咖啡胶囊灌装封口机的自动控制设计_开题报告

   1、咖啡行业国内外发展现状

咖啡在中国是一种外来文化，随着人们的生活水平不断提高，咖啡这种西式饮品正在被越来越多的国人所接受，随之而来的咖啡文化正充满生活的每个时刻。咖啡不再仅仅是一种饮料，它逐渐与时尚、品味紧紧联系在一起，体现出高品质的现代生活；资料显示，咖啡作为国际大宗贸易商品，2015年全球咖啡消费市场规模大约为12万亿人民币，美国是咖啡消费最大的市场，年消费约为3万亿人民币，而中国的咖啡消费市场规模在700亿人民币左右。虽然中国咖啡消费面临尴尬的局面，但以每年25%的速度增长，而世界的咖啡消费平均增长率为2.5%。也让业内人士看好中国咖啡产业的发展前景。随之带动了咖啡胶囊灌装封口机的研究与发展。

2、咖啡胶囊灌装封口机自动控制的现状及发展前景

因咖啡豆经研磨后成粉末状物料，不同种类的咖啡存在易流动或流动性极差的特性，所以对这类物料的定量灌装、充氮保鲜生产还存在一些困难,特别在制药、食品行业对粉剂物料的包装质量、精度、卫生指标等都提出了更严格的要求。因我国进入咖啡行业较晚，各种针对咖啡粉定量灌装、充氮、封口技术的灌装封口机还与世界同行存在一定差距，目前我国出现的粉末状灌装机类型较少,且多采用传统的半自动灌装机生产，其结构简单、生产效率低、称量精度得不到保证，基本靠手工称量完成，带来卫生指标风险，咖啡灌装后更得不到保鲜的效果。大大不能满足大规模生产需求。

近几年，随着国内咖啡行业的飞猛发展，咖啡灌装封口机的自动化控制程度也越来越高。目前基于PLC设计的自动控制的是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制的先进技术，具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单、功耗低的优点，已经成为目前在自动控制系统中使用最多的控制方式。使用PLC的自动控制系统具有体积小，可靠性高，故障率低，动作精度高的优点，随着灌装机自动化发展的深度和广度水平提高，自动控制已在众多领域得到了应用，从传统的汽车制造业向非制造业延伸，如国防军事、医疗卫生、食品加工、生活服务等领域和机械手的应用也越来越广。

3、咖啡胶囊灌装封口机的自动控制思路及生产工艺流程

自动控制设计理念在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。自动控制是相对人工控制概念而言的。指的是在没人参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。

3.1 咖啡胶囊灌装封口机自动控制的思路：

本文结合实际工作经验，采用了以施耐德M258可编程序控制器为核心，运用了光电、温度、接近开关等传感器、角度编码器为检测信号，以变频器、伺服驱动器、温控仪、电磁阀为执行元件，通过人机界面连接可编程序控制器（PLC）、变频器、 伺服驱动器，利用显示屏显示，通过输入单元写入工作参数或输入操作命令，实现人与机器信息交互的数字设备。全套控制系统布线简洁，抗干扰。 整机传动及各高精度高速定位部位均采用伺服电机执行动作。

3.2 生产工艺流程：

方案设计的最大生产能力为6联杯 150 杯/分钟，设备按照惠式杯型设计。将整摞好的咖啡胶囊杯通过机械手抓取至模具板中。 通过检测传感器检测杯子状态合格后，进入 UV 杀菌工位对咖啡胶囊杯进行杀菌。以保证每杯的安全性。 真空送料机配合伺服螺杆下料系统。加料精度能够达到±0.5克,保证灌装咖啡胶囊的充填量准确； 充填完成后的咖啡胶囊杯进入氮气环境中后，通过机械手给胶囊杯加装过滤片，后进入自动下膜片，通过检测传感器检测杯子膜片是否合格后，进入胶囊杯封口，合格后的咖啡胶囊杯由机械手自动抓取进入成品输送带中进行后段包装。  

二、^范文提纲

1、咖啡胶囊灌装封口机自动控制系统设计

1.1总体方案的设计

1.2总体方案的介绍

2、硬件电路设计

2.1总体结构

2.2电机的选择

2.2.1 主电机的选择

2.2.2 搅拌电机的选择

2.2.3 输送带电机的选择

2.2.4 交流伺服电机的选择

2.3传感器的选择

2.3.1光电开关的选择

2.3.2接近开关的选择

2.3.3温度传感器的选择

2.4主传动角度编码器的选择

2.5变频器的选择

2.6固态继电器的选择

2.7电磁阀、气缸的选择

2.8 PLC的选择

2.9人机界面的选择

2.10可编程序控制器的外部设计

3、软件电路设计

3.1系统的顺序功能图设计

3.2咖啡胶囊灌装封口机的控制要求

3.3控制系统顺序功能图

3.4人机界面的界面设计

3.5人机界面输入/输出点的设置编写

4、控制系统的调试

4.1硬件调试

4.2软件调试

4.3整机调试

5、系统总结分析

5.1系统的优点

5.2结束语

致谢

三、参考文献

[1]叶瑰昀.自动控制元件.哈尔滨工程大学出版社.2002.

[2]顾绳谷.电机及拖动基础.北京：机械工业出版社.1993.

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[7]施耐德电气.变频器安装及编程手册.2010.08 

[8]施耐德电气.Lexium 23A交流伺服驱动装置用户手册.V1.07，12，2014

[9]陈立定，吴玉香.电气控制与可编程序控制器.广州：华南理工大学出版社，2000

[10]陈立定等.电气控制与可编程序控制器的原理及应用.北京：机械工业出版社。2004.6

[11]李桂和.电器及其控制.重庆：重庆大学出版社.1993

[12]大宾庄司著；关静 卢伯英 译，电气控制线路.科学出版社.2005