起到增效节能的作用。根据全球著名变频器生产企业ABB的测算，单单该集团全球范围内已经生产并且安装的变频器每年就能够节省1150亿千瓦时电力，相应减少9,700万吨二氧化碳排放，这已经超过芬兰一年的二氧化碳排放量。

（3）变频器的选型

依据电机的要求，根据它的工作功率，我选择的品牌是SIEMENS/西门子，产品系列:M440，型号:6SE6440-2UD27-5CA，额定电压:单相/三相AC220（V），适配电机功率:3.7（kW），额定电流:19A（A）。

M440采用模块化结构设计，调试简单，便捷，具有6个可编程的带电位隔离的数字输入，2个模拟输入，2个可编程模拟输入和3个可编程继电器输出。

M440变频器尤其适用于吊车和起重系统、立体仓储系统、食品、饮料和烟草工业以及包装工业的定位系统

下图为本产品的实图：

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图3-2 变频器的实图

3.3 触摸屏的选型

（1）触摸屏的工作原理：

为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。工作时，我们必须首先用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成；触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。

（2）触摸屏的主要类型

从技术原理来区别触摸屏，可分为五个基本种类：矢量压力传感技术触摸屏、电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、红外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏。其中矢量压力传感技术触摸屏已退出历史舞台；红外线技术触摸屏价格低廉，但其外框易碎，容易产生光干扰，曲面情况下失真；电容技术触摸屏设计构思合理，但其图像失真问题很难得到根本解决；电阻技术触摸屏的定位准确，但其价格颇 共 41 页 第 19 页

高，且怕刮易损；表面声波触摸屏解决了以往触摸屏的各种缺陷，清晰不容易被损坏，适于各种场合，缺点是屏幕表面如果有水滴和尘土会使触摸屏变的迟钝，甚至不工作。按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质，我们把触摸屏分为四种，它们分别为电阻式、电容感应式、红外线式以及表面声波式。每一类触摸屏都有其各自的优缺点，要了解哪种触摸屏适用于哪种场合，关键就在于要懂得每一类触摸屏技术的工作原理和特点。

（3）触摸屏的选型

根据现场的需要，我选择了5.7英寸三菱的触摸屏，具体型号为GT1150-QLBD-C。

有如下特点：

种类：TFT彩色触摸屏；

画面尺寸：5.7英寸；

分辨率：320*240(点）；

显示尺寸：115（W）*86（H）（mm）；

显示颜色：单色（白/蓝）16级灰度；

外型尺寸：164(W)*135(H)*56(D)(mm)；

面板开孔尺寸：153(W)*121(H)(mm)；

重量：0.7KG；

输入电源电压：DC24V(+10%、-15%) 脉动电压200mV以下；

技术指标:

型号：GT1150-QLBD-C；种类：TFT彩色触摸屏；画面尺寸：5.7英寸；分辨率：320*240(点）；显示尺寸：115（W）*86（H）（mm）；显示颜色：单色（白/蓝）16级灰度；外型尺寸：164(W)*135(H)*56(D)(mm)；面板开孔尺寸： 共 41 页 第 20 页

153(W)*121(H)(mm)；重量：0.7KG；输入电源电压：DC24V(+10%、-15%) 脉动电压200mV以下；品牌：MITSUBISHI/三菱；产地：日本。

