克朗斯自动化生产线吹瓶机浅谈之欧阳道创编.docx

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克朗斯自动化生产线吹瓶机浅谈之欧阳道创编

天津冶金职业技术学院

时间：

2021.03.06

创作：

欧阳道

毕业课题

吹瓶机在自动化饮料生产中的应用及维护

系别电气工程系

专业电气自动化

班级2008级4班

学生姓名高岡

指导教师周敬

2011年5月5日

摘要

随着人民生活水平的提高，饮料的市场需求量也不断增加，产品的质量就成为了生产厂商和消费者关注的问题。

人民生活水平的日益提高，对健康，绿色和营养食品需求日益增加，食品饮料制造商面临着就如何提高产品质量，满足日益严格的行业规范需求，提高产能，优化企业生产流程，缩短产品的上市时间，降低企业的生产和运营成本等很多问题。

而采用现代的自动化控制和管理信息系统，提高企业的信息化管理水平就是有效地解决以上问题的途径。

吹瓶、灌装、套标、喷码是影响PET饮料瓶质量的四道关键工序。

吹瓶机在自动化生产中是矿物质水生产中非常重要的生产设备,KRONES是世界知名的水处理公司,它利用西门子多种通信网络让S7-300读取各种接近开关、光电开关、压力开关、温度开关、传感器等开关量的状态,控制各种阀门、继电器、接触器、现场总线等,以实现CPU对这些设备的数据采集与控制。

关键词：

自动化控制，吹瓶机，传感器，现场总线

摘要I

1吹瓶机的自动化概述1

2吹瓶机的组成部分及生产工艺2

2.1吹瓶机的组成部分2

2.2PET瓶吹塑工艺流程2

2.3瓶坯3

2.4加热4

2.5预吹5

2.6辅机及模具6

2.7环境7

2.8其它要求7

3吹瓶机的保养维护9

3.1吹瓶机的保养维护9

3.2吹瓶机的注意事项9

4行业趋势及项目产品的市场前景分析11

总结12

参考文献13

附录14

1吹瓶机的自动化概述

目前，饮料的市场需求量也不断增加，自动化生产线的出现大大提到了生产产能。

世界四大吹瓶机吹塑机强国美、日、德、意均十分重视市场及用户生产要求，把提高机器转数、提高生产率作为设计追求的重要指标。

提高生产率的一个主要途径是提高转速，但提高机器转速是一个复杂问题；速度越高，单件生产成本越低，可厂房使用面积也随之提高，故障率也随之提高，反会使效率降低，因此应寻求两者最优结合点：

机器转速提高对其他元件的材质、可靠性、性能及寿命也要产生相关影响，一般而言，提高转速15%～20%就会带来一系列复杂问题，何况电动机转速也是有限的，不能想多快就多快。

除了提高转速外，提高生产率还可从另外的渠道设法解决。

有关业内人士认为，未来吹瓶机吹塑机产业将配合产业自动化趋势，技术发展将朝着四个方向发展：

一是机械功能多元化。

工商业产品已趋向精致化及多元化，在大环境变化形势下，多元化、弹性化且具有多种切换功能的包装机种方能适应市场需求。

二是结构设计标准化、模组化。

充分利用原有机型模组化设计，可在短时间内转换新机型。

三是控制智能化。

目前吹瓶机吹塑机厂家普遍使用PLC动力负载控制器，虽然PLC弹性很大，但仍未具有电脑（含软件）所拥有的强大功能。

四是结构高精度化。

结构设计及结构运动控制等事关吹瓶机吹塑机性能的优劣，可通过马达、编码器及数字控制（NC）、动力负载控制（PLC）等高精密控制器来完成，并适度地做产品延伸，朝高科技产业的吹瓶机吹塑机方向研发。

吹瓶机吹塑机厂商越来越注重开发快速、成本较低的吹瓶机吹塑机，未来的发展趋势是设备更小型、更灵活机动、多用途、高效率。

此趋势还包括节约时间、降低成本，因此包装界所追求的是组合化、简洁化、可移动的吹瓶机吹塑机。

在吹瓶机吹塑机自动化方面，自动化操作程序已获得广泛应用，如PLC设备、数据收集系统等。

吹瓶机吹塑机制造自动化解决方案，它有高性能的控制器、可升级的操作界面、工厂信息软件和运动控制单元，可以显著提高吹瓶机吹塑机运转率，提升整体设备效率。

这套综合性自动化解决方案帮助吹瓶机吹塑机制造商在没有阻断的情况下，开发出能够在不同尺寸的批量或产品流程之间快速转换的高效设备。

依靠经过更新的自动化系统，它能在功能方面引领主流吹瓶机吹塑机潮流，同时，设备使用者可以更具有独立性、灵活度、操作正确性、高效率、可兼容性，以及支持其最终用户获得更高性能和生产力

