啤酒包裝線控制裝置的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告

中北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告學(xué)生姓名：普龍飛學(xué)號(hào)：0902044350學(xué)院、系：機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院、機(jī)械自動(dòng)化系專業(yè)：機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)題目：啤酒包裝線控制裝置的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師:崔寶珍2013年3月25日開題報(bào)告填寫要求1．開題報(bào)告作為畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在系審查后生效；2．開題報(bào)告內(nèi)容必須用按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見；3．學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇（不包括辭典、手冊(cè)）。文中應(yīng)用參考文獻(xiàn)處應(yīng)標(biāo)出文獻(xiàn)序號(hào)，文后“參考文獻(xiàn)”的書寫，應(yīng)按照國標(biāo)GB7714—87《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性；4．學(xué)生的“學(xué)號(hào)”要寫全號(hào)（如0201140102），不能只寫最后2位或1位數(shù)字；5.有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo)GB/T7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”；6.指導(dǎo)教師意見和所在系意見用黑墨水筆工整書寫，不得隨便涂改或潦草書寫。畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告1.結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：文獻(xiàn)綜述1.1課題設(shè)計(jì)的背景及意義啤酒作為一種風(fēng)味獨(dú)特的飲料，越來越受到人們的歡迎。隨著人們對(duì)自身安全的關(guān)注，對(duì)啤酒的衛(wèi)生質(zhì)量要求也變得更嚴(yán)格。啤酒包裝是啤酒生產(chǎn)過程的最后一道工序，也是啤酒生產(chǎn)過程的重要一環(huán)，對(duì)啤酒的外觀和質(zhì)量都有直接影響。⑴-[2]啤酒釀造工藝日趨成熟，但包裝質(zhì)量卻成了啤酒廠家的心頭病。⑶包裝質(zhì)量影響因素多，設(shè)計(jì)面廣，定量檢驗(yàn)難度大，尤其是在洗瓶檢瓶，啤酒輸送過程中的撞瓶，倒瓶，貼標(biāo)質(zhì)量，及裝箱缺瓶等方面存在問題。一條質(zhì)量好，技術(shù)先進(jìn)，設(shè)計(jì)合理的包裝生產(chǎn)線，既可生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品占領(lǐng)市場，又可節(jié)約成本，降低能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。為此，對(duì)啤酒包裝線控制裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高我國啤酒生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，成為一個(gè)刻不容緩的研究課題。[6]-[7]1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀中國啤酒裝備制造業(yè)是伴隨中國啤酒工業(yè)的迅速發(fā)展而成長起來的產(chǎn)業(yè)。1987年開始，我國從西歐、東歐、日本等國家和地區(qū)進(jìn)口了200多條灌裝線。國內(nèi)設(shè)備制造企業(yè)通過多年努力，對(duì)國外技術(shù)進(jìn)行消化吸收，到90年代已能成套與配套生產(chǎn)啤酒加工設(shè)備。