成都工業大學畢業設計論文 設計者 踏雪麒麟PLC在自立袋灌裝機系統中的應用畢業論文目 錄機械部分設計 緒論一、 灌裝機械的發展前景-二、 PLC、變頻器在灌裝機領域應用前景及觸摸屏技術-第一節 概述 一、 灌裝機械的簡介-二、 基本概念-三、 灌裝機的分類-第二節 灌裝方法及適應種類-一、 灌裝方法-二、 灌裝機的選擇原則-三、 液體灌裝機簡介-第三節 灌裝機械的定量方法-一、 液位控制定量法-二、 定量杯定量法-三、 定量泵定量法-第四節 灌裝機的主要結構及工作原理-一、 供料裝置-二、 供瓶裝置-三、 升瓶和降瓶機構-四、 灌裝瓶高度調整機構-電氣部分設計第一節 變頻器的選用-一、 變頻器的基礎知識-二、 變頻器的工作原理-三、 變頻器選型-第二節 步進電動機的基礎知-一、 步進電機的工作原理-二、 三相異步電動機工作原理-三、 旋轉編碼器基礎知識-第三節 PLC的選用一、 PLC的工作原理-二、 PLC編程簡介及流程圖-三、 I/O接口的分配-四、 本次設計的PLC程序-第四節 設計總結-第五節 參考文獻-緒 論第一節 灌裝機械的發展前景隨著我國商品經濟的繁榮和人民生活水平的提高，食品包裝機械和包裝技術的前景十分樂觀。近年來，國家加大了對食品和藥品質量和安全的監督力度，對食品的生產加工和包裝技術都提出了新的要求。一批食品生產企業先后投入資金進行包裝設備的技術改造和生產技術的創新，在一定程度上提升了我國食品行業的水平和市場競爭力。盡管我國食品包裝機械和包裝技術的水平有了提高，但是我國的食品包裝機械和包裝技術與發達國家的相比在競爭中還是明顯處于弱勢。我國包裝機械行業30%左右的企業存在低水平的重復建設。這種狀況不但浪費了有限的資金、人力等重要資源，還造成了包裝機械市場的無序混亂，阻礙了行業的健康發展，制約了我國中小食品企業包裝機械的升級換代和包裝技術的創新。 目前，我國的食品包裝機械多以單機為主，科技含量和自動化程度低，在新技術、新工藝、新材料方面應用的少，滿足不了我國當前食品企業發展的要求。一些食品企業為了技術改造，不得不花費大量的資金從國外引進一些技術先進的、生產效率高、包裝精度高的成套食品包裝生產線，導致很大一部分國內的市場份額被國外品牌所占領。我國飲料、乳品、啤酒市場得到長足發展的同時也帶動了包裝機械業的發展速度。自從上世紀八十年代開始，中國每年都要進口大量的飲料、乳品和啤酒包裝機械，至今引進的勢頭仍然是有增無減。這些機械大多是高速自動化生產線，可靠性強，產量高，部分設備是當今世界最為先進的機型。這些生產線的引進，使中國部分飲料、乳品和啤酒企業的包裝水平得以與發達國家同步發展。與此同時，中國包裝機械的生產也取得了長足的進步，部分灌裝、封口一體設備已經達到較高水平，包括塑料飲料瓶、酸奶杯、無菌包裝成型設備和貼標機在內的包裝生產線水平也得到了提升，已經可以滿足中型企業的需要，部分已經可以替代進口設備，并且出口量逐年提高。包裝分類如下：一、飲料包裝 目前中國飲用水、碳酸飲料、茶飲料的前處理設備國內產品基本上可以滿足需要，中、低速理瓶、裝箱設備也有相匹 配的產品可供選擇，在熱液體灌裝機方面，各設備廠都能解決設備在熱灌裝環境下的控制、密封等工藝要求。江蘇美星、廣東達意隆公司也解決了無菌冷灌裝的問題。不過無論是碳 酸飲料、瓶裝水、果汁還是茶飲料，也無論是PET瓶、金屬罐還是利樂包，中國著名飲料企業的包裝生產線基本上是引進設備的天下。 二、碳酸飲料的包裝 以可口可樂和百事可樂為代表的碳酸飲料，仍然是中國飲料中產量最大的品種，盡管增幅放慢，但絕對數量每年仍有較大增長。 PET瓶是碳酸飲料最主要的包裝形式。珠海中富和上海紫江是可口可樂和百事可樂碳酸飲料的PET瓶供應商。兩家企業均有數十套進口的兩步法設備，采用集中制造瓶坯，分散制瓶供應就近可樂灌裝廠的生產方式。由于碳酸飲料瓶價格已經完全透明，因此利潤很薄，制瓶企業主要以量取勝，高速設備的使用成為必然。在瓶坯生產方面，72模腔的注塑機已經開始使用。中富和紫江二個制瓶廠也開始采取更為靈活務實的設備采購方式，開始與不同的制瓶設備供應商合作。吹瓶速度達每小時2萬瓶的高速吹瓶機裝機量不斷增加。 三、茶和果汁飲料的包裝 熱灌裝仍是目前茶和果汁飲料最主要的生產和灌裝工藝。 熱灌裝PET瓶、金屬三片罐、利樂包，是茶和果汁飲料的三大包裝形式。 部分茶和果汁生產企業外購熱灌裝PET瓶，如統一；部分飲料企業自己生產PET瓶，如康師傅和娃哈哈；還有部分飲料企業與制瓶企業合作，由制瓶企業在飲料廠里裝機吹瓶，如可口可樂東莞工廠。無論是哪種方式，生產熱罐裝PET瓶的設備主要是加拿大HUSKY、法國西得樂的二步法設備，以及意大利SIPA的一步法設備。 