無壓力輸送控制系統在啤酒灌裝生產線上的應用

2024年2月13日發(作者：新版火車票)

無壓力輸送控制系統在啤酒灌裝生產線上的應用

李勇;劉奕華;唐偉強

【摘 要】In the beer industry, particularly in high-speed bottling line, and

gradually introduce the whole line of pressure-free transmission control

technology, the current pressure-free bottle delivery system to achieve

broad application in the industry. Now experience in respect of a filling line

to the beer bottle machine bottle filling machine conveyor ction of the

control of pressure-free transformation of the 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 reducing 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 line.%啤酒行業的高速灌裝包裝線上,廣泛應用無壓力輸送控制技術.現就某灌裝包裝線的驗瓶機至啤酒灌裝機段的瓶輸送帶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協調的方法.實踐證明,控制系統的改造,對比原有啤酒瓶輸送控制系統,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量,大大提高了灌裝包裝線的生產效率.

【期刊名稱】《包裝與食品機械》

【年(卷),期】2011(029)005

【總頁數】5頁(P58-62)

【關鍵詞】無壓力輸送;控制器;瓶輸送系統

【作 者】李勇;劉奕華;唐偉強

【作者單位】廣州珠江啤酒股份有限公司,廣州510330;廣州珠江啤酒股份有限公司,廣州510330;華南理工大學機械與汽車工程學院,廣州510640

【正文語種】中 文

【中圖分類】TS486.3;TS261.3

0 引言

人們物質生活水平的不斷提高，促進了飲料、啤酒工業的發展［1］。近二十年來，啤酒工業灌裝生產技術獲得了高速的發展。目前，啤酒灌裝生產線的灌裝速度已從8000瓶/h向36000瓶/h、72000瓶/h等更高生產速度發展，整個啤酒行業的灌裝生產設備不斷地推陳出新。

作為啤酒灌裝生產線的輸送樞紐——瓶輸送系統，輸送平穩、瓶流暢通、安全高效，直接影響到整條生產線的生產效率［2］。國外的啤酒設備生產企業非常重視這一點，大多配套了無壓力控制系統，例如KRONES、SIG、HEUFT等企業的產品，這些國外企業生產的無壓力控制瓶輸送控制系統原理不盡相同，但基本的特點是系統維護量少，前期的投入費用較高。以前，國內啤酒灌裝設備生產企業大多數高速灌裝線直接從國外引進了無壓力瓶輸送控制系統［3］，配套在驗瓶機、啤酒灌裝機和貼標機上使用，保證整線的生產效率。目前，國內很多灌裝包裝線配套企業不斷吸取國外的先進技術經驗，逐步將一些進口設備及技術實現國產化。與國外進口設備相比，國產設備性能略顯單一，穩定性、綜合能力均有所欠缺［4］。下

面就此問題，結合某啤酒廠的無壓力控制瓶輸送控制系統改造，探討該問題的解決方法。

1 改造前設備的控制系統

某啤酒的一條國產36000瓶/h的灌裝生產線，從驗瓶機到啤酒灌裝機入口段的輸送帶無壓力控制系統，單純采用PLC進行自動控制，通過光電開關及編碼器，檢測瓶流速度及減速機運行速度，控制調節瓶輸送。由于PLC程序掃描時間略長，實時響應特性在瓶輸送無壓力控制上并不好，存在滯后的現象，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常發生倒瓶、堵瓶、爆瓶等現象，影響了瓶輸送效果，增加了整線啤酒生產的水、電、氣能耗，導致整條包裝線效率過低。

2 無壓力控制系統的改造方案的設計

2.1 瓶子在輸送系統中的幾種運動特點

(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，造成倒瓶現象的發生。

(2)瓶子在輸送系統中被平頂鏈瓶輸送帶拖動［5］，在暢通順利的輸送狀態下(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，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運轉。這時候，瓶子之

間的距離小于瓶子的外徑，故產生了擠壓力。其中，瓶子的重量、瓶輸送帶的列數、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和長度是在設計安裝時確定的。

2.2 輸送系統的驅動控制系統的組成

根據瓶子在輸送帶上的運動特點，無壓力控制系統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臺驅動電機。可以通過現場控制器對輸送帶的運行參數進行調整并存儲;控制系統可以根據不同的瓶子類型設定參數，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摩擦、避免瓶子過度磨損;控制系統應能對驗瓶機、灌裝機、輸送帶三者聯絡信號進行協調。

3 改造后的無壓力控制系統的組成

改造后的無壓力控制系統主要由電控柜、無壓力控制器、空氣開關、變頻器(1.5kW)、斷路器、光電開關、感應開關、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1.1kW的電機、1臺功率1.5kW的電機，以及電纜輔材、屏蔽電纜等組成。