但這些投入運(yùn)行的包裝線因使用年限已久，部分單機(jī)或輸送系統(tǒng)已陸續(xù)淘汰。有的需要更換單機(jī)，有的則需要更換輸送系統(tǒng)并重新進(jìn)行平面布置。⑵進(jìn)入21世紀(jì)以來，中國啤酒裝備進(jìn)入快速發(fā)展期。目前，啤酒裝備制造業(yè)已建立起了比較完整的裝備制造體系：從原材料貯存、精選、輸送、處理到啤酒的生產(chǎn)加工、過濾分離、灌裝、貼標(biāo)（套標(biāo)）、干包裝；從生產(chǎn)過程控制、在線檢測、消毒殺菌、綜合利用、環(huán)境保護(hù)到PET瓶吹瓶、容器加工、工程安裝及配套服務(wù)，中國制造的啤酒裝備已基本滿足中國啤酒生產(chǎn)企業(yè)的需要。但目前我國啤酒生產(chǎn)主要依靠進(jìn)口國外設(shè)備，其主要原因是國產(chǎn)設(shè)備特別是關(guān)鍵設(shè)備性能無法與國外設(shè)備匹敵。許多啤酒裝備生產(chǎn)企業(yè)即使引進(jìn)國外設(shè)備的技術(shù)、理念，也沒能超越模仿的層次。在自動(dòng)控制水平、可靠性、質(zhì)量方面與發(fā)達(dá)國家相比還有較大差距，在性能和水平上與國外仍有一定差距。在灌裝閥的研制方面，國內(nèi)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)地落在發(fā)達(dá)國家后面，其洗瓶、殺菌的能耗比國外先進(jìn)機(jī)型高好幾倍。單元裝備自動(dòng)化程度不高；單元裝備與整體工程化配套程度不高；與主體裝備配套的輔機(jī)、輔件、儀器和儀表等國產(chǎn)化產(chǎn)品性能還不穩(wěn)定。灌裝過程中酒的增氧量較大，純生啤酒的灌裝設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定。貼標(biāo)機(jī)與德國克朗斯設(shè)備比較故障率較高，皺標(biāo)、碎標(biāo)、歪標(biāo)、漏標(biāo)現(xiàn)象時(shí)常出現(xiàn)。國內(nèi)洗瓶機(jī)清洗帶鋁箔的啤酒瓶時(shí)洗凈率低，清除廢標(biāo)效果不好。⑷-⑸美國是世界上包裝機(jī)械發(fā)展歷史較長的國家，早已形成了獨(dú)立完整的包裝機(jī)械體系，其品種和產(chǎn)量均居世界之首。10多年來，美國始終保持著世界最大包裝機(jī)械生產(chǎn)和消費(fèi)大國的地位。其產(chǎn)品以高、大、精、尖產(chǎn)品居多，機(jī)械與計(jì)算機(jī)緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化控制。德國的包裝機(jī)械在計(jì)量、制造、技術(shù)性能方面均屬世界一流。該國生產(chǎn)的啤酒、飲料灌裝成套設(shè)備生產(chǎn)速度快、自動(dòng)化程度高、可靠性好。主要體現(xiàn)在：工藝流程的自動(dòng)化、生產(chǎn)效率高，滿足了交貨期短和降低工藝流程成本的要求；設(shè)備具有更高的柔性和靈活性。主要體現(xiàn)在生產(chǎn)的靈活性、構(gòu)造的靈活性和供貨的靈活性，適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代；利用計(jì)算機(jī)和仿真技術(shù)提供成套設(shè)備，故障率低，可進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷服務(wù)；對(duì)環(huán)境污染少，主要包括噪音、粉塵和廢棄物的污染。意大利生產(chǎn)的包裝機(jī)械中，40%是食品包裝機(jī)械，如糖果包裝機(jī)、茶葉包裝機(jī)、灌裝機(jī)等。產(chǎn)品的特點(diǎn)是外觀考究、性能優(yōu)良、價(jià)格便宜。意大利包裝機(jī)械行業(yè)的最大優(yōu)勢就在于可以按照用戶的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，并能保證很好地完成設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)督、檢驗(yàn)、組裝、調(diào)整和用戶需求分析等。日本的啤酒包裝機(jī)械，雖然以中小單機(jī)為主，但設(shè)備體積小、精度高、易于安裝、操作方便、自動(dòng)化程度也較高。