目前中國食品包裝機械的產值在300億元人民幣左右，而每年進口的食品包裝機械約10億美元。其中飲料、乳品和啤酒包裝機械占有相當大的比重。 啤酒灌裝線和貼標機作為啤酒廠生產過程中最重要的包裝設備，多年來一直成為制約國內啤酒業真正實現“國產化”設備發展過程的“瓶頸”。這主要是因為啤酒灌裝線和貼標機的生產相比其他啤酒包裝設備來說，一系列的技術性能要求更高、更精細。上世紀90年代末以前，國內知名啤酒廠上馬的大型啤酒灌裝線（主要是每小時36000瓶線）和現代化貼標機，大部分都是進口國際行業生產巨頭德國克朗斯及KHS公司的產品，盡管進口設備價格昂貴，而且還要面對一系列的不便之處，但國內啤酒廠一致反映他們也是不得已而為之，言外之意，國內主要啤酒包裝設備與國際先進水平尚有較大的差距。 “知恥而后勇”。也許，巨大的反差深深刺痛了國內啤酒包裝設備業的有識之士，更激發了他們瞄準國際先進水平、積極創新、迎頭趕上的斗志。行業一部分骨干企業通過積極引進、消化國外先進技術，加大科技投入和創新，有效地接近甚至達到了與國際同行的先進水平。 近10年來，我國的啤酒包裝設備業取得了一系列的成就，甚至在啤酒灌裝線和貼標機生產上業績卓著。但是，我們還是要清楚地認識到與國際同行的先進水品還是有許多差距，我們只有充分認識到這些差距，不斷創新，不斷提高，才能更快地達到國際的先進水平。伴隨著國內飲料，啤酒行業的快速發展，液體灌裝機市場的商機巨大。 第二節 PLC、變頻器、觸摸屏在灌裝機領域應用前景現代飲料灌裝技術按類型可分為無菌冷灌裝、超潔凈（中溫）灌裝、熱灌裝、瓶裝水灌裝、碳酸飲料灌裝等。先進的技術水平及高生產效率、運行穩妥可靠是灌裝技術發展的基本要求。因此，可編程控制器（PLC）控制技術在其電氣控制中得到了廣泛的應用。雖然PLC具備了可靠性高，組合靈活，編程簡單，維修方便這些優點，但在人機對話、故障判斷、線路修改方面有一些不便，所以結合觸摸屏完成此設計。觸摸屏是一種連接人類和機器的（主要為PLC）人機界面，被稱為PLC的臉面。它是代替傳統的控制面板和鍵盤的智能化操作顯示器。可用于參數的設置、數據的顯示和儲存，并可簡化PLC的控制程序。這樣，灌裝機的機械結構裝置與PLC、變頻調速、人機界面等現代自動控制技術手段完整的結合，形成機電一體化。即以瓶裝水沖洗、灌裝、旋蓋一體機（三合一灌裝機）為例，介紹PLC與觸摸屏在灌裝設備電氣控制中的應用。一、PLC的發展前景簡介21世紀，PLC會有更大的發展。從技術上看，計算機技術的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現；從產品規模上看，會進一步向超小型及超大型方向發展；從產品的配套性上看，產品的品種會更豐富、規格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產多品種產品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現少數幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現國際通用的編程語言；從網絡的發展情況來看，可編程控制器和其它工業控制計算機組網構成大型的控制系統是可編程控制器技術的發展方向。目前的計算機集散控制系統DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應用。伴隨著計算機網絡的發展，可編程控制器作為自動化控制網絡和國際通用網絡的重要組成部分，將在工業及工業以外的眾多領域發揮越來越大的作用。PLC將不斷豐富功能、提高性能，其主要發展趨勢體現為以下幾點。1、功能更強大 在原有開關量處理的基礎上，PLC將進一步增強模擬量處理能力，并不斷融合順序控制、過程控制和運動控制功能。同時，PLC的運算速度、處理能力和存儲容量也將不斷提高。大型PLC系統在控制的基礎上，不斷增加管控一體化功能。小型PLC不僅具有順序控制和邏輯聯鎖功能，還移植了大中型PLC的一些高級功能，如模擬量的閉環調節和運動控制等。2、專業化 不同行業在采用PLC時其關注點會有所不同，故其功能需求也會不一樣。因此，在PLC通用功能的基礎上針對不同行業應用特點開發專業化PLC產品，不僅可以提高產品性能、降低產品成本，而且可以提高產品的易用性和專業化水平，提高產品的綜合競爭實力。這種專業化應用不僅體現在軟件功能上，也體現在硬件構成上。3、網絡化 無論是大型PLC還是小型PLC，網絡功能不斷增強。PLC向上可以連接各種管理網，向下可連接各種現場設備。