3.4 电气控制柜中的元器件

下图为本次电气控制柜的详细硬件选型表

序号

1

名称

空开

规格型号

DZ20Y-100A 带门连锁

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

自动空气开关

自动空气开关

自动空气开关

自动空气开关

自动空气开关

变频器

变频器

变频器

接触器

熔断器

温控表

可编程序控制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

北京机床厂

北京机床厂

北京机床厂

北京机床厂

梅兰日兰

梅兰日兰

主电机

拧盖主电机

拧盖输送

沈阳213

沈阳213

配4A熔心

机械配

三菱

数量

1

品牌

总空开

共 41 页 第 21 页

器

16

17

18

19

触摸屏

触摸屏连接电缆

20

21

22

中间继电器

单眼按钮盒

分线盒

按钮 开关 指示灯

23

24

25

26

27

28

29

30

接近开关

型号待定

接近开关

NI35-CP40-AN6X

接近开关

风扇

端子

开关电源

接近开关

S-350-DC24V

BI5-G18K-AN6X

1套

1批

1

6

MY2NJ DC24V

250*150*105

见图纸

12

1

1

1批

FX2N-8EYR

FX2N-8EX

GT1150-QBBD25M-C

GT01-C300R4-8P 25M

1

1

1

1

PLC--触摸屏

盖升降 盖滑道 料斗有无

BI10-G30SK-AN6X 3

堵瓶

满瓶

3

同步 有无瓶 破瓶

1

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31

32

33

34

35

36

37

限位开关

HL5000

光电开关

E3Z-R61

光电开关

料斗有无盖

原有待确认

E3JIK-R4M1 2

缺瓶 拧盖进瓶满

2

拧盖下盖滑道

3

OMRON

拧盖限位开关

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4 啤酒灌装机控制系统的软件设计

4.1 啤酒灌装机控制系统

控制系统的结构图如下：

4.2 控制系统程序设计

PLC控制器的程序设计重点和核心是围绕着酒缸的旋转速度控制和酒缸上60个瓶位相关位置的检测移位、破瓶、空瓶瓶位相关位置的检测移位和相关灌装阀等的控制。其中的瓶位移位检测程序中，采用了三菱PLC位左移指令，驱动执行条件输入每一次由OFF-ON变化时，执行N2位移动，N2为移动的位数。

(1) 瓶位移位子程序

413 LD X055;机器计数脉冲测量检测输入点

414 PLS M49;主电机转速测量检测输入点取上升沿微分后的位M49

416 PLF M301;主电机转速测量检测输入点取下降沿微分后的位M301

418 LDI M590;进瓶个数检测

419 ANI X005;连锁保护点

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420 ANI X006;紧急停车保护

421 OUT M50;进瓶瓶位是否有瓶检测

422 LD M49;主电机转速测量检测输入点

423 SFTL M50 M500 K60 K1：瓶位移位检测，采用PLC位左移指令，这条指令是整个子控制程序的核心之一，主电机和瓶位检测开关同步检测移动的酒瓶，主电机每转一周，正好对应酒缸转过一个瓶位，PLC内部单元内对应这60个瓶位的单元为M500~M559，单元个数用第一个字母K设置为K60，每次变化一位用第二个字母K设置为K1，M50反应了瓶位的空、缺位置，并将检测到的这个位置以电机转速的频率移位下去，在内部相应的 单元内置“1”或“0”，控制相应的阀门和搅拌瓶盖的电机的开与停。系统在连续检测90个空瓶位后，停止搅拌瓶盖的电机的运行，检测瓶位的个数可以根据用户的要求任意设定。

432 LD X052：出瓶位检测

回转酒缸通过压力往瓶内背压装酒的过程中，空瓶在背压后，可能由于瓶子本身裂纹等原因导致突然爆瓶，这就需要检测出爆瓶瓶子的位置，在这个瓶位的位置进行打开吹扫电磁阀，喷出压缩空气，将瓶位上的碎瓶片吹离位置，在连续吹扫几个瓶位后，在打开喷射电磁阀，喷射出高压水注，在对破瓶位置周围瓶位连续喷射几个瓶位。

(2) 实现爆瓶检测、控制的步进控制

482 LD X055;机器计数脉冲测量检测输入点

483 PLS M49;主电机转速测量检测输入点取上升沿微分后的位M49

485 PLF M309;主电机转速测量检测输入点取下降沿微分后的位M309

486 LDI M70;破瓶位置检测

487 ANI M071;连续破瓶位置检测

488 ANI X052;进瓶位置

489 SFTL M52 M600 K20 K1

破瓶检测和瓶位检测开关同步检测移动的破瓶，主电机每转一周，正好对应酒缸转过一个瓶位，PLC内部单元内对应这20个破瓶位的单元为M600~M619，单元个数用第一个字母K设置为K20，每次变化一位用第二个字母K设置为K1，M52反应了破瓶的位置，并将检测到的这个位置以电机转速的频率移位下去，在内部 共 41 页 第 25 页

相应的 单元内置“1”或“0”，控制相应的喷射和吹扫电磁阀开与停。连续喷射和吹扫电磁阀的开听、停时间可以根据工艺要求任意设定。

详细的程序请查看附录。

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5 啤酒灌装机控制系统的安装调试

5.1现场安装

等上面的一切都准备好了，就可以到现场进行安装了，安装就是将接好的电气柜与外部的机械进行连接，做好的电气柜里面的控制端都是接在端子排上面的，这样到了现场只需拉好线，将线的一端接到电气柜里的端子排上，还有一端就是接在机器上面，这样电气柜里面的控制端就可以对现场的设备进行控制，现场的设备也可以反馈信号给电气柜里。