⑻1.3PLC相關(guān)技術(shù)的運(yùn)用可編程控制器是以微處理器為核心的專用計(jì)算機(jī)利用它面向用戶的編程語言，不僅能始實(shí)現(xiàn)邏輯控翻，還能實(shí)現(xiàn)各種順序和定時(shí)控制以及復(fù)雜的閉環(huán)控制。利用它內(nèi)部大量的輔助繼電器可以實(shí)現(xiàn)無觸點(diǎn)控制；利用它控制時(shí)可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、在惡劣環(huán)境下能長時(shí)間不斷運(yùn)行、編程容易且維護(hù)工作量小、還配有通訊接口和各種摸塊的特點(diǎn)，可以把它作為工作下位機(jī)放在自動(dòng)生產(chǎn)線的工作現(xiàn)場完成各種控制任務(wù)。⑼PLC的發(fā)展在I960年代末的消除大的成本參與改變復(fù)雜的繼電器的基礎(chǔ)控制系統(tǒng)，它運(yùn)用領(lǐng)域包括時(shí)序控制和同步控制的流程和輔助元素在制造業(yè)、化工和流程工業(yè)。PLC的可用性與基本特征像算術(shù)運(yùn)算和提高圖形用戶國米-臉（GUI）在編程和溝通，承諾手段用PLC的優(yōu)勢在調(diào)速運(yùn)用。成功的例子是利用PLC控制為主要控制器。而作為一個(gè)助理設(shè)備，PLC在工業(yè)的運(yùn)用作為一個(gè)檢測和控制系統(tǒng)與多任務(wù)報(bào)告。添加新的設(shè)備來控制或改變操作條件來實(shí)現(xiàn)新的控制功能可以很容易地從控制軟件組實(shí)現(xiàn)。［⑼-［21］PLC控制技術(shù)可用于啤酒包裝的整個(gè)過程控制中。PLC將采集的數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)，并根據(jù)其輸出的指令對(duì)灌區(qū)現(xiàn)場的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。，9］采用PLC對(duì)送切膜機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)，操作簡便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)。［10］用西門子S7-317T-2DPPLC可實(shí)現(xiàn)空間運(yùn)動(dòng)控制的結(jié)構(gòu)。［ii］啤酒包裝線上的智能計(jì)數(shù)，利用光電傳感器光束發(fā)射和接收對(duì)瓶進(jìn)行計(jì)數(shù)o［12］利用PLC的位移控制實(shí)現(xiàn)對(duì)瓶子的止瓶、自動(dòng)取標(biāo)、日期打印等整個(gè)動(dòng)作過程。［18］通過對(duì)PLC系統(tǒng)的改造可以大大提高堆碼機(jī)速度。［13］缺瓶檢測主要通過光電傳感器檢測，PLC控制進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)報(bào)警和剔除功能。［14］-［16］1.4結(jié)論通過對(duì)參考文獻(xiàn)的學(xué)習(xí)研究，啤酒包裝自動(dòng)線是技術(shù)比較復(fù)雜、自動(dòng)化程度較高的輕工業(yè)生產(chǎn)線。設(shè)備在生產(chǎn)過程在會(huì)因各種各樣因素產(chǎn)生故障，造成臨時(shí)停車，其工作過程流水線較長，要滿足人機(jī)系統(tǒng)要求和安全衛(wèi)士要求，并合理控制生產(chǎn)線中的多臺(tái)機(jī)。［18］而其中的關(guān)鍵技術(shù)有：酒瓶中啤酒位置的控制、輸送帶速度的調(diào)節(jié)、包裝計(jì)數(shù)定時(shí)的控制，以及異常情況的控制。⑶本研究課題主要采用西門子S7-200等完成對(duì)啤酒包裝過程中的各種控制。參考文獻(xiàn)：趙延偉.啤酒包裝及其設(shè)備.食品與機(jī)械[J],1986,(3)：32-34王湘宏?啤酒包裝生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)[J].啤酒科技，51028,2005,(8);12-15李玉昌，陳有源，葉維風(fēng).PLC在啤酒包裝自動(dòng)化控制方面的運(yùn)用[A].硅谷，551109,2011,(17)：128,102鄭培飛?中國飲料、啤酒機(jī)械行業(yè)發(fā)展前景[J].中外食品，1999，(2)：21劉尉?國內(nèi)啤酒灌裝生產(chǎn)線的發(fā)展之路[J].