即使是小型PLC，不僅要完成單機設備的控制，還要對相關設備進行協調，因此通過網絡交換信息就顯得十分重要。 4、標準化和開放性 通過自由組合模塊化和標準化的硬件，同一廠商的產品可以靈活地組成滿足不同要求的控制系統。同時，PLC將越來越開放，它提供的將是一個開放性平臺，通過提供標準化和開放性的接口，PLC可以很方便地接入其它系統。另外，越來越多的PLC采用標準的編程語言。編程語言國際標準IEC 61131-3以前更多地被歐美廠商采用，現在包括日本廠商在內的主流PLC廠商都傾向于采用符合IEC 61131-3標準的編程語言。 二、變頻器發展前景簡介1、高性能化目前基本上所有的變頻器都提供矢量控制方式，并出現了大量不同層次的控制結構及算法，適應不同的市場定位與需求。值得關注的是無速度傳感器矢量控制（SVC）在近幾年發展較快，由于SVC能夠提供低成本、高性能的解決方案，已經成為通用變頻器中的事實標準和發展方向。 2、易用性不斷提高 多家廠商提供的變頻器在結構上考慮到現場安裝的要求，同時在軟件上加入起動設置工具，通過引導客戶簡化調試過程。 3、功率機構模塊化模塊化的功率結構設計為不同系列及功率段產品提供了一致性，利于產品可靠性的提高，為工廠選型、安裝、調試、維護帶來了方便，有效降低了運行維護成本。 4、智能化 一是通過提供客戶化的驅動編程能力來提高變頻器的智能化程度，滿足不同應用現場的客戶化需求，這實際上是將PLC的部分功能融入變頻器中。 二是通過通訊來與外部智能化設備（如PLC）接口來提高變頻器的智能化程度。目前知名廠商的變頻器都具備網絡聯結能力，并支持多種協議。5、高功率密度 由于新功率器件以及熱設計技術的進步，目前的變頻器越來越緊湊，體積越來越小，功率密度越來越高，但在溫升等關鍵技術指標上并未下降。 6、減小EMI/RFI諧波影響 目前變頻器中內置AC電抗器和扼流圈已經非常普遍，這些對減小EMI/RFI諧波的影響都起了重要作用。一、 觸摸屏技術一、觸摸屏的工作原理 為了操作上的方便，人們用觸摸屏來代替鼠標或鍵盤。工作時，我們必須首先用手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統根據手指觸摸的圖標或菜單位置來定位選擇信息輸入。觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成；觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，接受后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉換成觸點坐標，再送給CPU，它同時能接收CPU發來的命令并加以執行。 二、觸摸屏的主要類型 從技術原理來區別觸摸屏，可分為五個基本種類：矢量壓力傳感技術觸摸屏、電阻技術觸摸屏、電容技術觸摸屏、紅外線技術觸摸屏、表面聲波技術觸摸屏。其中矢量壓力傳感技術觸摸屏已退出歷史舞臺。觸摸屏紅外屏價格低廉，但其外框易碎，容易產生光干擾，曲面情況下失真；電容屏設計理論好，但其圖象失真問題很難得到根本解決；電阻屏的定位準確，但其價格頗高，且怕刮易損。表面聲波觸摸屏解決了以往觸摸屏的各種缺陷，清晰抗暴，適于各種場合，缺憾是屏表面的水滴、塵土會使觸摸屏變的遲鈍，甚至不工作。按照觸摸屏的工作原理和傳輸信息的介質，我們把觸摸屏分為四種，它們分別為電阻式、紅外線式、電容感應式以及表面聲波式。1、電阻式觸摸屏 電阻觸摸屏的屏體部分是一塊與顯示器表面非常配合的多層復合薄膜，由一層玻璃或有機玻璃作為基層，表面涂有一層透明的導電層（OTI，氧化銦），上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防刮的塑料層，它的內表面也涂有一層OTI，在兩層導電層之間有許多細小（小于千分之一英寸）的透明隔離點把它們隔開絕緣。當手指接觸屏幕，兩層OTI導電層出現一個接觸點，因其中一面導電層接通Y軸方向的5V均勻電壓場，使得偵測層的電壓由零變為非零，控制器偵測到這個接通后，進行A/D轉換，并將得到的電壓值與5V相比，即可得觸摸點的Y軸坐標，同理得出X軸的坐標，這就是電阻技術觸摸屏共同的最基本原理。電阻屏根據引出線數多少，分為四線、五線等多線電阻觸摸屏。五線電阻觸摸屏的A面是導電玻璃而不是導電涂覆層，導電玻璃的工藝使其的壽命得到極大的提高，并且可以提高透光率。 電阻式觸摸屏的OTI涂層比較薄且容易脆斷，涂得太厚又會降低透光且形成內反射降低清晰度，OTI外雖多加了一層薄塑料保護層，但依然容易被銳利物件所破壞；且由于經常被觸動，表層OTI使用一定時間后會出現細小裂紋，甚至變型，如其中一點的外層OTI受破壞而斷裂，便失去作為導電體的作用，觸摸屏的壽命并不長久。