陳蘭　張?zhí)K新

摘 要：中國(guó)已經(jīng)成為世界啤酒生產(chǎn)大國(guó)，隨著國(guó)內(nèi)啤酒產(chǎn)量的逐年遞增，啤酒包裝的需求也越來(lái)越大，啤酒包裝的高度自動(dòng)化對(duì)于啤酒生產(chǎn)過(guò)程非常重要。文章首先對(duì)啤酒包裝的形式和基本工藝流程進(jìn)行了闡述，在此基礎(chǔ)上，對(duì)啤酒包裝控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)，主控器選用三菱公司的Q00CPU，I/O選用配套模塊，伺服控制系統(tǒng)選用QD70P8定位模塊、MR-J2S伺服放大器和MELSERVO-J2S電動(dòng)機(jī)，主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)選用FR-F740變頻器，通過(guò)CC-Link開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)連接。軟件上，通過(guò)GX Developer編程軟件進(jìn)行編程，包括初始化參數(shù)設(shè)置模塊、定位控制模塊、出錯(cuò)復(fù)位模塊和停止模塊等。最終完成了啤酒包裝控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：啤酒包裝；Q00CPU；GX Developer

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）15-0006-02

1 背景概述

啤酒是當(dāng)今風(fēng)靡世界的飲料之一，啤酒的產(chǎn)生可以追述到新石器時(shí)代，當(dāng)時(shí)一個(gè)面包師把生面團(tuán)發(fā)在陽(yáng)光下曬，其逐漸變成液體并開(kāi)始發(fā)酵。到了8 000多年前，人類開(kāi)始使用谷物制造啤酒，而記錄酒類有關(guān)的文獻(xiàn)是公元6 000多年前開(kāi)始的，當(dāng)時(shí)巴比倫人用黏土板雕刻的獻(xiàn)祭用啤酒制作法。到了公元前4 000年人類開(kāi)始運(yùn)用大麥、小麥、蜂蜜等材料制作啤酒，啤酒的種類達(dá)到了16種。到了公元前3 000年起開(kāi)始使用苦味劑。公元前1 300年左右，在埃及，啤酒作為國(guó)家優(yōu)秀產(chǎn)業(yè)得到高度發(fā)展。隨著工業(yè)革命的爆發(fā)1874年林德運(yùn)用蒸汽機(jī)的原理，發(fā)明了冷凍機(jī)，使啤酒的工業(yè)化大生產(chǎn)成為現(xiàn)實(shí)，1881年E.漢森發(fā)明了酵母純粹培養(yǎng)法，使啤酒釀造科學(xué)得到飛躍的進(jìn)步。我國(guó)的啤酒也有4 000～5 000年的歷史，1990年在哈爾濱八王子建立的烏璐布列夫斯基啤酒廠是中國(guó)建立的最早啤酒廠，目前的青島啤酒、哈爾濱啤酒在世界享有盛譽(yù)。

中國(guó)有著龐大的啤酒消費(fèi)群體，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年中國(guó)的啤酒產(chǎn)量達(dá)到了490億L，成為世界最大啤酒生產(chǎn)國(guó)，而美國(guó)、巴西、俄羅斯、德國(guó)位居二到五位。中國(guó)啤酒行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入旺盛的發(fā)展時(shí)期，這無(wú)疑預(yù)示著啤酒工業(yè)在我國(guó)還有著很好的發(fā)展前景。對(duì)于普通消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，首先映入眼球的是包裝，通過(guò)產(chǎn)品包裝可以了解品牌理念、產(chǎn)品特性，它直接影響到消費(fèi)者的購(gòu)買欲，它在生產(chǎn)、流通、銷售和消費(fèi)領(lǐng)域中，發(fā)揮著極其重要的作用。同時(shí)，包裝能夠起到保護(hù)產(chǎn)品、方便運(yùn)輸、傳達(dá)產(chǎn)品信息等功能，啤酒包裝是啤酒生產(chǎn)過(guò)程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)端莊美觀的包裝可以使產(chǎn)品更具競(jìng)爭(zhēng)力。