3.1 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。

3.2 變頻器及減速機

變頻器的主要指標:矢量控制模式，180%啟動轉矩，內置RS485通信接口，功率1.1～1.5kW;減速電機的主要指標:斜齒輪蝸桿減速機，功率1.1～1.5kW，轉速30～120r/min，傳動比11～244。

3.3 光電開關、感應開關等設備的選擇［6］

光電開關采用LEUZE(SICK)高速反應型PRK18/4 DL.4產品，感應開關采用P+F

NJ30+ U1+E2/NBB5－18GM－E2產品，空氣開關、斷路器等根據系統設計電流大小采用TE產品。

3.4 改造后的設備布局如圖1所示

圖1 設備布局圖

4 改造后無壓力瓶輸送控制系統的結構及工作原理

4.1 改造后無壓力瓶輸送控制系統結構如圖2所示

無壓力控制系統的工作原理及基本功能

(1)GL控制器給出A5、A3、G7三個模擬量信號到PLC輸入，GL控制器給出E5開關量信號到PLC輸入端;(2)OP操作屏給出啟動、停止、急停三個信號給PLC;同時在操作屏處設一按鈕開關盒，可以手動啟動、停止及急停;(3)EBI給出READY、ERR、PUSH三個信號給PLC;(4)BL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;(5)SQ1、SQ2、SQ4三個感應開關、SQ3光電開關給出最小、最大堵塞三個信號到PLC;(6)PLC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;(7)PLC的COM4、COM5輸出信號到變頻器SD端;(8)PLC的Y14—Y17、Y20—Y27輸出信號到變頻器的STF端，作為變頻器的啟動信號;(9)PLC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; (10)E1、E2、E3三個光電開關輸出信號給GL控制器，E9、E10、E1、E2、E3五個光電開關輸出信號給BL控制器;(11)E6、E7感應開關反饋給信號GL控制器;OP操作屏給出瓶型選擇信號(500mL、600mL、635mL);生產/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。

圖2 無壓力瓶輸送控制系統結構

5 無壓力控制系統參數設定調試、性能指標

5.1 控制系統無壓力控制器參數設定

參數需要根據實際使用情況進行調整，其中幾個關鍵的參數設定如下［7］:

GL(驗瓶機入口控制器)參數設定:

BL(啤酒灌裝機入口控制器)參數設定:

5.2 無壓力瓶輸送控制系統性能指標

適應生產速度:6000～42000瓶/h;最大主機加速度:350瓶時/s2;適應EBI最大擊出率小于30%(10s內平均);適應瓶流密度最大變化率: ±20%;最大瓶沖擊速度小于0.25m/s;調節時間小于1s;適應瓶型:3種，最多16種。可由外部旋鈕選擇瓶型參數并存儲。

6 改造后瓶輸送系統無壓力控制的優點

(1)在高速驗瓶、灌裝、壓蓋和運轉中，啤酒瓶輸送平穩，各啤酒瓶間為無擠壓狀態順利通過;

(2)實現了驗瓶機——啤酒灌裝機無周期時間的實時聯鎖電氣自動控制，保證了36000瓶/h (原包裝線設計速度)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傷和磨損;

圖2 OEE(設備綜合效率)對比

圖3 故障時間對比

(4)與改造前的無壓力瓶輸送系統控制技術相比，瓶輸送系統噪音顯著降低;

(5)對不同的瓶型編制了不同的瓶型轉換程序和工作狀態選擇，使得不同程序間的轉換時間極短;

(6)使瓶輸送設備與玻璃瓶之間的磨損減少，延長了設備的使用壽命，同時降低爆瓶產生的瓶耗、酒耗，大大提高了生產經濟效益;

(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，同時也便于系統設備的維護。

(8)降低了故障時間，提高了生產效率，如圖2、圖3所示(數據統計為改造前、后同期三個月累計對比)。

7 結束語

經過對原國產36000瓶/h啤酒灌裝包裝線控制系統的改造，使其控制設計趨向合理，整個系統控制精度高，穩定性強。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，提高了企業的生產效率。

參考文獻

【相關文獻】

［1］陳曉非.啤酒、飲料包裝車間瓶裝流水線的設計方法［J］.包裝與食品機械，1991，9(4):16－27.

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［3］李洪貴.智能速度控制器在啤酒瓶單列輸送電控系統中的應用［J］.啤酒科技，2005，12(11):57－58.

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［6］張慶雙.電子元器件的選用與檢測［M］.北京:機械工業出版社，2003.

［7］K@G System操作手冊［M］.