但電阻式觸摸屏不受塵埃、水、污物影響。 這種觸摸屏利用壓力感應進行控制。它用兩層高透明的導電層組成觸摸屏，兩層之間距離僅為2。5微米。當手指按在觸摸屏上時，該處兩層導電層接觸，電阻發生變化，在X和Y兩個方向上產生信號，然后送觸摸屏控制器。這種觸摸屏能在惡劣環境下工作，但手感和透光性較差，適合配帶手套和不能用手直接觸控的場合。電阻類觸摸屏的關鍵在于材料科技，常用的透明導電涂層材料有： A、ITO，氧化銦，弱導電體，特性是當厚度降到1800個埃（埃10-10米）以下時會突然變得透明，透光率為80，再薄下去透光率反而下降，到300埃厚度時又上升到80。ITO是所有電阻技術觸摸屏及電容技術觸摸屏都用到的主要材料，實際上電阻和電容技術觸摸屏的工作面就是ITO涂層。 B、鎳金涂層，五線電阻觸摸屏的外層導電層使用的是延展性好的鎳金涂層材料，外導電層由于頻繁觸摸，使用延展性好的鎳金材料目的是為了延長使用壽命，但是工藝成本較為高昂。鎳金導電層雖然延展性好，但是只能作透明導體，不適合作為電阻觸摸屏的工作面，因為它導電率高，而且金屬不易做到厚度非常均勻，不宜作電壓分布層，只能作為探層。 2、電容式觸摸屏 電容式觸摸屏的構造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜體層，再在導體層外加上一塊保護玻璃，雙玻璃設計能徹底保護導體層及感應器。 電容式觸摸屏在觸摸屏四邊均鍍上狹長的電極，在導電體內形成一個低電壓交流電場。用戶觸摸屏幕時，由于人體電場，手指與導體層間會形成一個耦合電容，四邊電極發出的電流會流向觸點，而電流強弱與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏幕后的控制器便會計算電流的比例及強弱，準確算出觸摸點的位置。電容觸摸屏的雙玻璃不但能保護導體及感應器，更有效地防止外在環境因素對觸摸屏造成影響，就算屏幕沾有污穢、塵埃或油漬，電容式觸摸屏依然能準確算出觸摸位置。 電容式觸摸屏是在玻璃表面貼上一層透明的特殊金屬導電物質。當手指觸摸在金屬層上時，觸點的電容就會發生變化，使得與之相連的振蕩器頻率發生變化，通過測量頻率變化可以確定觸摸位置獲得信息。由于電容隨溫度、濕度或接地情況的不同而變化，故其穩定性較差，往往會產生漂移現象。該種觸摸屏適用于系統開發的調試階段。 3、紅外線式觸摸屏 該觸摸屏由裝在觸摸屏外框上的紅外線發射與接收感測元件構成，在屏幕表面上，形成紅外線探測網，任何觸摸物體可改變觸點上的紅外線而實現觸摸屏操作。紅外觸摸屏不受電流、電壓和靜電干擾，適宜某些惡劣的環境條件。其主要優點是價格低廉、安裝方便、不需要卡或其它任何控制器，可以用在各檔次的計算機上。此外，由于沒有電容充放電過程，響應速度比電容式快，但分辨率較低。 4、表面聲波觸摸屏 表面聲波是一種沿介質表面傳播的機械波。該種觸摸屏由觸摸屏、聲波發生器、反射器和聲波接受器組成，其中聲波發生器能發送一種高頻聲波跨越屏幕表面，當手指觸及屏幕時，觸點上的聲波即被阻止，由此確定坐標位置。表面聲波觸摸屏不受溫度、濕度等環境因素影響，分辨率極高，有極好的防刮性，壽命長（5000萬次無故障）；透光率高（92%），能保持清晰透亮的圖像質量；沒有漂移，只需安裝時一次校正；有第三軸（即壓力軸）響應，最適合公共場所使用。表面聲波觸摸屏的觸摸屏部分可以是一塊平面、球面或是柱面的玻璃平板，安裝在CRT、LED、LCD或是等離子顯示器屏幕的前面。這塊玻璃平板只是一塊純粹的強化玻璃，區別于其它觸摸屏技術是沒有任何貼膜和覆蓋層。玻璃屏的左上角和右下角各固定了豎直和水平方向的超聲波發射換能器，右上角則固定了兩個相應的超聲波接收換能器。玻璃屏的四個周邊則刻有45角由疏到密間隔非常精密的反射條紋章節小結 本設計所用的控制系統，是在現代灌裝機械中得到廣泛應用的電氣控制技術。此系統運行穩定，安全可靠，操作方便，自動化程度高，充分的發揮了PLC功能強、編程簡單、故障率低、易維護保養等優點，同時也體現出了PLC與觸摸屏人機界面相結合后更為強大的自動化便捷控制，大大的提高了設備的生產效率。該設計現已投入實際生產中連續運行使用。第一節 灌裝機械簡介一、基本概念 將液體產品填充到包裝機容器內的機械統稱為灌裝機器。灌裝機器寫有相當一部分是用于食品行業，尤其是飲料制造業。1. 灌裝的液體產品影響液體灌裝的主要因素素是液體的濃度，其次是否有氣體，及起泡性和微小的固體含量等。因此在選用灌裝方法和灌裝設備時，首先考慮的是液體的黏度。