為了適應(yīng)啤酒產(chǎn)量的高速增長(zhǎng)，對(duì)啤酒包裝工藝提出了更高的要求，在滿足基本包裝功能的情況下，能夠突出主題、表里如一、巧用色彩，來(lái)吸引顧客。本文針對(duì)啤酒包裝的穩(wěn)定性和高效性的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一套基于三菱Q系列的Q00CPU控制器為核心，配以伺服控制系統(tǒng)和主運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，再通過(guò)GX Developer軟件編程，最終完成本控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2 啤酒包裝概述及基本原理

現(xiàn)在市場(chǎng)上出現(xiàn)的啤酒包裝主要有易拉罐裝、玻璃瓶裝和桶裝。易拉罐裝不會(huì)發(fā)生爆炸現(xiàn)象，因此其安全系數(shù)較高，同時(shí)它的密封性較好，能夠保持很長(zhǎng)的時(shí)間，攜帶也方便。瓶裝啤酒由于其回收便利、成本低、防二氧化碳和水分散失等特點(diǎn)，在市場(chǎng)上一直占據(jù)主導(dǎo)地位。鮮啤都采用桶裝，能夠滿足消費(fèi)者的新鮮、重口味和重營(yíng)養(yǎng)的要求，其可以分為不銹鋼的扎啤及普通罐裝。塑料瓶裝是比較新的一種包裝方式，其色彩多樣，具有較強(qiáng)的視覺(jué)沖擊，便于攜帶，不易破碎、爆炸，該形式也越來(lái)越多的被使用。

啤酒包裝機(jī)械工藝在初始階段主要包括兩條工作線路：一條是啤酒的進(jìn)瓶、分瓶和趕瓶，組成了啤酒的輸送系統(tǒng)；另一條是紙板的輸送，用于啤酒的包裝。

通過(guò)進(jìn)瓶和分瓶將散亂的啤酒排成整齊的12個(gè)，再通過(guò)趕瓶伺服機(jī)構(gòu)送到包裝工作區(qū)。紙板從紙倉(cāng)出來(lái)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)傳送，再通過(guò)升降電機(jī)和吸盤(pán)將其傳送到軋輥電機(jī)，送入包裝工作區(qū)。在包裝工作區(qū)中將整齊的啤酒和紙板整合在一起，再通過(guò)噴膠伺服上膠，最后將紙箱固定好。

其過(guò)程可以概括為：

進(jìn)瓶→分瓶→爬坡上紙→折箱輸送→折頁(yè)→上膠→壓箱→成品。

3 啤酒包裝的硬件設(shè)計(jì)

三菱Q系列PLC采用模塊化的結(jié)構(gòu)形式，擴(kuò)展后的輸入輸出點(diǎn)數(shù)可以達(dá)到4 096點(diǎn)，內(nèi)部程序存儲(chǔ)器容量為252 K，擴(kuò)展后可以達(dá)到32 M，基本指令的處理速度可以達(dá)到34 ns，可以適用于各種中等自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制場(chǎng)合。

本文選用三菱Q系列中的Q00CPU，該CPU可以支持的最大I/O點(diǎn)數(shù)為1 024個(gè)，軟元件的存儲(chǔ)器約為19 K字，內(nèi)有32 K字的文件存儲(chǔ)器。其內(nèi)部還有閃存ROM，能夠使用使用梯形圖、語(yǔ)句表、高級(jí)語(yǔ)言等編程語(yǔ)言，方便工程師的編程，基本指令0.16 us同時(shí)內(nèi)助串行接口，通過(guò)RS-232與外部設(shè)備進(jìn)行通訊，能夠滿足系統(tǒng)的控制要求。

