腾控PLC在扎啤桶清洗机设计中的应用

        扎啤一直是深受消费者喜爱的一种饮品，其消费在全球均有增长的趋势，在此形势下，现行扎啤桶清洗设备清洗效率低的缺点必将日益凸显。在对现行扎啤桶清洗设备和清洗方法充分分析的基础上进行了研究，提出了一种基于北京腾控科技有限公司T910系列PLC的并联清洗方法，重新设计了扎啤桶清洗机的结构，其清洗效率将提高3-4倍，可以有效缓解上述状况。

1 引言
        扎啤是没有经过发酵的啤酒，是一种纯天然、无色素、无防腐剂、不加糖、不加任何香精的优质饮品，营养价值极高 。扎啤桶清洗设备是随着扎啤的普及而研制开发的。随着人们生活水平的不断提高，对扎啤的消费量也逐年猛增，扎啤桶的清洗问题也随之显露，虽然市场上现行的扎啤桶清洗设备已经采用了PLC控制，实现了半自动化作业，但随着扎啤消费的进一步增大，扎啤桶的清洗效率低的问题也必将渐渐凸显。本文提出了一种基于北京腾控科技有限公司T910系列PLC的并联清洗方法，重新设计了扎啤桶清洗机的结构，使得清洗效率有了很大的提高，有效克服了清洗效率低的问题。

2 现行清洗设备分析

2.1现行清洗设备结构特征
        典型的清洗设备如青岛华英啤酒设备有限公司生产的各种型号的清洗机，其清洗头都是固定在清洗设备的工作台上。当扎啤桶安放在清洗头上后，靠安装在机架上方的气压缸下压扎啤桶，使清洗头将桶盖顶开，然后进行相关作业。

2.2现行清洗设备的清洗原理
        虽然现行清洗设备的生产厂家和产品型号均有所不同，但是其清洗过程都是相似的，其清洗工艺如图1所示。

图1 现行清洗设备的清洗工艺

        尽管现行扎啤桶清洗设备的通用性较强，能够清洗各种型号的扎啤桶，但是其清洗能力只有100-120桶每小时 ，还需要至少两名工人协作完成，随着扎啤消费量的增大，这样的清洗效率是比较低的。

3 并联式扎啤桶清洗设备设计

3.1 并联式扎啤桶清洗设备的设计原理

        如果将这种现行的清洗方法定义为串联清洗方法，所谓的串联清洗方法是指清洗动作顺次进行，即当扎啤桶安装后按照图1清洗工艺顺序进行，然后停机卸桶。这里所提出并采用的是并联清洗方法。所谓的并联清洗方法，清洗工艺中有五道工序，就设置五个清洗头对五个扎啤桶同时作业，完毕后，在短时间内使五个桶顺次改变位置。这样，当五道工序完成好后，五个桶就清洗完毕了。基于这种思路，设计了一套新的并联式扎啤桶清洗设备。

3.2 并联式扎啤桶清洗机的系统结构

        本套设备共包含三大部分：液压系统（清洗泵系统部分）、电气控制系统和机械本体部分。如图2所示。

图2 清洗机系统结构图

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3.2.1 清洗机液压系统设计

        液压系统包括清水泵、热碱水泵和消毒水泵以及管路及其附件，以及气动阀门。按照并联清洗方法和图1所示清洗工序的要求，设计液压原理图如图3所示。

图3 清洗机液压系统原理图

3.2.2 清洗机电气系统设计

        电气系统以腾控PLC为核心，包括腾控T910 PLC、电磁阀、光电传感器、交流接触器、电机等，实现电控制气，从而气控制气或气控制液的气、电、液相互控制的电气控制方式。
        在本电气系统中需要4个开关量输入和5个开关量输出。腾控T910具有12个开关量输入和8个开关量输出满足基本的IO口需求，同时，T910能够适应不同恶劣环境，具有较宽的温度使用范围。图4是T910接线图。

图4 腾控T910 接线图

3.2.3 清洗机机械本体创新设计

        机械本体部分（见图5）主要包括旋转工作台、清洗头部件、机架及驱动电机等。旋转工作台由桶托和桶托支架组成，其中桶托用来固定扎啤桶，而桶托支架用来固定6个桶托，呈360°均布。清洗头部件是由5个清洗头和清洗头托架组成，托架呈圆环形，5个清洗头按60°用螺栓连接在清洗头托架上，另外一个60°位置是空位，留作装、卸扎啤桶用，以实现非停机生产。电机经联轴器、驱动轴与旋转工作台相连。