（1） 根據液體產品的黏度區分 流體：指依靠液體的重力在管道按一定速度自由流動，黏度為0。00010。1Pa*S 的液體，如牛奶、清涼飲料及酒類等。 半流體：除重力外，還需加上外壓力才能在管道內流動，黏度為0。110 Pa*S的液體，如煉乳、糖漿等。 粘滯液體：靠自重不能流動，必須外加壓力才能流動，黏度為10 Pa*S 以上的液體，如調味醬、果醬等。（2） 根據液體產品是否溶有氣體分類 含氣體的液體產品：含有酒精成分的含氣液體稱為硬飲料，如啤酒等；不含油酒精成分的含氣液體稱為軟飲料，如汽水等。 不含氣液體產品指的是液體中不含有氣體的產品，如白酒、醋等。二、灌裝機的分類及選擇（1）灌裝機械設備的分類：液體定量灌裝機械設備按灌裝原理可分：常壓定量灌裝機械設備、壓力定量灌裝機械設備和真空定量灌裝機械設備。常壓定量灌裝機械設備是在大氣壓力下靠液體自重進行灌裝。這類定量灌裝機械設備又分為定時灌裝和定容灌裝兩種，只適用于灌裝低粘度不含氣體的液體如牛奶、葡萄酒等。壓力定量灌裝機械設備是在高于大氣壓力下進行灌裝，也可分為兩種：一種是貯液缸內的壓力與瓶中的壓力相等，靠液體自重流入瓶中而灌裝，稱為等壓灌裝；另一種是貯液缸內的壓力高于瓶中的壓力，液體靠壓差流入瓶內，高速生產線多采用這種方法。壓力定量灌裝機械設備適用于含氣體的液體灌裝，如啤酒、汽水、香檳酒等。真空定量灌裝機械設備是在瓶中的壓力低于大氣壓力下進行灌裝。這種定量灌裝機械設備結構簡單，效率較高，對物料的粘度適應范圍較廣，如油類、糖漿、果酒等均可適用。序號分類型式型式、技術特性、灌裝方法1按自動化程度分手工灌裝機半自動灌裝機單元自動灌裝機液體包裝聯合自動機2按機械結構分單排式多排式旋轉式旋轉式3按灌裝方法分在液位高度不變的壓力灌裝變液位的壓力下灌裝 真空灌裝在壓力下灌裝4 按關閉裝置分旋塞式閥門式滑閥式氣閥式5 按定量裝置分 定量杯定量液位高度定量定量泵定量 安瓶定量（2）灌裝機的選擇原則：不同的裝填物料（含氣液體、不含氣液體、膏狀體等）和不同的包裝容器（瓶、罐、盒、桶、袋等），使用灌裝機的品種也不盡相同，通常灌裝機的分類方法如下表。灌裝機的選擇：合理選擇灌裝機是保證產品質量，提高經濟效益的重要途徑。一般來說，應密切聯系生產實際，盡量選擇質量好、效率高、結構簡單、使用維修方便、體積小、重量輕的灌裝機。在選擇灌裝機時，應遵循以下原則：為生產工藝服務的原則。首先，根據灌裝物料的性質（粘度、起泡性、揮發性、含氣性等）選擇適宜的灌裝機，以滿足生產工藝要求。例如對于芳香較濃的酒液，為避免揮發性芳香物質受到損失，一般應采用容杯式或常壓灌裝機；對于果汁類料液，為了減少與空氣接觸，保證產品質量，一般應采用真空加汁類灌裝機。其次，應使灌裝機的生產能力和前后工序的加工、包裝機械的生產能力相匹配。生產率高和產品質量好的原則。灌裝機生產率的高低直接反映生產線的生產能力。所以生產率越高，其產生的經濟效益越好。為了提高產品質量，應選擇設備精度高、自動化程度也高的灌裝機。但是設備的售價也相應提高，增大了產品的單位成本。因此在選擇灌裝機時，應結合生產工藝要求，對相關的因素進行綜合考慮。工藝范圍寬的原則。灌裝機的工藝范圍是指其適應不同生產要求的能力。工藝范圍越寬，越能提高設備的利用率，實現一機多用，即利用同一設備可以灌裝多種物料和多種規格。因此為了適應酒水、飲料行業多品種、多規格的生產要求，應選擇工藝范圍盡可能寬的灌裝機。符合食品衛生的原則。由于酒水、飲料行業的特殊衛生要求。因此所選灌裝機在結構上直接接觸物料的部件應便于裝拆和清洗，不允許有死角。而且要有可靠的密封措施，嚴防雜物混入和物料散失。在材料上，對直接接觸物料的零部件要盡可能采用不銹鋼或無毒材料。使用安全，維修方便的原則。灌裝機的操作、調整應方便省力，使用安全可靠。而且其結構應便于拆裝組合，零部件應通用化、標準化，另外還應優先選擇價格低、重量輕、體積小的灌裝機。第二節 灌裝方法及工藝過程一、 灌裝方法各種液體產品的物理性質和化學性質均不相同,在灌裝過程中,為了使產品的特性保持不變,必須采用不同的灌裝方法。一般灌裝機常采用下列幾種灌裝方法:1。常壓法 常壓法也稱純重力法,即在常壓下,液料依靠自重流進包裝容器內。大部分能自由流動的不含氣液料都可用此法灌裝,例如白酒、果酒、牛奶、醬油、醋等2。等壓法 等壓法也稱壓力重力式灌裝法,即在高于大氣壓的條件下,首先對包裝容器充氣,使之形成與貯液箱內相等的氣壓,然后再依靠被灌液料的自重流進包裝容器內。這種方法普遍用于含氣飲料,如啤酒、汽水、汽酒等的灌裝。采用此種方法灌裝,可以減少這類產品中所含二氧化碳的損失,并能防止灌裝過程中過量起泡而影響產品質量和定量精度。3。