無壓力輸送控制系統(tǒng)在啤酒灌裝生產(chǎn)線上的應(yīng)用

1、收稿日期:20110816;修稿日期:20110905作者簡介:李勇(1974,男,碩士,工程師,主要從事設(shè)備管理工作。通信作者:唐偉強,(1951,男,副教授,研究方向為包裝與食品機械,通信地址:510640廣東廣州市五山路381號華南理工大學機械與汽車工程學院,E mail :wqtangscuteducn 。經(jīng)驗交流無壓力輸送控制系統(tǒng)在啤酒灌裝生產(chǎn)線上的應(yīng)用李勇1,劉奕華1,唐偉強2(1廣州珠江啤酒股份有限公司,廣州510330;2華南理工大學機械與汽車工程學院,廣州510640摘要:啤酒行業(yè)的高速灌裝包裝線上,廣泛應(yīng)用無壓力輸送控制技術(shù)。現(xiàn)就某灌裝包裝線的驗瓶機至啤酒灌裝機段的瓶輸送帶

2、無壓力控制進行改造,探討在無壓力輸送中,瓶流輸送與啤酒灌裝機運行速度平穩(wěn)協(xié)調(diào)的方法。實踐證明,控制系統(tǒng)的改造,對比原有啤酒瓶輸送控制系統(tǒng),大幅度降低了啤酒瓶碰撞沖擊力,進而降低了卡瓶、爆瓶率,確保了啤酒灌裝機的進瓶數(shù)量,大大提高了灌裝包裝線的生產(chǎn)效率。關(guān)鍵詞:無壓力輸送;控制器;瓶輸送系統(tǒng)中圖分類號:TS4863;TS2613文獻標識碼:A 文章編號:10051295(201105005805doi :103969/jissn10051295201105016Pressure-free Conveying of Control System Applies in Beer Production

3、 LineLI Yong 1,LIU Yi-Hua 1,TANG Wei-qiang 2(1Guangzhou Zhujiang Brewery CoLtd,Guangzhou 510330,China ;2School of Mechechanical Automotive Engineering SCUT ,Guangzhou 510640,China Abstract :In the beer industry ,particularly in high-speed bottling line ,and gradually introduce the whole line of pres

4、sure-free transmission control technology ,the current pressure-free bottle delivery system to achieve broad application in the industryNow experience in respect of a filling line to the beer bottle machine bottle filling machine conveyor section of the control of pressure-free transformation of the

5、 practical experience of the pressure-free delivery ,so that the flow of transport and the beer bottle filling machine runs smoothly coordina-ted approach to practice proved that the transformation of the control system ,compared to the original beer bot-tle conveyor control system ,significantly re

6、ducing the impact of the collision of beer bottles ,thus reducing the card bottles ,bottle burst rate ,to ensure that the beer into the bottle filling machine number ,greatly improve the efficiency of the entire production lineKey words :pressure-free conveying ;controller ;bottle conveying system0引

7、言人們物質(zhì)生活水平的不斷提高,促進了飲料、啤酒工業(yè)的發(fā)展1。近二十年來,啤酒工業(yè)灌裝生產(chǎn)技術(shù)獲得了高速的發(fā)展。目前,啤酒灌裝生產(chǎn)線的灌裝速度已從8000瓶/h 向36000瓶/h 、72000瓶/h 等更高生產(chǎn)速度發(fā)展,整個啤酒行業(yè)的灌裝生產(chǎn)設(shè)備不斷地推陳出新。作為啤酒灌裝生產(chǎn)線的輸送樞紐瓶輸送系統(tǒng),輸送平穩(wěn)、瓶流暢通、安全高效,直接影響到整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率2。國外的啤酒設(shè)備生85產(chǎn)企業(yè)非常重視這一點,大多配套了無壓力控制系統(tǒng),例如KRONES、SIG、HEUFT等企業(yè)的產(chǎn)品,這些國外企業(yè)生產(chǎn)的無壓力控制瓶輸送控制系統(tǒng)原理不盡相同,但基本的特點是系統(tǒng)維護量少,前期的投入費用較高。以前,國內(nèi)啤