2吹瓶机的组成部分及生产工艺

2.1吹瓶机的组成部分

PET吹塑瓶可分为两类，一类是有压瓶，如充装碳酸饮料的瓶；另一类为无压瓶，如充装水、茶、油等的瓶。

茶饮料瓶是掺混了聚萘二甲酸乙二酯（PEN）的改性PET瓶或PET与热塑性聚芳酯的复合瓶，在分类上属热瓶，可耐热80℃以上；水瓶则属冷瓶，对耐热性无要求，在成型工艺上热瓶与冷瓶相似。

随着科技的不断进步和生产的规模化，PET吹瓶机自动化程度越来越高，生产效率也越来越高。

设备生产能力不断提高，由从前的每小时生产几千个瓶发展到现在每小时生产几万个瓶。

操作也由过去的手动按钮式发展为现在的全电脑控制，大大降低了工艺操作上的难度，增加了工艺的稳定性。

目前，注拉吹设备的生产厂家主要有法国的SIDEL公司、德国的KRONES公司（如图2.1）等。

虽然生产厂家不同，但其设备原理相似，一般均包括供坯系统、加热系统、吹瓶系统、控制系统和辅机五大部分。

图2.1KRONES吹瓶机

2.2PET瓶吹塑工艺流程

影响PET瓶吹塑工艺的重要因素有瓶坯、加热、预吹、模具及环境等。

根据机器吹瓶机可分为一步法吹瓶机和两步法吹瓶机如图2.2所示。

一步法是在一台机器上完成制坯和吹瓶；两步法在一台机器制坯在另一台机器上吹瓶的到得成品需两台机器。

塑料坯通过供给分类系统被传送到机器中，在机器中塑料坯在直线式加热模块中被加热，然后再吹塑模块中被吹塑成型，接下来通过输送带从机器中传送出来。

一步法与二步法的比较：

①一步法的优点：

投资成本少；瓶子外观缺陷少；能量消耗低；型坯经历的过程短，适合热敏性塑料的生产；更换模具、工装容易，适合小批量产品的生产。

②一步法的缺点：

制品壁厚相对较厚；对操作工的技术要求高；不能分开和优化注塑和吹塑工艺。

③二步法的优点：

瓶子成本低；产量高；适合大批量生产；设备操作容易；可分别优化注塑和吹塑工艺；瓶质量轻。

④二步法缺点：

设备费用高；瓶外观质量多一点；瓶型有限制，异型瓶难吹。

图2.2一、二步法流程分类

2.3瓶坯

制备吹塑瓶时，首先将PET切片注射成型为瓶坯，它要求二次回收料比例不能过高（5％以下），回收次数不能超过两次，而且分子量及粘度不能过低（分子量31000-50000，特性粘度0.78-0.85cm3／g）。