真空法 是在低于大氣壓的條件下進行灌裝的,可按兩種方式進行:（1）壓差真空式 即貯液箱內處于常壓,只對包裝容器抽氣使之形成真空,液料依靠貯液箱與待灌容器間的壓差作用產生流動而完成灌裝,國內此種方法較常用。（2）重力真空式即貯液箱內處于真空,包裝容器首先抽氣使之形成與貯液箱內相等的真空,隨后液料依靠自重流進包裝容器內,因結構較復雜,國內較少用。真空法灌裝應用面較廣,它即適用于灌裝粘度稍大的液體物料,如油類、糖漿等,也適用于灌裝含維生素的液體物料,如蔬菜汁、果子汁等,瓶內形成真空就意味著減少了液料與空氣的接觸,延長了產品的保質期,真空法還適用于灌裝有毒的物料,如農藥等,以減少毒性氣體的外溢,改善勞動條件。4。壓力法利用機械壓力或氣壓,將被灌物料擠入包裝容器內,這種方法主要用于灌裝粘度較大的稠性物料,例如灌裝番茄醬、肉糜、牙膏、香脂等,有時也可用于汽水一類軟飲料的灌裝,這時靠汽水本身的氣壓直接灌入末經充氣等壓的瓶內,從而提高了灌裝速度,形成的泡沫因汽水中無膠體尚易消失,對灌裝質量有一定影響,但不算太大。上述幾種灌裝方法的正確選擇,除考慮液體本身的工藝性能如粘度、重度、含氣性、揮發性外,還必須考慮產品的工藝要求、灌裝機的機械結構等綜合因素。對于一般不含氣的食用液料如瓶裝牛奶、瓶裝酒類等,可以采用常壓法,亦可采用真空法,為了減少灌裝時液料中的含氧氣量,以便延長產品的保質期,采用較大的真空度的真空法更有利。另外,采用真空法其灌裝閥的結構較簡單,液漏損失小。但是事物是辯證的,真空度越大,酒的香味越易損失,而且真空法較之常壓法尚需增加設備成本。應當指出,對于某種液料的灌裝不一定選擇單一的方法,也可以綜合選擇幾種方法,例如為了減少啤酒中的含氧量,避免保存期失光變質,一種方法是灌裝前對瓶內抽取真空,然后再充入二氧化碳進行等壓灌裝,即采用真空等壓法。二、灌裝機的工作過程洗瓶機將瓶子的里外洗凈后,并經檢查質量合格的瓶子,由傳送帶送入自動灌裝機的限位機構,根據規定的要求按一定距離排列好,送入撥瓶輪,撥瓶輪準確地將瓶送入瓶的升降機構。升降機構把升降活塞頂起,瓶隨之上升,于是瓶口打開灌裝閥的氣門,充氣等壓,然后打開液門,進行灌液,灌液后進行壓力釋放,然后關閉液門、氣 門完成灌裝后,瓶的升降機構立即進入下降滑道,在下降滑道的作用下,升降活塞筒體被滑道強制下降,因而裝好的瓶子隨之下降到最低位置,當轉過一定角度后,瓶子進入撥瓶機構,被撥瓶機構退出,送去進行上蓋,這樣就完成了整個灌裝工作的一個工作循環過程。如下圖流程：二、定量方法 準確的定量灌裝不但與產品的成本有著直接的關系,同時也影響產品在消費者心中的信譽。包裝物品的定量一般有重量定量和容積定量兩種。重量定量由于要增添秤等計量衡器,所以機器的結構比較復雜,適用于比重經常變化的固體物料,且往往要配置一套電路用以機電配合；容積定量機器的定量結構比較簡單,一般不需電路配合。液體產品一般易采用容積式定量,常見的有如下三種方法1控制液位高度定量法這種方法是通過控制被灌容器中液位的高度以達到定量灌裝的目的。因為每次灌裝的液料容積等于一定高度的瓶子內腔容積,故習慣稱它為“以瓶定量”。該法結構比較簡單,不需要輔助設備,使用方便,但對于要求定量準確度高的產品不宜采用,因為瓶子的容積精度直接影響灌裝量的精度。圖示為鮮牛奶、果汁等的灌裝機構。（a）為非灌裝位置,（b）為灌裝位置。當橡皮墊6和滑套5被上升的瓶子11頂起后,灌裝頭7和滑套5間出現間隙,液體流入瓶內,瓶內原有氣體由排氣管1排至貯液箱,當灌至排氣管嘴cc截面時,氣體不再能排出隨著液料的繼續灌入,液面超過排氣管嘴,瓶口部分的剩余氣體只得被壓縮,一旦壓力平衡,液料就不再進入瓶內而沿排氣管上升, 據連通器原理,一直升至與貯液箱內液位水平為止,然后瓶子下降,壓縮彈簧4保證灌裝頭與滑套間的重新密封,排氣管內的液料也滴入瓶內,從而完成了一次定量灌裝,只要操作條件不變,瓶內每次灌裝的液料高度也保持不變。對于這種定量方法,若改變每次的灌裝量,則只需改變排氣管嘴進入瓶中的位置。2。定量杯定量法 種方法是先將液體注入定量杯中進行定量,然后再將計量的液體注入待灌瓶中,因此,每次灌裝的容積等于定量杯的容積。左圖示為旋塞定量原理示意圖。首先三通旋塞2位于左圖所示的位置,液體靠靜壓通過進液管4進入定量杯1中,杯內空氣經細管3排出,當定量杯內的液面達到細管的下緣時,空氣無法排出,但由于貯液箱內液面較高,定量杯內液面則繼續上升至高于細管下緣處,杯內空氣則被壓縮直到兩處壓力平衡而停止。管3內的液面根據連通器的原理,將繼續上升至同貯液箱內液面相平,然后三通旋塞逆時針旋轉90,如左圖所示,使定量杯內的液體同貯液箱內的液體隔開,同時定量杯內液體（包括細管內液體）流入待灌瓶中。