伺服控制部分采用QD70P8定位模塊、MR-J2S伺服放大器和MELSERVO-J2S電動(dòng)機(jī)組成。QD70P8定位模塊主要用于多軸定位系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)任意位置和勻速控制，可以設(shè)置10項(xiàng)定位數(shù)據(jù)，其輸出的是脈沖串，通過(guò)脈沖串中的脈沖數(shù)可以確定總的位移量，同時(shí)頻率決定了電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度；MR-J2S伺服放大器可以實(shí)現(xiàn)位置、速度和轉(zhuǎn)矩控制，實(shí)現(xiàn)高精度定位和平滑的速度控制，同時(shí)其內(nèi)部集成了USB和RS-422串行通信功能，應(yīng)用十分廣泛。MELSERVO-J2S伺服電動(dòng)機(jī)的分辨率可以達(dá)到131 072脈沖/轉(zhuǎn)，能夠進(jìn)行更高精度的控制。硬件控制結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

變頻器采用FR-F740系列，其功率可以達(dá)到630 kW，內(nèi)置RS-485串行通信接口和PID功能，在啤酒包裝系統(tǒng)中，可以通過(guò)皮帶秤的流量信號(hào)來(lái)控制變頻器頻率，調(diào)節(jié)進(jìn)瓶數(shù)，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)主軸電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

為了使主站Q00CPU與變頻器之間進(jìn)行通信，使用CC-

LINK現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)，其能夠適應(yīng)于較高的網(wǎng)絡(luò)管理層，同時(shí)也能適應(yīng)傳感層網(wǎng)絡(luò)，其主要工作于設(shè)備層，傳輸速率可以達(dá)到10 Mbit/s，底層遵循RS485通信協(xié)議，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，擁有組態(tài)簡(jiǎn)單，接線簡(jiǎn)單（僅需要3根雙絞線）、設(shè)置簡(jiǎn)單和維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在制造業(yè)中應(yīng)用極其廣泛。

4 啤酒包裝的軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)控制要求，本系統(tǒng)需要38個(gè)輸入點(diǎn)和38個(gè)輸出點(diǎn)，Q00CPU能夠滿足控制系統(tǒng)的I/O要求。

運(yùn)用GX Deceloper軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行編程本系統(tǒng)的程序控制流程圖，如圖2所示。

系統(tǒng)包括參數(shù)設(shè)置程序，用于相關(guān)的時(shí)間、位移、溫度等參數(shù)；數(shù)據(jù)設(shè)置程序用于設(shè)置位檢測(cè)、漫反射檢測(cè)等相關(guān)ORP數(shù)據(jù)；定位數(shù)據(jù)設(shè)置程序用于設(shè)置一些定位數(shù)據(jù)，以便實(shí)現(xiàn)相關(guān)模塊啟動(dòng)；PLC READY信號(hào)程序用于在已經(jīng)初始化的情況下，判斷ORP是否執(zhí)行；定位控制程序，用于啟動(dòng)方法設(shè)置；定位控制啟動(dòng)程序由一個(gè)上升沿脈沖指令，進(jìn)行定位控制程序；重新啟動(dòng)程序用于定位控制程序完畢后，重新啟動(dòng)，繼續(xù)運(yùn)行設(shè)定好的控制程序，出錯(cuò)復(fù)位程序時(shí)在工藝流程出現(xiàn)錯(cuò)誤的情況下，糾正運(yùn)行偏差；停止程序，當(dāng)整個(gè)工藝流程完成，并將成品分配裝載后，停止程序運(yùn)行，結(jié)束程序創(chuàng)建。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文首先簡(jiǎn)要概述了啤酒及其啤酒包裝的歷史背景及發(fā)展趨勢(shì)。為了適應(yīng)啤酒產(chǎn)量的高速增長(zhǎng)，對(duì)啤酒包裝的穩(wěn)定和高自動(dòng)化提出更高的要求。

因此本文在啤酒包裝的形式和工藝過(guò)程的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行了設(shè)計(jì)，硬件上，以Q00CPU為控制核心，配以由QD70P8定位模塊、MR-J2S伺服放大器和MELSERVO-J2S電動(dòng)機(jī)組成的伺服控制模塊，主運(yùn)動(dòng)選用FR-F740變頻器，通過(guò)CC-LINK實(shí)現(xiàn)通信。

軟件上，運(yùn)用GX編程軟件進(jìn)行編程，包括初始化參數(shù)設(shè)置模塊、定位控制模塊、出錯(cuò)復(fù)位模塊和停止模塊等，該系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性和高效性。

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