基于騰控PLC的扎啤桶清洗機的設計

分類：解決方案日期：2012-02-17 00:00:00 來源：西部工控網

1 引言

扎啤是沒有經過發酵的啤酒，是一種純天然、無色素、無防腐劑、不加糖、不加任何香精的優質飲品，營養價值極高。扎啤桶清洗設備是隨著扎啤的普及而研制開發的。隨著人們生活水平的不斷提高，對扎啤的消費量也逐年猛增，扎啤桶的清洗問題也隨之顯露，雖然市場上現行的扎啤桶清洗設備已經采用了PLC控制，實現了半自動化作業，但隨著扎啤消費的進一步增大，扎啤桶的清洗效率低的問題也必將漸漸凸顯。本文提出了一種基于北京騰控科技有限公司T910系列PLC的并聯清洗方法，重新設計了扎啤桶清洗機的結構，使得清洗效率有了很大的提高，有效克服了清洗效率低的問題。

2 現行清洗設備分析

2.1現行清洗設備結構特征

典型的清洗設備如青島華英啤酒設備有限公司生產的各種型號的清洗機，其清洗頭都是固定在清洗設備的工作臺上。當扎啤桶安放在清洗頭上后，靠安裝在機架上方的氣壓缸下壓扎啤桶，使清洗頭將桶蓋頂開，然后進行相關作業。

2.2現行清洗設備的清洗原理

雖然現行清洗設備的生產廠家和產品型號均有所不同，但是其清洗過程都是相似的，其清洗工藝如圖1所示。

圖1 現行清洗設備的清洗工藝

盡管現行扎啤桶清洗設備的通用性較強，能夠清洗各種型號的扎啤桶，但是其清洗能力只有100-120桶每小時，還需要至少兩名工人協作完成，隨著扎啤消費量的增大，這樣的清洗效率是比較低的。

3 并聯式扎啤桶清洗設備設計

3.1 并聯式扎啤桶清洗設備的設計原理

如果將這種現行的清洗方法定義為串聯清洗方法，所謂的串聯清洗方法是指清洗動作順次進行，即當扎啤桶安裝后按照圖1清洗工藝順序進行，然后停機卸桶。這里所提出并采用的是并聯清洗方法。所謂的并聯清洗方法，清洗工藝中有五道工序，就設置五個清洗頭對五個扎啤桶同時作業，完畢后，在短時間內使五個桶順次改變位置。這樣，當五道工序完成好后，五個桶就清洗完畢了。基于這種思路，設計了一套新的并聯式扎啤桶清洗設備。

3.2 并聯式扎啤桶清洗機的系統結構

本套設備共包含三大部分：液壓系統（清洗泵系統部分）、電氣控制系統和機械本體部分。如圖2所示。

圖2 清洗機系統結構圖

3.2.1 清洗機液壓系統設計

液壓系統包括清水泵、熱堿水泵和消毒水泵以及管路及其附件，以及氣動閥門。按照并聯清洗方法和圖1所示清洗工序的要求，設計液壓原理圖如圖3所示。

圖3 清洗機液壓系統原理圖

3.2.2 清洗機電氣系統設計

電氣系統以騰控PLC為核心，包括騰控T910 PLC、電磁閥、光電傳感器、交流接觸器、電機等，實現電控制氣，從而氣控制氣或氣控制液的氣、電、液相互控制的電氣控制方式。

在本電氣系統中需要4個開關量輸入和5個開關量輸出。騰控T910具有12個開關量輸入和8個開關量輸出滿足基本的IO口需求，同時，T910能夠適應不同惡劣環境，具有較寬的溫度使用范圍。圖4是T910接線圖。

圖4 騰控T910 接線圖

3.2.3 清洗機機械本體創新設計

機械本體部分（見圖5）主要包括旋轉工作臺、清洗頭部件、機架及驅動電機等。旋轉工作臺由桶托和桶托支架組成，其中桶托用來固定扎啤桶，而桶托支架用來固定6個桶托，呈360°均布。清洗頭部件是由5個清洗頭和清洗頭托架組成，托架呈圓環形，5個清洗頭按60°用螺栓連接在清洗頭托架上，另外一個60°位置是空位，留作裝、卸扎啤桶用，以實現非停機生產。電機經聯軸器、驅動軸與旋轉工作臺相連。