8、酒灌裝設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)大多數(shù)高速灌裝線直接從國外引進了無壓力瓶輸送控制系統(tǒng)3,配套在驗瓶機、啤酒灌裝機和貼標機上使用,保證整線的生產(chǎn)效率。目前,國內(nèi)很多灌裝包裝線配套企業(yè)不斷吸取國外的先進技術(shù)經(jīng)驗,逐步將一些進口設(shè)備及技術(shù)實現(xiàn)國產(chǎn)化。與國外進口設(shè)備相比,國產(chǎn)設(shè)備性能略顯單一,穩(wěn)定性、綜合能力均有所欠缺4。下面就此問題,結(jié)合某啤酒廠的無壓力控制瓶輸送控制系統(tǒng)改造,探討該問題的解決方法。1改造前設(shè)備的控制系統(tǒng)某啤酒的一條國產(chǎn)36000瓶/h的灌裝生產(chǎn)線,從驗瓶機到啤酒灌裝機入口段的輸送帶無壓力控制系統(tǒng),單純采用PLC進行自動控制,通過光電開關(guān)及編碼器,檢測瓶流速度及減速機運行速度,控制調(diào)節(jié)瓶輸送。由于

9、PLC程序掃描時間略長,實時響應(yīng)特性在瓶輸送無壓力控制上并不好,存在滯后的現(xiàn)象,同時也因為驗瓶機至啤酒灌裝機入口段輸送帶距離比較短,導致啤酒灌裝機高速運行時該段瓶輸送帶上經(jīng)常發(fā)生倒瓶、堵瓶、爆瓶等現(xiàn)象,影響了瓶輸送效果,增加了整線啤酒生產(chǎn)的水、電、氣能耗,導致整條包裝線效率過低。2無壓力控制系統(tǒng)的改造方案的設(shè)計21瓶子在輸送系統(tǒng)中的幾種運動特點(1無壓力鏈道因輸送帶具有15的傾斜角度,瓶子靠自重滑向較低側(cè)導向帶,每段輸送帶的速度是漸進的,瓶子會因速度的漸進增加而分開,間隙形成后,瓶子會從背后一行滑入補充到間隙中,從而完成排瓶。但由于灌裝包裝線使用的鏈板,其表面光潔度差,該包裝線使用的瓶子品牌較

10、多,瓶子底部花紋不一致等原因,使瓶子在排瓶過程中,部分瓶子不能很好地排列,造成倒瓶現(xiàn)象的發(fā)生。(2瓶子在輸送系統(tǒng)中被平頂鏈瓶輸送帶拖動5,在暢通順利的輸送狀態(tài)下(暫不考慮瓶子與輸送鏈板的滑動,瓶輸送帶與瓶子等速向前運動,瓶子處于自由、輕快、平衡狀態(tài),相互之間的擠壓力是很輕微的。若瓶與瓶之間的中心距大于瓶子外徑時,則瓶子之間無擠壓力。(3當下游主機的運行速度低于輸送能力或因各種因素產(chǎn)生故障而停機時,瓶流從主機輸入口開始聚集直至積累到上游主機的輸出口,因瓶輸送帶的緩沖量和儲存能力有限而使瓶子停留在瓶輸送帶上,瓶輸送帶鏈條仍在繼續(xù)運轉(zhuǎn)。這時候,瓶子之間的距離小于瓶子的外徑,故產(chǎn)生了擠壓力。其中,瓶子

11、的重量、瓶輸送帶的列數(shù)、所聚集的瓶子長度又決定了擠壓力的大小,而瓶子的重量及鏈條的列數(shù)和長度是在設(shè)計安裝時確定的。22輸送系統(tǒng)的驅(qū)動控制系統(tǒng)的組成根據(jù)瓶子在輸送帶上的運動特點,無壓力控制系統(tǒng)一般采用兩套控制器,分別對驗瓶機入口、灌裝機入口的輸送帶驅(qū)動電機進行控制,具體為控制驗瓶機入口6臺、灌裝機入口5臺、灌裝機出口1臺共12臺驅(qū)動電機。可以通過現(xiàn)場控制器對輸送帶的運行參數(shù)進行調(diào)整并存儲;控制系統(tǒng)可以根據(jù)不同的瓶子類型設(shè)定參數(shù),方便操作者選擇切換(500mL,600mL及635mL瓶型,可避免驗瓶機入口的單列輸送帶瓶子之間的相互擠壓、碰撞;避免灌裝機入口的輸送帶瓶子之間的相互打轉(zhuǎn)摩擦、避免瓶子過