到了现场，还要往机械上面安装一些传感器，用以收集并反馈信号，比如：限位开关、光电开关、温度传感器、压力传感器、液位传感器、电磁阀等一些模拟量，这些器件将收集到的信号反馈给PLC，作为输入信号用以控制相应的动作。在与现场器件的连线中，会有不少的分线盒，分线盒有益于以后设备出现问题后的检修，也比较方便于接线，放一根多芯线到分线盒，然后机械上好多器件的连线可以就近的拉到这个分线盒，这样很方便，也避免了线的杂乱。还要安装的是一个触摸屏，在触摸屏上可以直接控制机械的动作，通过触摸屏软件可以很简洁的进行操作。

本次的啤酒灌装机控制电气柜如下图：

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图5-1 现长安装图1

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图5-2 现场安装图2

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5.2 现场调试

将编好的程序下载到PLC中，在做触摸屏的程序时，有一个点动的界面，刚开始是对每个开关量进行单个点动的运行，在做这个触摸屏界面时，对要事先进行点动操作的开关量做一个模拟按键，可以通过PLC接通，从而对PLC的输出点进行校对，比如：将主电机通电，看是否动作，将想要校对的量一一的进行调试。当所有的点都对上了后，就可以将开关打到自动挡，整个过程就由程序来控制，调试时要特别注意机械的动作，一有动作错误的地方就拍下急停按钮，然后查找错误，知道所有都正确，机器可以正常的运作。

在调试灌装机时，也遇到了不少的问题。灌装机里有一个过程是送盖，就是通过吸力将箱中的瓶盖吸到上面，再送到压盖料斗那边，刚开始开的时候，瓶盖吸不上去，查看之后是机械制作方面的问题，有地方透气，最后弄好了；压盖料斗就是将送来的瓶盖往灌好液体的瓶子上盖，当动起来的时候，那个上面的吸盖跟着瓶盖也压在瓶子上了，正常情况下是不应该这样的，最后也解决了这个问题。在电气柜的调试时就是对点的时候出现了点问题，别的没有什么问题。

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结论

本次的论文主要讲诉的是用PLC来控制啤酒流水线中灌装机的运行，通过从报价、设计、安装、调试等整个过程对这个项目进行阐述，一个完整的项目基本上就是这样做下来的。想现在这样用PLC实现自动控制的项目越来越多，PLC的运用也是越来越广泛，不仅仅不是啤酒生产流水线，还有电镀的流水线，可乐生产流水线等很多的项目。我这次论文中做的罐装机项目是一条啤酒生产流水线中很重要的一个环节，它的运行情况决定了整条线的质量，所有这个项目很有意义。

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致谢

本论文从选题到完稿，都是在指导老师悉心指导和同学的帮助下下完成的。指导老师在工作上谨慎作风对我影响很深，使我在写此论文的过程中严格要求自己，认真做好每一个细节问题。这种作风将是我以后学习和工作的最好指引。 在此谨向指导老师致以及同学以最真挚的感谢！

共 41 页 第 32 页

参考文献

1、廖常初，可编程控制器应用技术（第三版）、重庆：重庆大学出版社，1998

2、廖常初，PLC梯形图程序的设计方法与技巧、电工技术，1998-1999

3、廖常初 周林，PLC的功能指令、电工技术，1999-2000

4、张立科，PLC应用开发技术与工程实践、北京：人民邮电出版社，2005.1

5、周国珍，PLC分析与设计应用、北京：电子工业出本社，2004

6、郭琼，PLC应用技术、北京：机械工业出本社，2009

7王卫兵，可编程控制器原理及应用、北京:机械工程出版社,1998

8陈立定，电气控制与可编程控制器、广州:华南理工大学出版社,2001

9刘敏，可编程控制技术、北京:机械工业出版社，2001

10张凤珊，电气控制及可编程控制器、北京:中国轻工业出版社，1995

11王兆义，小型可编程控制器实用技术、北京:机械工程出版社,2003

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附录

啤酒灌装机的控制程序如下：

共 41 页 第 34 页

共 41 页 第 35 页

共 41 页 第 36 页

共 41 页 第 37 页

共 41 页 第 38 页

共 41 页 第 39 页

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