若改變灌裝量,則只需調節管子在定量杯中的高度或者更換定量杯。右圖所示為直動定量杯的一種結構。在下面沒有待灌瓶時,定量杯1由于彈簧7的作用而下降,并浸入貯液箱的液體中,則箱內的液體沿著其周邊流入并充滿定量杯。隨后待灌瓶由瓶托抬起,瓶嘴將喇叭入口8連同進液管9,定量杯1一起抬起,使定量杯超出液面,并使進液管中間隔板上、下孔均與閥體3的中間相通,這樣定量杯中液體由調 節管2流下,經中間隔板的上孔流至閥體3的中間槽,再由隔板的下孔經進液管下端流進待灌瓶中,瓶內空氣則由喇叭頭上的透氣孔逸出,當定量杯中流體下降至調節管2的上端面時,定量灌裝則完成。定量杯中容量可由調節管2在定量杯中的高度來調節,也可更換定量杯。本結構適用于灌裝酒類產品。3。定量泵定量法這是一種采用壓力法灌裝的定量方法,一般由動力控制活塞往復運動,將物料從貯料缸吸入活塞缸,然后再壓入灌裝容器中,由此每次灌裝物料的容積用活塞往復運動的行程來控制。活塞5由凸輪（圖中末示出）控制作上下往復運動,當活塞向下運動時,醬液在重力及氣壓差作用下,由貯液缸底部的孔經閥3的月亮槽流入活塞缸4內。當待灌容器由瓶托抬起并頂緊喇叭頭6和閥3時,彈簧2受壓縮而滑 閥上的月亮槽上升,則貯料缸與活塞缸隔斷,滑閥上的下料孔與活塞缸接通,與此同時,活塞正好在凸輪作用下向上運動,醬液再從活塞缸壓入待灌容器內,當灌好醬液的容器連同瓶托一起下降時,彈簧2迫使滑閥也向下運動,滑閥上的月亮槽又將貯料缸與活塞溝通,以便進行下一次灌裝循環。假若在某一個瓶托上沒有待灌容器時,盡管活塞到達某一工作位置仍然在凸輪作用下要向上運動,但由于滑閥上月亮槽沒有向上移動,故醬液仍被壓回貯料缸,不致影響下一次灌裝循環的正常進行。對于這種定量方法,若要改變每次的灌裝量,則只需設法調節活塞的行程。比較上述三種定量方法,從定量精度來看,第一種方法由于直接受到瓶子容積精度以及瓶口密封程度的影響,其定量精度不及后二種方法高,若從機械結構看,第一種顯然最為簡單,因此,它自然得到廣泛應用。但是，由于考慮到本次設計的灌裝液體的黏度要求，所以要選用比較適合本次實際的裝置。機械式定量而且，定量泵定量法對于本次設計的裝置及液體的性質比較適合，并能向著黏度系數較大的原料拓展，有著較大的使用空間。因此，在設計時，灌裝部分的選擇是第三種方法。 灌裝的供料機構灌裝液料由貯液槽經泵（或直接由高位槽）及輸液管將液體產品輸入貯液箱, 再由貯液箱經灌裝閥輸入待灌容器中,這就形成了整個灌裝液料的供送系統。對于等壓法、真空法有時還需對貯液箱充氣或抽氣。下面介紹幾種比較實用的供料機構。1常壓法灌裝的液料供送機構 此法是在常壓下灌裝的,因此,灌裝系統較為簡單。液體產品由高位槽或泵經輸液管送進灌裝機的貯液箱,貯液箱內液面一般由浮子式控制器保持基本恒定,但也有用電磁閥控制的,貯液箱內的流體產品再經過灌裝閥的開關進入待灌容器中2等壓法灌裝的液料供料機構下圖為此法供料原理圖。入酒總管3與灌裝機頂部的輸入頭9相連,輸入頭下端有六根供酒管14與環形酒缸12相通在打開入酒總閥16之前,需打開先運行閥5,以透明管4觀察進酒壓力,若流動緩慢是來酒壓力不足,若酒液沖出來是來酒壓力過高,均需調節,待正常后方可準備打開總閥。無菌壓縮氣管1分叉為兩路,一路為入酒缸氣管12,它經輸入頭直接與環形酒缸相通,其作用是在開機前對酒缸充氣產生一定的壓力,以免酒液初入缸時因突然降壓而冒泡。 該管上截止閥8在入酒總閥10打開后則需關閉；另一路為平衡氣管11, 它以輸入頭接至高液浮泡17上的充氣閥15,其作用為控制酒缸內液位的高度。 當液面太高時,即液壓高于氣壓,高位浮泡即上升打開充氣閥15, 無菌壓縮空氣進入酒缸,以補充氣壓的不足,保證啤酒能穩定地進入酒缸。 1-無菌壓縮氣管,2-入酒總管,3-單向閥,4-透明管,5-先運行閥,6-截止閥,7-低液位浮泡,8-截止閥,9-視鏡,10-入酒總閥,11-平衡氣壓管,12-入酒缸氣管,13-放氣閥, 14- 輸入頭,15-充氣閥,16-調節針閥,17-高液位浮泡,18-環形酒缸,19-供酒管,20旋轉立軸當液面下降時,即液壓低于氣壓,低液位浮泡7下降,則打開放氣閥13, 酒缸內較高氣壓被釋放,氣壓降低使進液增多。因此酒缸內液面基本穩定在視鏡9的中部。3壓力法灌裝的液料供送機構 下圖是此法灌裝供料簡圖,它由穩壓裝置,旋塞閥,推料活塞和充填器四個主要部分組成。物料由人工或泵送入貯液箱內,在灌裝時因來料壓力不穩,會產生定量誤差, 因此常采用如圖4。15所示的穩壓裝置來穩定供料壓力,提高灌裝精度。