注塑成型的瓶坯需存放48h以上方能使用。

加热后没用完的瓶坯，必须再存放48h以上方能重新加热使用。

瓶坯的存放时间不能超过六个月。

瓶坯的优劣很大程度上取决于PET材料的优劣，应选择易吹胀、易定型的材料，并制定合理的瓶坯成型工艺。

实验表明，同样粘度的PET材料成型的瓶坯，进口的原料要比国产料易吹塑成型；而同一批次的瓶坯，生产日期不同，吹塑工艺也可能有较大差别。

瓶坯的优劣决定了吹塑工艺的难易，对瓶坯的要求是纯洁、透明、无杂质、无异色、注点长度及周围晕斑合适。

2.4加热

瓶坯的加热由加热烘箱来完成，其温度由人工设定，自动调节。

烘箱中由远红外灯管发出远红外线对瓶坯辐射加热，由烘箱底部风机进行热循环，使烘箱内温度均匀。

瓶坯在烘箱中向前运动的同时自转，使瓶坯壁受热均匀如图2..12所示。

加热原理：

采用红外线灯管加热，照射移动并自转动的瓶坯，灯管对面安装有反射板，将部分光能反射回来再加热瓶坯。

瓶坯靠吸收红外线光能而加热使温度升高。

另炉子安装有通风装置，均匀炉内热量。

加热炉最上层灯管处装有一热电偶检测炉内温度。

灯管的布置在烘箱中自上而下一般呈"区"字形，两头多，中间少。

烘箱的热量由灯管开启数量、整体温度设定、烘箱功率及各段加热比共同控制。

灯管的开启要结合预吹瓶进行调整。

要使烘箱更好地发挥作用，其高度、冷却板等的调整很重要，若调整不当，吹塑时易出现胀瓶口（瓶口变大）、硬头颈（颈部料拉不开）等缺陷。

图2.3瓶坯加热炉

2.5预吹

预吹是二步吹瓶法中很重要的一个步骤，它是指吹塑过程中在拉伸杆下降的同时开始预吹气，使瓶坯初具形状。

这一工序中预吹位置、预吹压力和吹气流量是三个重要工艺因素。

预吹瓶形状的优劣决定了吹塑工艺的难易与瓶子性能的优劣。

正常的预吹瓶形状为纺锤形，异常的则有亚铃状、手柄状等。

造成异常形状的原因有局部加热不当，预吹压力或吹气流量不足等，而预吹瓶的大小则取决于预吹压力及预吹位置。

在生产中要维持整台设备所有预吹瓶大小及形状一致，若有差异则要寻找具体原因，可根据预吹瓶情况调整加热或预吹工艺。

预吹压力的大小随瓶子规格、设备能力不同而异，一般容量大、预吹压力要小；设备生产能力高，预吹压力也高。

在不同的环境和机器原因出现的情况会不同，可以根据吹塑顺序的纪录来观察压力温度变化如图2.13所示来判断情况

图2.4吹塑顺序的纪录

即使采用同一设备生产同一规格的瓶子，由于PET材料性能的差异，其所需预吹压力也不尽相同。

玻纤增强的PET材料，较小的预吹压力即可使瓶子底部的大分子正确取向；另一些用料不当或成型工艺不适当的瓶坯，注点附近有大量的应力集中不易消退，如果吹塑，常会在注点处吹破或在应力测试中从注点处爆裂、渗漏。

