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0. 引 言

近年來，隨著人們的消費水平不斷提高，飲料產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，灌裝飲料備受人們青睞，人們對于灌裝飲料的需求量增加，促使設(shè)備快速更新?lián)Q代，灌裝生產(chǎn)線設(shè)備應(yīng)運而生。一些生產(chǎn)飲料、口服液等飲品的灌裝生產(chǎn)線，必將為食品藥品行業(yè)的發(fā)展注入新動力。此外，灌裝生產(chǎn)系統(tǒng)的研究能促進(jìn)我國灌裝生產(chǎn)線快速發(fā)展，使一體化流水線設(shè)備技術(shù)不斷得到改革與創(chuàng)新，進(jìn)一步提高了灌裝工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

本次系統(tǒng)設(shè)計主要采用電氣自動控制來實現(xiàn)自動灌輸包裝，利用三菱PLC為核心來提前設(shè)定好所需要的灌輸時間、包裝密封時間和裝運時間，剩余工作通過本產(chǎn)品

的自動灌輸系統(tǒng)來完成，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和成本。其主要由傳送帶、灌輸系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、密封包裝系統(tǒng)、裝運系統(tǒng)和動裝置構(gòu)成。多功能自動灌裝系統(tǒng)是以PLC控制電動機驅(qū)動的自動灌裝加工裝置，其制動過程利用了典型的梯形圖控制。PLC控制的多功能自動灌輸系統(tǒng)具簡單、精度高、抗干擾性強的特點，能在工作環(huán)境較惡劣的場合進(jìn)行工作，一體化流程，并且具有故障檢測和運行指示燈功能，可以及時發(fā)現(xiàn)問題所在。本文主要針對飲料加工設(shè)計了三菱FX2N-32M系列PLC的I/O分配和外部接線圖，并按其實際工作過程及工藝要求進(jìn)行模擬仿真運行，運行結(jié)果與實際生產(chǎn)要求相同。

1. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制功能的分析
   1. 多功能一體化自動灌輸系統(tǒng)主要適用于飲料、純凈水等飲品加工工藝流程，對飲料等灌輸可以實現(xiàn)灌裝、包裝密封及裝運的自動一體化，其工作的主要流程為：啟動。按“啟動”按鈕，工作指示燈（綠燈）亮，傳送帶工作。

1. 2. 空瓶檢測。當(dāng)傳送帶上的空瓶經(jīng)過空瓶檢測傳感器X1時，空瓶計數(shù)器計數(shù)并顯示，當(dāng)達(dá)到一定數(shù)值時（根據(jù)需求自己設(shè)定，本設(shè)計用99999999來演示），報警提示燈Y11亮起。
   3. 灌裝設(shè)備工作。當(dāng)傳送帶上的空瓶運輸經(jīng)過空瓶定位檢測傳感器時，灌輸設(shè)備檢測到空瓶后1 s后開始進(jìn)行灌輸工作，灌輸5 s后，傳送帶將灌輸好的運往下一步驟（根據(jù)實際需求時間來自行設(shè)定，本設(shè)計采用5 s），在灌輸工作期間設(shè)置了提示燈Y10以0.5 s的頻率閃爍，并且傳送帶Y1停止運行。
   4. 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢測。質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢測主要采用了壓力式質(zhì)量感應(yīng)來檢測灌輸后的與要求標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，當(dāng)經(jīng)過X6標(biāo)準(zhǔn)檢測感應(yīng)器時，若質(zhì)量大于等于要求標(biāo)準(zhǔn)，則灌輸成功，隨傳送帶繼續(xù)傳送；若質(zhì)量小于要求標(biāo)準(zhǔn)，則觸發(fā)Y3 推動裝置，將其推送到次品區(qū)。整個過程運行時Y6指示燈會亮起。
2. 5. 滿瓶檢測。當(dāng)傳送帶上灌輸后的產(chǎn)品經(jīng)過滿瓶檢測傳感器X0時，滿瓶計數(shù)器計數(shù)并顯示，當(dāng)達(dá)到一定數(shù)值 時（根據(jù)需求自己設(shè)定，本設(shè)計用99999999來演示），會自動停止傳送帶的運行并且熄滅空瓶超量時的報警燈Y11。6)密封包裝設(shè)備。當(dāng)傳送帶上的瓶子經(jīng)過X7包裝檢測時，包裝密封設(shè)備工作，工作5 s后繼續(xù)下一個環(huán)節(jié)，工作期間傳送帶停止運行，且指示燈Y12亮，工作燈熄滅。
   6. 機械擋板設(shè)備。機械擋板最前端兩塊板子分別以軸承為中心旋轉(zhuǎn)，將末端傳送帶上的成品歸入箱內(nèi)，當(dāng)瓶子經(jīng)過X30末端檢測時，觸發(fā)Y5擋板旋轉(zhuǎn)，將成品歸入箱內(nèi)。在其工作過程中，指示燈Y13發(fā)光，結(jié)束后熄滅。
   7. 裝運裝置。擋板將成品歸入箱內(nèi)后，當(dāng)堆積數(shù)到一定數(shù)值進(jìn)而觸發(fā)到滿箱檢測X31時，觸發(fā)裝運系統(tǒng)啟動，Y14指示燈將箱內(nèi)成品通過機械臂送到車上或其他儲物地點。裝運結(jié)束繼續(xù)循環(huán)以上步驟。
3. I/O口分配與PLC應(yīng)用
   1. PLC的選型