12、度磨損;控制系統(tǒng)應(yīng)能對驗瓶機、灌裝機、輸送帶三者聯(lián)絡(luò)信號進行協(xié)調(diào)。3改造后的無壓力控制系統(tǒng)的組成改造后的無壓力控制系統(tǒng)主要由電控柜、無壓力控制器、空氣開關(guān)、變頻器(15kW、斷路器、光電開關(guān)、感應(yīng)開關(guān)、不銹鋼機械安裝支架(包括光電傳感器支架、操作箱支架、不銹鋼操作箱(防護等級IP65組成,另外還包括新增加3臺功率11kW的電機、1臺功率15kW的電機,以及電纜輔材、屏蔽電纜等組成。31無壓力控制器的選擇改造后的無壓力控制器采用GL(下稱驗瓶機入口控制器和BL(下稱啤酒灌裝機入口控制器共同控制。32變頻器及減速機變頻器的主要指標:矢量控制模式,180%啟動轉(zhuǎn)矩,內(nèi)置RS485通信接口,功率11

13、15kW;95減速電機的主要指標:斜齒輪蝸桿減速機,功率11 15kW ,轉(zhuǎn)速30 120r /min ,傳動比11 244。33光電開關(guān)、感應(yīng)開關(guān)等設(shè)備的選擇6光電開關(guān)采用LEUZE (SICK 高速反應(yīng)型PRK18/4DL4產(chǎn)品,感應(yīng)開關(guān)采用P +F NJ30+U1+E2/NBB518GM E2產(chǎn)品,空氣開關(guān)、斷路器等根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計電流大小采用TE 產(chǎn)品。34改造后的設(shè)備布局如圖1 所示圖1設(shè)備布局圖4改造后無壓力瓶輸送控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理41改造后無壓力瓶輸送控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示無壓力控制系統(tǒng)的工作原理及基本功能(1GL 控制器給出A5、A3、G7三個模擬量信號到PLC 輸入,GL

14、控制器給出E5開關(guān)量信號到PLC 輸入端;(2OP 操作屏給出啟動、停止、急停三個信號給PLC ;同時在操作屏處設(shè)一按鈕開關(guān)盒,可以手動啟動、停止及急停;(3EBI 給出READY 、ERR 、PUSH 三個信號給PLC ;(4BL 控制器給出A3、A4、A5、A7四個模擬量信號(無壓力準備信號到PLC ;(5SQ1、SQ2、SQ4三個感應(yīng)開關(guān)、SQ3光電開關(guān)給出最小、最大堵塞三個信號到PLC ;(6PLC 的Y2給出模擬量E4到GL 控制器,作為GL 控制器啟動信號;Y0、Y10作為PLC 的故障輸出信號;(7PLC 的COM4、COM5輸出信號到變頻器SD 端;(8PLC 的Y14Y17、

15、Y20Y27輸出信號到變頻器的STF 端,作為變頻器的啟動信號;(9PLC 的Y3輸出模擬量信號到BL 控制器的E4,作為BL 的啟動信號,同時PLC 的Y6端輸出模擬量信號給驗瓶機的E13,作為驗瓶機的啟動信號;Y7作為驗瓶機故障信號;(10E1、E2、E3三個光電開關(guān)輸出信號給GL 控制器,E9、E10、E1、E2、E3五個光電開關(guān)輸出信號給BL 控制器;(11E6、E7感應(yīng)開關(guān)反饋給信號GL 控制器;OP 操作屏給出瓶型選擇信號(500mL 、600mL 、635mL ;生產(chǎn)/清空信號、故障復位信號給GL 控制器;驗瓶機出口輸送帶速度信號及驗瓶機正常、故障、運行信號給到BL 控制器,BL