根据取向条件，此时可如所示把灯管移出2-3支至注点上方开启，给予注点处充分加热，提供足够热量，促使其迅速取向。

对于已加热二次使用的瓶坯或存放时间超标的瓶坯，由于时温等差效应，二者成型工艺相似，与正常瓶坯相比，其要求的热量要少，预吹压力也可适当降低。

2.6辅机及模具

辅机主要指维持模具恒温的设备。

模具恒温对维持产品的稳定性有重要作用。

一般瓶身温度高，瓶底温度低。

对冷瓶来说，由于其底部的冷却效果决定了分子定向的程度，将温度控制在90-115℃为佳；而热瓶底部的温度则要高得多。

模具是影响PET瓶吹塑工艺的重要因素，模具形状的优劣会减轻或加大工艺调整的难度，如加强筋、过渡区的弧度及底部的散热状况等都对工艺调整有影响。

在吹塑后，瓶子仍处于模具的压力下。

在这个稳定阶段，瓶壁被压到仍保持高温的模具上。

热量使得一些应力通过重新安排分子链而释放出来。

接触时间的长短和温度的高低取决于所需要的热定型的程度。

这个阶段是出产率的重要因素。

接下来使用低压气流将空气注入瓶子中。

注入空气使瓶子稳定，使它最后收缩，在这个点上瓶子从模具中脱出来。

然后将瓶子移动，瓶子离开吹塑机时没有变形。

ＨＲ工艺方法是使用最多的方法。

它是一种生产高性能瓶子的简单方法，瓶子可以经受８８℃的温度，即使是在吸收最大的水分的老化的困难情况下也是如此。

为了获得更好的性能，必须进一步释放内应力。

可以再进一步提高模内温度。

但是超过１４５℃时，称为齐聚物的轻重量的分子链会离开模具的沉积层而改变瓶子的透明度

吹塑过程是一个双向拉伸的过程，在此过程中，PET链呈双向延伸、取向和排列，从而增加了瓶壁的机械性能，提高了拉伸、抗张、抗冲强度，并有很好的气密性。

虽然拉伸有助于提高强度，但也不能过分拉伸，要控制好拉伸吹胀比：

径向不要超过3.5～4.2，轴向不要超过2.8～3.1。

瓶坯的壁厚不要超过4.5mm。

吹瓶是在玻璃化温度和结晶温度之间进行的，一般控制在90～120度之间。

在此区间PET表现为高弹态，快速吹塑、冷却定形后成为透明的瓶子。

在一步法中，此温度是由注塑过程中的冷却时间长短决定的（如青木吹瓶机），所以要衔接好注—吹两工位的关系。

吹塑过程中有如图（2.14）过程：

拉伸—一次吹—二次吹，三个动作的时间很短，但一定要配合好，特别是前两步决定了料的总体分布，吹瓶质量的好坏。

因此要调节好：

拉伸起始时机、拉伸速度、预吹起始和结束时机，预吹气压力，预吹气流量等，如有可能，最好能控制瓶坯总体的温度分布，瓶坯内外壁的温度梯度。

在快速吹塑、冷却过程中，瓶壁内有诱导应力产生。

对充气饮料瓶来说，它可抗内压，有好处，但对热灌装瓶来说就要保证在塑料化温度以上让它充分释放。

图2.5吹瓶成型

2.7环境

生产环境的好坏对工艺调整也有较大影响，恒定的条件可以维持工艺的稳定及产品的稳定。

PET瓶吹塑成型一般在室温、低湿状态下为佳。

PET在饮料包装领域的应用推动了饮料包装业的高速发展。

与此同时，饮料包装业的发展也为PET的应用提供了发展空间。

严格控制PET注坯及吹瓶工艺是保证PET瓶的外观与其经济性的关键

2.8其它要求

有压瓶应同时满足应力测试与耐压测试的要求。

应力测试是为防止PET瓶灌装饮料时瓶底与润滑剂（碱性）接触过程中产生分子链的降解而发生开裂、渗漏等进行的内在质量控制；耐压测试则是防止瓶内充入一定压力气体后产生爆裂而进行的质量控制。

为满足这两种需要，中心点厚度要控制在一定范围内，一般情况是中心点薄，应力测试较好，耐压较差；中心点厚，耐压测试较好，应力测试较差。

当然，应力测试的结果还与中心点周围过渡区域料的堆积有很大关系，这要根据实际经验进行调整。

PET瓶吹塑工艺的调整，是针对相应的材料进行的，如果材料不佳，对工艺的要求就很苛刻，甚至于难以吹塑出合格的瓶子，有出瓶转盘和传感器检测瓶子。

在出瓶机械手靠外位置的机架上装有一星轮盘主轴，由出瓶机械手方向的同步皮带传动。

轴下部装有力矩过载保护器，当出瓶不顺卡机时与主机运动脱离，避免损坏机件。

轴上部安装塑料拨瓶星轮板，星轮板可在轴上进行垂直高度和水平角度的调整，星轮板有不同的型号，以适合不同大小的瓶子。

出瓶装置还有出瓶导轨和出瓶栏杆或板，出瓶导轨与出瓶机械手相交处为弧形，高度调整在瓶子支撑环下平面2MM处，作用是将瓶子从机械手上刮掉，刮掉的瓶子支撑环挂在导轨上，被星轮盘拨动往外送。

图2.6成型瓶子检测

3吹瓶机的保养维护

3.1吹瓶机的保养维护

吹瓶机的保养有日常保养和定期维护。

产工艺流程全部自动化，控制系统设有自动报障功能当操作错误时会出现故障时，电脑会显示并发出报警。

1．每班开启塑料吹瓶机之前，必需在各活动部件加光滑油一次。

（机械手、机械手导轨、开合模导轨）

2．摆臂可（3—4）天加一次。

加温机大链条、小链条可一个月一次。

经常检查主机减速器、加温机减速器能否缺油。

主机轴承可（2—3）个月加一次。

3．消费前检查各运动部件能否结实，螺丝能否松动零落，特别是冲击力较强的中央，皮带传动局部能否异常。

4．检查高压气源，低压气源，电源，水源能否正常。

5．检查各急停开关，平安门开关，维护安装检测开关能否正常。

6．检查加温头进胚，掉胚局部工作能否正常。

插胚如不到位可调理压胚安装螺母。

7．检查灯管能否损坏，断裂。

要及时改换。

8．检查各气动元件能否漏气，动作能否灵活。

9．检查三联体能否异常漏气，能否梗塞，水杯储水量能否太满。

10．塑料吹瓶机电磁阀遇有异常时，要及时清洗

11．塑料吹瓶机模具必需定期清洗，抛光。

12．开启上下压气源开关时必需迟缓动作，以防气源流速太快脏物吹进电磁阀，同时翻开排气阀门30秒钟，确保空气洁净。

13．塑料吹瓶机起动时必需确信机械局部良好，机器内部无人，无异物。

特别是摇把位置，以免伤人。

同时关好平安门。

14．起动机器时必需先启动电动机，延迟30秒启动加温机，以防电压动摇。

启动加温之前先肯定冷却水有没翻开。

15.注意换模过程中的注意事项：

1、对模具进行检查2、对模具垫片进行检查3、对模具做清洁工作

3.2吹瓶机的注意事项

吹瓶机的自动控制系统主要是变频器、PLC、传感器等电气设备，温度是影响变频器、PLC及其它电气设备寿命的关键因素，必须保证电控柜空气流通，周围温度必须控制在允许的-10~50℃范围以内，禁止对变频器及PLC的控制回路进行绝缘性能测试，在检查变频器之前，须关掉电源，待变频器上POWER灯（亦作充电指示灯用）熄灭再作检查。