1.扎啤桶桶托 2.卡具（12个）3.软管接头 4.清洗头托架  5.气缸 6.联轴器 7.机架 8.齿轮减速电机  9.电机安装附件 10.机架附件 11.清洗头 12.轴 13.桶托支架
图5 机械本体部分

3.3 并联式扎啤桶清洗设备的工作过程

        如图5所示，本清洗设备设有6个工位，分别为空位、排残酒、进出清水、进出热碱水、进出消毒水、二氧化碳背压。当六个桶均按放在旋转工作台上，按下启动按扭，电机带动旋转工作台转动，当扎啤桶盖与清洗头对正时，传感器检测到该位置，电机停转，从启动到检测到正确位置需要0.5-1秒。桶与清洗头对正后，即电机停转的同时气缸推动清洗头托架带动5个清洗头同时上升，上升时间为0.5-1秒，清洗头同时对5个桶进行作业（除了空位上的桶）。清洗头1气冲排残酒，需要4秒；清洗头2高压清水冲4秒，气冲排水7秒；清洗头3高压热碱水3秒，气冲排热碱水6秒；清洗头4高压进消毒水4秒气冲排消毒水7秒；清洗头5进行二氧化碳背压需要6秒，故这5个清洗头作业最长时间为4秒加7秒为11秒，即公共周期为11秒。11秒后清洗头下降需0.5-1秒，清洗头下降后电机带动旋转工作台旋转60°被传感器检测到，这需要0.5-1秒，故折合清洗一个桶的时间为18-20秒，因此该清洗设备每小时可清洗180-200个桶。

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4 结束语

        本文采用北京腾控T910系列PLC，对现行扎啤桶清洗机进行重新设计，提出了并联清洗方法。并联式扎啤桶清洗机和现行的清洗设备最高效率比为200/120。若当工人人数相同，在工时也相同的情况下，并联式扎啤桶清洗机的清晰效率将比现行的提高3-4倍，有效缓解了现行扎啤桶清洗设备效率低的状况。

参考文献
        [1] 青岛啤酒股份有限公司(暂不可见)
        [2] 青岛华英啤酒设备有限公司 (暂不可见)
        [3] 佚名. 扎啤桶的优点及桶装技术[J]，中国食品工业，1998，(12)
        [4] 王冬梅. 啤酒灌装生产线自动控制系统的研究与开发[D]，西安理工大学， 2001

腾控T910 PLC简介：

        T-910工业级以太网一体化可编程控制器，支持IEC61131-3标准的编程环境
        12路DI，光电隔离。可兼做2路高速计数或1路差分编码器计数
        8路DO，触点容量250V/5A或DC30V/5A
        8路AI，16位A/D，可选输入0-5V或0-20mA
        2路AO，12位D/A，可选输出0-10V或0-20mA
        提供1个10M/100M以太网接口，支持MODBUS/TCP协议，支持IEC870-5-104协议
        2个RS232/RS485接口和1路RS485接口，支持MODBUS协议或者自由口编程
        AC90～264V供电，最大功耗小于12W
        对外提供1路直流24V电源，最大功率5W
        工作环境 工作温度：-40℃～85℃ 湿度：5%～95%RH无凝露，IP20防护
        通过CE认证，IEC  Ⅲ级

关于腾控科技（(暂不可见) ）：

        北京腾控科技有限公司，其前身北京易控微网科技有限公司成立于2002年，下辖包括易控微网、腾控自动化、腾控智仪等子公司，产品涉及PLC、RTU、通信网关、人机界面等诸多产品线。从西气东输到奥运工程、从唐家山堰塞湖到各大油田油井监控、从宝钢到扬子石化等大型企业，都有腾控科技的足迹。公司产品以年销量近万套的骄人业绩跻身于国内行业前列，赢得了众多用户和合作伙伴的长期肯定与支持！

作者

        1.东南大学（南京），王引

        2.内蒙古科技大学（包头），李强

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