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1 绪论 1.1 灌装机械概述 灌装机械的主要作用是将液体介质充填到包装容器中，灌装机械一般可以实现灌装、封口等功能。 根据灌装介质中是否含气体或是否会生成气体可将灌装介质分为：硬饮料（含酒精成分的含气饮料）、软饮料（不含酒精成分的含气饮料）、不含气体液体（如白酒和醋等）。由于灌装产品的物理化学性质，特别是黏度、含气量不同，灌装要求也有所不同，常用的液体灌装方法有：常压灌装法、等压灌装法、负压灌装法、微负压灌装法。 按包装容器的主要运动形式分类：旋转型灌装机，直线式灌装机。 图 1-1 旋转型灌装机 图 1-2 直线式灌装机 1.2 PLC简介 可编程控制器（Programmable Logic Controller, PLC)是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制器、计数、定时和算术运算等操作指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或自动化设备以及生产过程。 PLC的特点 1) 易操作且共用性好 2) 功能多，环境适应性好 3) 良好的稳定性和防干扰能力 4) 编程易学易懂 5) 设计、安装、调试方便简单 6) 封装性好、能耗不高 PLC的应用范围 (1)开关量的逻辑控制 (2)运动控制 (3)闭环过程控制 (4)数据处理 (5)通信联网9 2 CGF24-24-8型灌装机控制系统方案设计 2.1 CGF24-24-8型灌装机的工艺要求 课题研究的是高速清洗灌装旋盖三合一机，为24头旋转型液体灌装机，主要灌装介质为水。该灌装机结构上主要由风道进瓶组件、清洗组件、灌装组件、旋盖组件、出瓶组件五大部分组成，要求对于500ml的PET瓶可以实现高速稳定精确灌装，且实现无瓶不灌装、无瓶不加盖及在线清洗等功能。 主要技术要求为： (1) 灌装速度从12000瓶/h提高到18000瓶/h； (2) 灌装对象为500ml的PET瓶，灌装介质为水； (3) 灌装的容量误差≤2%； (4) 保证灌装时无滴漏、无泡沫产生； (5) 保证无瓶不灌装，无瓶不加盖； (6) 可以实现完整的CIP清洗（不拆卸设备、零部件、管道的情况下，通过使用清洗溶液对设备进行清洗后能达到食品生产的卫生级要求）； (7) 灌装机设计符合国标GB16789-1997食品机械安全卫生要求。 2.2 CGF24-24-8型灌装机的整体结构 论文所研究的CGF24-24-8型灌装机三维示意图（灌装组件隐藏了防尘罩）如图2-1所示，结构部分主要分为风道进瓶组件、清洗组件、灌装组件、加盖组件、出瓶组件等部分组成，结构图如阁2-2所示，各组件及其作用如下： 图 2-1 灌装机三维示意图 图 2-2 灌装机结构图 1—机箱组件；2—风道进瓶组件；3—过渡盘Ⅰ； 4一洗瓶组件；5—过渡盘Ⅱ； 6—灌装组件；7—过渡盘Ⅲ；8—供盖组件；9一加盖组件；10—出瓶组件 2.3 CGF24-24-8型灌装机控制系统的方案设计 控制系统的作用就是对开关、按钮、传感器等输入信号进行分析，从而做出响应来控制各执行机构完成相应的动作，使整个灌装过程准确而有序得进行。图2-3为常用的电气控制系统的组成图。 图 2-3 电气控制系统组成图 工艺流程是控制系统设计的主要依据，也是控制系统依托机械部分要实现的目标，不同的工艺流程，其控制方案也不同。 图 2-4 灌装工艺流程图 根据CGF24-24-8型灌装机的工艺要求，对照其灌装的工艺流程，依据一般电气系统的组成确定控制系统各部分如下： 输入元件，控制中心，执行元件：伺服电机，步进电机，电动机，电磁体，指示灯。 系统采用HMI (人机界面，Human Machine Interface)控制灌装机的机械动作（2），控制系统框图如图2-5所示。 图 2-5 控制系统框图 3 CGF24-24-8型灌装机灌装关键技术研究 本章主要围绕以下三个方面进行：（1) 一个伺服菜控制两个灌装头的连续灌装的灌装流程；（2)伺服泵的速度如何分配以提高灌装速度并防止飞溅和溢出；（3)如何控制步进电机以实现快速、精确的换向。 3.1 灌装流程 图 3-1 灌装示意图 图3-1所示为复位之后灌装部分的流程图，图所示位置为24号灌装头在1号工位时的情形。灌装时，每个灌装头对应一个瓶子进行灌装。按下启动按钮，灌装轮盘开始转动，灌装开始。1号工位是灌装的开始工位，9号工位为灌装停止工位，17号工位为出瓶工位。对于每个灌装头来说，它的工作流程为：1号工位开始灌装一9号工位灌装结束一 17号工位出瓶。前面己经介绍过，XG-24128型灌装机最大的特点是一个伺服泵对应两个灌装头的连续灌装，同一伺服泵控制的两个灌装头呈180度安装。以1号伺服泵为例，控制1号灌装头和13号灌