1.扎啤桶桶托 2.卡具（12個）3.軟管接頭 4.清洗頭托架 5.氣缸 6.聯軸器 7.機架 8.齒輪減速電機 9.電機安裝附件 10.機架附件 11.清洗頭 12.軸 13.桶托支架

圖5 機械本體部分

3.3 并聯式扎啤桶清洗設備的工作過程

如圖5所示，本清洗設備設有6個工位，分別為空位、排殘酒、進出清水、進出熱堿水、進出消毒水、二氧化碳背壓。當六個桶均按放在旋轉工作臺上，按下啟動按扭，電機帶動旋轉工作臺轉動，當扎啤桶蓋與清洗頭對正時，傳感器檢測到該位置，電機停轉，從啟動到檢測到正確位置需要0.5-1秒。桶與清洗頭對正后，即電機停轉的同時氣缸推動清洗頭托架帶動5個清洗頭同時上升，上升時間為0.5-1秒，清洗頭同時對5個桶進行作業（除了空位上的桶）。清洗頭1氣沖排殘酒，需要4秒；清洗頭2高壓清水沖4秒，氣沖排水7秒；清洗頭3高壓熱堿水3秒，氣沖排熱堿水6秒；清洗頭4高壓進消毒水4秒氣沖排消毒水7秒；清洗頭5進行二氧化碳背壓需要6秒，故這5個清洗頭作業最長時間為4秒加7秒為11秒，即公共周期為11秒。11秒后清洗頭下降需0.5-1秒，清洗頭下降后電機帶動旋轉工作臺旋轉60°被傳感器檢測到，這需要0.5-1秒，故折合清洗一個桶的時間為18-20秒，因此該清洗設備每小時可清洗180-200個桶。

4 結束語

本文采用北京騰控T910系列PLC，對現行扎啤桶清洗機進行重新設計，提出了并聯清洗方法。并聯式扎啤桶清洗機和現行的清洗設備最高效率比為200/120。若當工人人數相同，在工時也相同的情況下，并聯式扎啤桶清洗機的清晰效率將比現行的提高3-4倍，有效緩解了現行扎啤桶清洗設備效率低的狀況。

Design of Beer-barrel-cleaning Machine Based on Tengcon PLC

Wang yin[1] Li qiang[2]

(1.Southeast University Nanjing 211189 2.Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010)

Abstract: Beer is being one of the most popular drinks to customers, and the trend of its consuming amount is on the increase all over the world. Under this condition, the low efficiency of present beer-barrel-cleaning machine is to be exposed gradually. After studying the present beer-barrel-cleaning machine and its washing method deeply, parallel washing method is put forward and the mechanism of the machine is redesigned based on Tengcon T910. Finally, the cleaning efficiency will be improved to 3-4 times at the most, and the situation stated above is cushioned efficiently.

Keywords: efficiency; parallel washing method; Tengcon PLC

參考文獻

[1] 青島啤酒股份有限公司http://www.tsingtao.com.cn

[2] 青島華英啤酒設備有限公司 www.qingdaohuaying.com

[3] 佚名. 扎啤桶的優點及桶裝技術[J]，中國食品工業，1998，(12)

[4] 王冬梅. 啤酒灌裝生產線自動控制系統的研究與開發[D]，西安理工大學， 2001

騰控T910 PLC簡介：

T-910工業級以太網一體化可編程控制器，支持IEC61131-3標準的編程環境

12路DI，光電隔離。可兼做2路高速計數或1路差分編碼器計數

8路DO，觸點容量250V/5A或DC30V/5A

8路AI，16位A/D，可選輸入0-5V或0-20mA

2路AO，12位D/A，可選輸出0-10V或0-20mA