16、 控制器得以控制驗瓶機及灌酒機入口輸送帶的速度,保證灌酒機入口的瓶源速度。06圖2無壓力瓶輸送控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)5無壓力控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定調(diào)試、性能指標51控制系統(tǒng)無壓力控制器參數(shù)設(shè)定參數(shù)需要根據(jù)實際使用情況進行調(diào)整,其中幾個關(guān)鍵的參數(shù)設(shè)定如下7:GL(驗瓶機入口控制器參數(shù)設(shè)定:Adapta vavlue140%185%95%105%100% 120%100%100%Fill speed conv15%20%Braking values10%10%5Backup switch10%1Minv machine5000B/C ratio106BL(啤酒灌裝機入口控制器參數(shù)設(shè)定:Adapta vavlue1

17、00%160%115%180% 100%131%100%100%Fill speed conv20%20%Minv machine5000Conveyor mode211B/C ratio112Inspecktor Gap accel in5%EBI limitation42000Clock plscounter2052無壓力瓶輸送控制系統(tǒng)性能指標適應(yīng)生產(chǎn)速度:6000 42000瓶/h;最大主機加速度:350瓶時/s2;適應(yīng)EBI最大擊出率小于30%(10s內(nèi)平均;適應(yīng)瓶流密度最大變化率:20%;最大瓶沖擊速度小于025m/s;調(diào)節(jié)時間小于1s;適應(yīng)瓶型:3種,最多16種?？捎赏獠啃o選擇瓶

18、型參數(shù)并存儲。6改造后瓶輸送系統(tǒng)無壓力控制的優(yōu)點(1在高速驗瓶、灌裝、壓蓋和運轉(zhuǎn)中,啤酒瓶輸送平穩(wěn),各啤酒瓶間為無擠壓狀態(tài)順利通過;(2實現(xiàn)了驗瓶機啤酒灌裝機無周期時間的實時聯(lián)鎖電氣自動控制,保證了36000瓶/h (原包裝線設(shè)計速度整條線85%的效率;(3無壓力輸送有效防止了玻璃啤酒瓶的刮16 傷和磨損; 圖2OEE (設(shè)備綜合效率對比 圖3故障時間對比(4與改造前的無壓力瓶輸送系統(tǒng)控制技術(shù)相比,瓶輸送系統(tǒng)噪音顯著降低;(5對不同的瓶型編制了不同的瓶型轉(zhuǎn)換程序和工作狀態(tài)選擇,使得不同程序間的轉(zhuǎn)換時間極短;(6使瓶輸送設(shè)備與玻璃瓶之間的磨損減少,延長了設(shè)備的使用壽命,同時降低爆瓶產(chǎn)生的瓶耗、酒

19、耗,大大提高了生產(chǎn)經(jīng)濟效益;(7無壓力控制的顯示屏面板上可實時顯示簡明的錯誤信息便于快速查清錯誤,同時也便于系統(tǒng)設(shè)備的維護。(8降低了故障時間,提高了生產(chǎn)效率,如圖2、圖3所示(數(shù)據(jù)統(tǒng)計為改造前、后同期三個月累計對比。7結(jié)束語經(jīng)過對原國產(chǎn)36000瓶/h 啤酒灌裝包裝線控制系統(tǒng)的改造,使其控制設(shè)計趨向合理,整個系統(tǒng)控制精度高,穩(wěn)定性強。通過在驗瓶機控制器和啤酒灌裝機入口控制器上設(shè)定自動停開機和故障消除裝置,保證了操作方便的同時使瓶輸送帶上的瓶子運行更加流暢,提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率。參考文獻1陳曉非啤酒、飲料包裝車間瓶裝流水線的設(shè)計方法J 包裝與食品機械,1991,9(4:16272陳愛清淺談無壓力輸送系統(tǒng)設(shè)計J 飲料工業(yè),2010,25(9:394