由于变频器、电磁阀的开关频率高，有较大的漏电流，必须把变频器、电机、机壳可靠牢固接地，且零线、地线分开。

电源进线须经漏电开关引入。

禁止在变频器的输出端连接用于启／停电机（或变频器）的电磁接触器，禁止把电源接到变频器的输出端子。

气动元件如电磁阀、气路板、调速阀等可通过手动调整来检查好坏和动作可靠性，电磁阀可手动强制动作以判断是电磁线圈烧毁还是阀路堵塞。

电器部分以PLC和变频器为主，其它开关输入信号、输出信号的检查与维护，可通过对照PLC输入输出信号指示灯一一校验，检查开关元件是否损坏、线路是否断线、各输出元件（继电器、指示灯、电磁阀线圈等）是否工作正常。

PLC和变频器是以半导体元件为中心而构成的静止机器，为了及早防止由于温度、湿度、尘埃、振动等等使用环境的影响，和使用零件的老化、寿命等等而发生故障，必须进行日常检查

4行业趋势及项目产品的市场前景分析

吹瓶机吹塑机市场需求旺盛的原因主要有三点：

一是由于食品工业发展迅速，对塑料包装材料的需求相应增长，二是由于建筑材料、体育用品、文具以及汽车工业对塑料制品的需求不断增长，三是由于45％的吹瓶机吹塑机已使用10－20年，25％超过20年，需要更新换代，据专家估计产品总值达到20亿－30亿美元

据悉，价格较低的中、小型吹瓶机吹塑机在市场越来越备受欢迎，这给中国吹瓶机吹塑机设备的内需和出口提供了良好的机遇，特别是国内市场对注塑成型机、中空成型机、真空成型机、塑料挤出机及塑料回收机等的需求量越来越大。

由于国产吹瓶机多为低速设备，不能满足大型饮料生产厂商规模化生产的需要，目前国内大型饮料生产商使用的高速PET吹瓶机大部分依赖进口。

在国际上，目前在全自动高速PET吹瓶机领域的产品技术处于国际领先水平主要厂商为德国的克朗斯（KRONES）和法国的西得乐（SIDEL）。

但上述两家厂商的机器设备的价格远远高于国内产品，每台全自动高速PET吹瓶机的平均单价超过800万元人民币。

在国内，目前在全自动高速吹瓶机领域有实力的国内企业有广州达意隆包装机械股份有限公司和浙江德玛克机械有限公司。

克朗斯采用一套灵活、模块化的全能设备包装线，实现了完全符合时代需要的最终成品包装。

德国西门子PLC远程控制器，对机器工作状态进行24小时监控。

总结

在美好的大学生活中享受知识乐趣的日子已经接近尾声，毕业课题设计作为检验我们能否顺利毕业的唯一标准，对衡量我们的专业水准具有重要的意义。

为了能使我顺利毕业并作一名合格的社会复合型职业技术人才，特此编写毕业课题设计。

课题完成的过程中，对所学的知识进行重新的温习，使我们受益匪浅,对于遇到的问题，课题指导老师和公司同事都给了我极大的指导帮助。

通过实习课题编写提高了我的工作理论知识，为我今后能更好更快的在岗位奠定了坚实的物质理论基础。

本课题研究着力解决吹瓶机在自动化生产中的操作应用与维护，克朗斯采用一套灵活、模块化的全能设备包装线，实现了完全符合时代需要的最终成品包装。

在实习中对克朗斯（KRONES）吹瓶机能独立操作和保养维护，特此研究吹瓶机在自动化生产中控制应用和维护，在实际生产中出现的故障的解决方法和注意事项。

参考文献

[1]孔凡才，自动控制原理与系统,机械工业出版社2010.1

[2]张鹏,李健吹塑成型350问.冶金工业出版社,2005.6

[3]徐晋,赵二唯.吹瓶机技术手册.电子工业出版,2007.9

[4]郭燕萍,李晓波.自动化控制系统.电子工业出版

[5]管声启,师红宇.材料的成型与分析.西安交通大学出版,2008

[6]刘伟.传感器原理及实用技术[J].电子工业出版社,2009

[7]天津顶津食品有限公康师傅克朗斯（KRONES）吹瓶机说明书2011.4.

附录

康师傅矿物质水生产线KRONES（克朗斯）

KRONES（克朗斯）

KRONES（克朗斯）

时间：

2021.03.06

创作：

欧阳道