1绪论

目前，饮料厂的自动化灌装生产线中已经有越来越多的机器在使用先进的灌装生产技术提高机器的自动化控制水平和生产效率，而应用PLC完成电气部分的控制是工业自动化电气控制的主要发展方向。红牛饮料公司新上市的72000罐/小时的自动化灌装生产线便是先进的灌装技术。

浓缩果汁设备除引进的浓缩果汁生产线外，我国已基本能生产浓缩果汁设备。第一条国产果汁生产线诞生于1994年底，使用厂是山东平原宝原果汁饮品公司，当时的主要设备是卧式螺旋沉降式离心机和降膜管式三效蒸发器外，还有兰州石化装备工程总公司的板式蒸发器，目前606所已能成套提供浓缩果汁设备。用于果汁澄清的超滤装置目前都依靠进口，相信不久的将来，将会有自动化程度高的国产果汁超滤设备[1]。

在饮料灌装机设备方面，美国、德国、日本、意大利和英国的制造水平相对较高。我们可以通过这些国家的饮料灌装机的新趋势来确定我们国家与他们之间的差别，应该向哪些方面发展才能缩小之间的差别，使我国的灌装机尽快挤进世界先进行业之列。 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：均可进行玻璃瓶于聚酯瓶的灌装，尽量减少企业生产成本。 2.高速度、高产量

碳酸饮料灌装机的灌装速度最高达2000罐/分，德国H&K公司、SEN公司、KRONES公司，其灌装机的灌装阀分别达到165头、144头178头。非碳酸饮料灌装机的灌装阀50-100头，灌装速度最高达1500灌/分。 3.技术含量高、可靠性高

全线的自控水平高和全线效率高。在线检测装置和计量装置配套完备，能自动检测各项参数、计量精确。集机、电、气、光、磁为一体的高新技术产品不断涌现[2][3]。

PLC编程简介体积小，重量轻，耗电少，接线编程简单，可靠性高，反应快。 可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程控制器（Programmable Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）简称混淆，所以将可编程控制称PLC。

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梯形图是目前最为广泛，最受欢迎的一种编程语言，采用串行工作方式，具有简单，直观等特点，它采用敞开接点、常闭接点构成组合逻辑电路驱动各类软器件线圈或功能指令实现一定的逻辑运算、算术运算或数据的传送、变换与外部输出等。在梯形图中各类软器件用于内部编程的常开、常闭接点使用次数不受限制。而普通的继电器线路为并行工作方式，而且受硬件条件限制，各类软器件用于内部编程的常开、常闭接点使用次数是受限制的。现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。

目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。

PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。

由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备[4]。

1.1设计任务

1.1.1课题内容

课题的主要内容是灌装生产线控制系统的设计，基于PLC的控制系统有性能上的优势，因而本设计的控制系统采用三菱公司生产的FX2N系列的可编程控制器来实现。 1.1.2 工艺要求

对饮料灌装生产线的工艺要求主要是灌装生产线的系统使饮料灌装速度快，成本低，操作简单，所生产的产品合格率高。

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1.1.3控制要求

（1）系统通过开关设定为自动操作模式、手动操作模式，一旦启动，则传送带的驱动电机启动并一直保持到停止开关动作或罐装设备下的传感器检测到一个瓶子时停止；瓶子装满饮料后，传送带驱动电机必须自动启动，并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作。

（2）当瓶子定位在罐装设备下时，停顿1.1秒，罐装设备开始工作，罐装过程为5秒钟，罐装过程应有报警显示，5.1秒后停止并不再显示报警。

（3） 用两个传感器和若干个加法器检测并记录空瓶数和满瓶数，一旦系统启动，必须记录空瓶数和满瓶数，设最多不超过99999999瓶。

（4） 可以手动对计数值清零（复位）。 1.1.4 课题要求

（1）根据课题的控制要求完成设计

（2）对电机、传感器、到位开关选型并列出选型依据 （3）画出电气连线图，写出程序流程图及代码 （4）完成课程设计说明书

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2总体设计方案

2.1灌装机灌装方法的选择

由于液料的物理化学性各有差异，对灌装也就有不同的要求。液料由储料缸灌入包装容器，常有如下几种方法： (1)常压法灌装

常压法灌装，是在大气压力下依靠被灌液料的自重流入包装容器内的灌装方法。常压灌装的工艺过程为：

a.进液排气，即液料进入容器，同时容器内的空气被排出。 b.停止，即容器内的液料达到定量要求时，进液自动停止。

常压法主要用于灌装低粘度、不含气的液料，如牛奶、白酒、果汁等。 (2)等压法灌装

等压法灌装，是利用储液箱上部气室的压缩空气，给包装容器充气，使二者的压力接近相等，然后被灌液料靠自重流入该容器内的灌装方法。等压灌装的工艺过程为： a.充气等压 b.进液回气 c.停止进液

d.释放压力，即释放瓶颈内残留的压缩气体至大气内，避免瓶内突然降压引起大量冒泡，影响包装质量和定量精度。

等压法适用于含气饮料，如啤酒、汽水等的灌装，可减少其所含二氧化碳气体损失。 (3)真空法灌装

真空法灌装是低于大气压力的条件下进行灌装的方法。即让储液罐内部处于常压状态，只对包装容器内部抽气，使其形成一定的真空度，液料依靠两容器内的压力差，流入包装容器并完成灌装。真空法灌装的工艺过程为：

a.瓶抽真空 b.进液排气 c.停止进液

d.余液回流，即排气管中的残液经真空室回流至储液箱内。 真空法使用于灌装粘度低一些的液料，如油类、糖浆等。 (4)压力法灌装

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