酒、飲料技術(shù)裝備,2007(6):26-29李先年?啤酒包裝過程控制[J].啤酒科技，250031，2004，(5)：5-6,8白文，杜大川，李玉松，王中東.PLC技術(shù)在啤酒工業(yè)中的運(yùn)用[A].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2010,(7):40-42趙霞.國外包裝機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀[J].機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2012,(10)：10-12王東梅，李玉成.PLC在啤酒灌裝壓蓋上的運(yùn)用[B].包裝工程,2000,(4)：33-34,48郭慧敬.基于MCGS的啤酒膜包機(jī)送切膜包機(jī)送切莫控制系統(tǒng)[A].輕工機(jī)械，2010.10,28(5):58-61李正國?關(guān)于啤酒、飲料包裝的控制線輸送系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制的思考[J].酒、飲料技術(shù)裝備，2006,(3):54-56張樹君，高尚宇，申兆亮，張冬梅?啤酒包裝線上的智能計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)[B].包裝與食品機(jī)械，2001,19(04):20-21潘偉健?啤酒灌裝線高位機(jī)的改造[J].啤酒科技.510308,2012,(8)：16-19莫偉榮，葉青?啤酒紙箱包裝缺瓶檢測裝置的開發(fā)與運(yùn)用[J].啤酒科技，2010,(8):11-14陳曉彬，黃洪濤.PLC在紙箱包裝機(jī)缺支檢測系統(tǒng)中的運(yùn)用[J].啤酒科技，2010,(05):55-56楊懷林?基于PLC啤酒裝箱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[B].機(jī)床電器，2010,(6)：31-32許強(qiáng)，陸洪，陳丹梅.啤酒包裝生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)[J].信息技術(shù)，2000,(5)：24-25戚長政?自動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)線[M].北京：科學(xué)出版社，2004.161-164PanagiotisH.Tsarouhasa,IoannisS.Arvanitoyannisb.Assessmentofoperationmanagementforbeerpackaginglinebasedonfieldfailuredata:Acasestudy[J].JournalofFoodEngineering98(2010),51-59NordinSaadn,M.Arrofiq.APLC-basedmodified-fuzzycontrollerforPWM-driveninductionmotordrivewithconstantV/Hzratiocontro[J].RoboticsandComputer-Integrated,Manufacturing28(2012)95-112YousifI.AlMashhadany.DesignandImplementofaProgrammableLogicController(PLC)forClassicalControlLaboratory[J].IntelligentControlandAutomation,2012,3,44-49畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告2?本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：2?1研究對(duì)象啤酒包裝目前主要是瓶子的灌裝，主要是把空箱卸下放在輸箱帶上，運(yùn)送到卸箱機(jī)，取出啤酒瓶放在輸送帶上，后送到洗瓶機(jī)進(jìn)行洗瓶，洗干凈后用驗(yàn)瓶機(jī)進(jìn)行酒瓶檢驗(yàn)，合格后送往灌裝壓蓋機(jī)灌裝，灌裝后進(jìn)行殺菌，再送往貼標(biāo)機(jī)進(jìn)行貼標(biāo)，然后對(duì)啤酒進(jìn)行裝箱，最后對(duì)啤酒進(jìn)行堆碼。在這過程中對(duì)啤酒包裝過程中的各工序包裝機(jī)及輸送裝置、輔助裝置進(jìn)行控制，以及啤酒質(zhì)量的控制，從而實(shí)現(xiàn)啤酒包裝高效自動(dòng)化進(jìn)行。