物料由供料泵送至三通14,在三通管的上端有一個穩壓活塞15,壓縮空氣經過減壓調整后進入氣缸19,形成對穩壓活塞一定的壓力,當三通管內出料壓力增加或減少時,與穩壓活塞桿19相連的感應板則要上升或下降,上、下無觸點開關則要發出信號控制供料泵運轉或停轉。因此供料的壓力始終保持穩定,保證了灌裝質量。旋塞閥由往復運動的齒條20經齒輪12帶動作來回擺動,一個位置溝通三通14及推料活塞缸5,這時活塞4正好在連桿機構帶動下向左運動,物料由三通被吸入活塞,旋塞閥的另一個位置溝通活塞及充填器, 這時活塞4正好又在連桿機構帶動下向右運動,物料被推送至灌裝容器內。活塞4 的運動行程可調節,這是通過轉動傘齒輪6使可調螺母7移動而實現的。為了防止物料的滴漏,在充填器底部特意安裝一只有孔道的滾柱1,當旋轉閥來回擺動時,帶動凸輪3也一起來回擺動, 從而使頂桿2上下串動,壓迫滾柱1實現快速啟閉,提高了灌裝精度。 壓力法供料系統簡圖-穩壓裝置 -旋塞閥 -推料活塞 -沖填器1-滾球,2-頂桿,3-凸輪,4-活塞,5-活塞缸,6-調節傘齒輪,7-可調螺母,8-活塞桿,9-搖塊10-導桿,11-連桿,12-齒輪,13-曲柄,14-三通,15-穩壓活塞,16-氣缸,17-下無觸點開關, 18-上無觸點開關,19-穩壓活塞桿,20齒條4真空法灌裝的液料供送裝置真空法灌裝系統結構較復雜,形式較多,但根據其采用灌裝方式不同,大體可分兩種類型:一種方式是在待灌瓶和貯液箱中都建立真空,而液體是靠自重產生流動而灌裝的；另一種方式是在瓶中建立真空,靠壓差完成灌裝。因此真空法灌裝機的供料系統可有單室、雙室、多室、三室等多種形式,單室屬于前一種真空法灌裝,其余屬于后一種方法。（1）單室這是一種真空室與貯液箱合為一室的供料系統。單室真空法供料系統其工作原理：被灌液體經輸液管1由進液孔3送入貯液箱5內,箱內液面依靠浮子液位控制器4控制基本恒定,箱內液面上部空間的氣體由真空泵經真空管2抽走,從而形成真空,瓶子由托瓶臺7帶動上升并首先打開氣閥9對瓶內抽氣,接著瓶子繼續上升打開液閥8進行灌液,瓶內被置換的氣體吸至貯液箱內再被抽走。（2）雙室雙室真空法供料裝置工作原理：液體產品經輸液管10輸送到貯液箱4內,箱內液位由浮子液位控制器11控制,真空泵經真空管9將真空室8內氣體抽走,使之形成真空, 灌裝機構有一進液管通往貯液箱,另有一抽氣管通往真空室,一但瓶子頂緊灌裝機構端部的密封墊,瓶內氣體則被抽走,隨后,液料在貯液箱與瓶內壓差作用下流入瓶中,當瓶內液位升高至抽氣管下緣時,繼續流入瓶內的多余液體被抽進真空室,再經回流器7回到貯液箱,當沒有瓶子或瓶子破損時,不能由瓶中抽出空氣,也就不能進行灌裝。 單室真空法供料系統簡圖 雙室真空法供料裝置示意圖 1進液管,2-真空管,3-進液孔,4-浮子液位控制 1-輸液管,2-真空室,3-吸氣管, 4-回流管器5-貯液箱,6-立軸,7-托瓶臺,8-液閥,9-氣閥 5-灌裝閥,6-吸液管,7-浮子,8-貯液箱（3） 多室這種結構不僅使貯液箱與真空室分開,而且另設一個液位控制箱,真空箱也不只一個。其工作原理：貯液箱10的上方設一真空室13, 高位槽1經送液管2 將液料輸送給液位控制箱5（其內的液位靠浮子液位控制器18控制）,再經進液管6與貯液箱接通,在液位控制箱上方裝有真空塔17及上室16,上室至下室以及下室至液位控制箱之間均有管道接通,管道上均裝有控制閥門,真空塔上室通過真空管14與真空室13相通, 真空塔的上室、下室又分別通過真空管4、7與破氣閥9相通,灌裝時的余液先被抽回到真空室13, 又被吸回到真空塔的上室,這時由于上室處于真空,所以通往下室管口處的橡皮墊被吸住, 而使閥門封閉,當破氣閥9中的開口對準真空管4時, 通過真空管7使真空塔的下室也處于真空, 于是上室通往下室的閥門自動打開,下室通往液位控制箱5的同樣結構的閥門則被封閉,上室中的液體流入下室,當真空管7通過破氣閥8與大氣接通時,下室處于常壓狀態,上室通往下室的閥門則關閉,下室通往液位控制箱的閥門則打開,余液再由下室流入液位控制箱,因此,余液對貯液箱液位波動的影響甚微。灌裝的供瓶機構 自動灌裝機中,按照灌裝的工藝要求,準確地將待灌瓶送入主轉盤升降機構托瓶臺上,是保證灌裝機正常而有秩序地工作的關鍵。一般供瓶機構的關鍵問題是瓶的連續輸送和瓶的定時供給。 由洗瓶機出來的瓶子由輸送帶送來后,為了防止擠壞、堵塞和準確地送入灌裝機,必須設法使瓶子單個地保持適當的間距送進, 目前瓶子的定時送給一般采用分件供送螺桿和拔盤式等限位機構。 1 分件供送螺桿機構 圖4。20給出了典型送瓶機構的示意圖,它的基本組成包括由錐齒輪傳動的變螺距螺桿、固定側向導板、鏈式水平輸送帶（末畫出）和組合式拔瓶輪等, 分件供送螺桿在結構上是一種空間