選用三菱PLC，并且根據(jù)I/O口數(shù)量，采用16點輸入/16點繼電器輸出。

1. 2. I/O口的確定分配

本多功能灌輸一體化流水線系統(tǒng)共有12個輸入端口和12個輸出端口；圖1為本設(shè)計的外部接線圖。

4. PLC梯形圖設(shè)計及控制程序
   1. PLC 順序功能圖設(shè)計（如圖2）
   2. 流水線簡圖

流水線的主俯視圖如圖3、圖4 所示。

1. 3. 控制程序順序

功能本多功能一體化灌輸流水線主要

流程如下:首先當(dāng)按下啟動按鈕時，傳送帶開始工作，空瓶供給到傳送帶上，空瓶在傳送帶上將會先經(jīng)過空瓶感應(yīng)檢測這時會觸發(fā)空瓶計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)并顯示當(dāng)前空瓶數(shù)；然后經(jīng)過空瓶定位檢測 1  s后，灌輸設(shè)備開始工作，工作時間根據(jù)實際需求來定。當(dāng)灌輸后的瓶子在傳送帶上經(jīng)過質(zhì)量感應(yīng)檢測時，若滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)將繼續(xù)隨傳送帶傳送到下一環(huán)節(jié)（若小于標(biāo)準(zhǔn)，則觸發(fā)推動裝置，將不符合的產(chǎn)品推到次品區(qū)，然后繼續(xù)正常工作），滿足標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行滿瓶檢測，并計數(shù)顯示，傳送帶繼續(xù)工作，當(dāng)經(jīng)過包裝密封感應(yīng)檢測時，觸發(fā)包裝密封設(shè)備工作，將半成品加工為成品，最后當(dāng)飲料或水的成品運行到傳送帶末端時經(jīng)過末端感應(yīng)檢測時，觸發(fā)機械擋板運行，將傳送帶上的灌裝成品通過旋轉(zhuǎn)來推入箱內(nèi)，當(dāng)箱內(nèi)達(dá)到滿箱檢測時， 傳送帶停止工作，裝運系統(tǒng)啟動，下面的機械臂將箱內(nèi)的成品送入車上等儲物區(qū)域。在灌輸、推動、包裝密封和裝運過程中，傳送帶停止工作，直到完成當(dāng)下的步驟環(huán)節(jié)方可繼續(xù)工作?？掌坑嫈?shù)器和手動計數(shù)器可以手動復(fù)位，并且在每個工作環(huán)節(jié)中，都會有相應(yīng)的工作指示燈提示。