2.2本課題研究的主要內(nèi)容（1）啤酒瓶中啤酒位置的控制。對(duì)啤酒瓶液位的控制，防止啤酒灌裝過量，流出瓶外，對(duì)啤酒造成浪費(fèi)，以及影響整個(gè)包裝過程的效率。（2）輸送帶速度調(diào)節(jié)。輸送帶的速度對(duì)整個(gè)包裝線具有重要的意義，輸送帶的速度不能過快，也不能過慢，過快會(huì)造成瓶子的堵塞，過慢會(huì)造成機(jī)器空運(yùn)，造成不必要的損耗，對(duì)于各種發(fā)生的異常情況，上一機(jī)器的停機(jī)一定時(shí)間不能對(duì)下一機(jī)器造成影響，要預(yù)備一定的儲(chǔ)量。（3）包裝計(jì)數(shù)定時(shí)的控制。對(duì)啤酒瓶進(jìn)行計(jì)數(shù)能對(duì)啤酒的裝箱過程有效地進(jìn)行，及時(shí)查處包裝過程出錯(cuò)環(huán)節(jié)（如瓶子破裂）以及了解日產(chǎn)量指標(biāo)。對(duì)輸送帶進(jìn)行暫時(shí)的停機(jī)，完成啤酒的裝箱需要用定時(shí)器定時(shí)，啤酒進(jìn)入箱子需要一定時(shí)間。（4）異常情況的控制。包裝過程中會(huì)出現(xiàn)各種意外情況，如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)造成嚴(yán)重的后果，啤酒的浪費(fèi)，以及造成機(jī)器的故障，影響生產(chǎn)效率，造成損失。2?3設(shè)計(jì)的解決方案（1）對(duì)啤酒瓶中液位的控制。采用控制液位定量法灌裝，灌裝是啤酒瓶上升產(chǎn)生間隙，啤酒下流，空氣由排氣管輸出。到達(dá)一定位置后瓶內(nèi)氣體與液面上壓力平衡，液位保持不變，調(diào)節(jié)瓶子的上升高度可控制液面位置。（2）對(duì)輸送帶的速度調(diào)節(jié)。用光電檢測開關(guān)檢測瓶流速度，不同的瓶流速度對(duì)應(yīng)變頻器不同的速度。由PLC的輸出端子去控制變頻器的多段速控制端，實(shí)現(xiàn)變頻器速度與包裝速度相匹配。在包裝速度不變的情況下，瓶流速度必須和包裝速度保持一致,這就需要用一個(gè)光電傳感器把檢測到的瓶流脈沖輸入到PLC,由PLC控制變頻器多段速調(diào)速讓其改變輸出頻率驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制即控制瓶流速度與包裝速度相匹配。包裝計(jì)數(shù)定時(shí)的控制。每當(dāng)酒瓶通過計(jì)時(shí)，就會(huì)被計(jì)數(shù)器的傳感器檢測到，酒瓶個(gè)數(shù)加1，接近開關(guān)通過檢測金屬瓶蓋計(jì)數(shù)。光電開關(guān)有光束發(fā)射端和接受端，如發(fā)射端與接收端位于同一側(cè)，酒瓶通過時(shí)就會(huì)將發(fā)射的光束反射回來，被接受端接受到，開關(guān)狀態(tài)改變，計(jì)數(shù)電路檢測到狀態(tài)變化而計(jì)數(shù)；若發(fā)射端與接受端相對(duì)，酒瓶通過他們之間時(shí)，光線被遮，也會(huì)改變開關(guān)狀態(tài)。按預(yù)先設(shè)定的定時(shí)值對(duì)輸送帶進(jìn)行定時(shí)，當(dāng)瓶子被夾緊后進(jìn)再進(jìn)行裝箱。異常情況的控制。如啤酒瓶在輸送中的碰撞破碎，啤酒灌裝超過規(guī)定液位，殺菌機(jī)的停機(jī)等，發(fā)生故障后需要進(jìn)行報(bào)警并采取一定的有效措施進(jìn)行處理。當(dāng)破瓶出現(xiàn)，應(yīng)報(bào)警并把它傳送出去，當(dāng)啤酒溢出時(shí)灌裝機(jī)停止灌裝，殺菌機(jī)停止后，后面的機(jī)器都要停機(jī)，否則生產(chǎn)的啤酒都不符合衛(wèi)生要求。圖2.1啤酒包裝線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖附件：參考文獻(xiàn)格式學(xué)術(shù)期刊作者?論文題目?期刊名稱，出版年份，卷（期）：頁次如果作者的人數(shù)多于3人，則寫前三位作者的名字后面加“等”，作者之間以逗號(hào)隔開。例如：[1]李峰，胡征，景蘇等.納米粒子的控制生長和自組裝研究進(jìn)展.無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)，2001,17（3）:315~324[2]J.Y.Li,X.L.Ch