洗瓶機技術現狀和智能化展望

張科 張明 葉遠靜 孫敬慧

啤酒、飲料工業不斷發展，對設備的要求也隨之增高。洗瓶機作為灌裝線的核心設備之一，必然順應時代潮流向智能化、節能化方向發展。如何提高洗瓶機的智能水平，同時降低設備的能耗，減小設備的運營成本，提高機器的使用效率，是每個設備制造企業和使用企業需要面對的的問題。本文從洗瓶機基本功能、面臨的問題出發，尋求智能化的解決方案，探討洗瓶機設計智能化發展趨勢[1-2]。

1.基本結構與主要功能

洗瓶機包括進瓶裝置、浸泡槽體、載瓶架、沖洗組件（預洗中洗終洗）、除標系統、傳動系統（進排瓶及主驅動）、加熱系統、潤滑系統、走臺和防護系統、排瓶裝置、電氣控制系統等部分，如圖一所示。

圖一 洗瓶機主要結構

進瓶裝置把臟瓶推入載瓶架，依次進入槽體不同位置，進行堿液浸泡，高溫殺菌，瓶內外高壓沖洗，除標沖洗，清水沖洗干凈后,由排瓶裝置排出。洗滌過程中，液位、洗滌劑溫度濃度等檢測控制裝置，維持功能連續不斷。

2.技術現狀

目前市場上，洗瓶機速度大都在30000-40000 瓶/時左右，隨著啤酒飲料工業的規模化、集團化，啤酒飲料灌裝市場競爭日趨激烈，主流灌裝線速度將達到50000-60000 瓶/時，甚至更高。傳統的半自動化生產線和一些人工處理的過程已經無法滿足。另外，隨著人工成本的大幅上漲，雖然生產速度大幅度提高，但是要求操作人員更少，這對洗瓶機技術的智能化發展提出了更高的要求。

洗瓶機技術根據市場要求近年不斷改進完善，已具備一定的節能化和智能化水平。洗瓶機進、出瓶裝置已經完成高速自動化設計，理瓶、進瓶、排瓶完全自動化，運行速度同主機自動同步。過載、跳瓶、進出瓶不到位等故障自動報警停機，故障排除后自動回程復位。一鍵復位功能替代人工復位，既減少了操作維護人員數量，降低了勞動強度和安全風險。傳動系統采用伺服同步技術替代純機械傳動，減少了傳動軸及連接件，減少了傳動件的潤滑及維護量。沖洗、除標、加熱等系統相應技術升級，如堿液自動檢測與添加，槽內液位自動檢測與控制，標簽自動集中壓榨等。

3.技術設計面臨的問題

洗瓶機是高噸位、高能耗、高排污、高速化運行的機器。生產維護、技術設計等方面，所面臨的新問題也逐漸顯現。

瓶型種類繁多，在線變更瓶型時，需要更換瓶型變更件，重新調整輸瓶、理瓶速度和壓力，既費時又容易卡瓶倒瓶，嚴重影響生產效率。

瓶盒老化或碎玻璃導致瓶盒破損，破損瓶盒容易夾住瓶子，形成進出瓶故障，雖然機器可以自動報警停機，但是需要人工在線處理，大大降低了生產線效率。

洗瓶機大容積、高產能運行，單位時間內截留的污染物增多，堿液污染速度加快，堿液在線過濾問題日益嚴重，堿液排放周期縮短，水、電、氣等能源消耗巨大，環保壓力劇增。

洗瓶機傳動系統潤滑點較多，傳動件潤滑維護工作量依然很大，機器高速運行，潤滑維護時安全風險大。

4.節能化智能化展望

4.1.進出瓶裝置智能化設計

進瓶輸瓶增加回程輸瓶和壓力傳感器。如圖二和圖三所示，增加回程輸瓶，既減小輸瓶動力死角，又避免輸瓶壓力過分集中而出現堵卡瓶。輸瓶攔板增加壓力傳感器，在線檢測輸瓶壓力，連鎖控制輸瓶電機的運行速度，主機速度變化會導致輸瓶壓力變化，根據壓力變化動態匹配進瓶輸瓶速度（瓶流量），保證輸瓶速度同主機同步，提高生產線效率。

圖二 進出瓶裝置的示意

圖三 洗瓶機進瓶裝置示意

進瓶增加疊加瓶（瓶盒夾瓶未排出）記憶和報警功能。如圖四所示，瓶子未排出瓶盒繼續進瓶時，機器自動報警停機。以前是必須處理好夾瓶故障，更換好瓶盒，機器才可以繼續運轉。增加了疊加瓶記憶和報警功能后，可暫時不用更換瓶盒，選擇復位繼續維持機器高速生產，機器自動記憶夾瓶工位，在下個進瓶周期自動屏蔽此工位不再進瓶，不會再因故障停機，極大地提高了生產效率。

圖四 瓶盒夾瓶示意

瓶盒缺損智能定位報警控制。當有瓶盒損壞或缺失時，機器依然進瓶運行，這會導致瓶子掉入機器內部形成更大的故障。目前，這個問題依然是依靠人工監控處理。通過增加特殊裝置，如圖五所示，通過激光傳感器、編碼信號桿智能定位瓶盒缺損情況，在線控制脫落工位不進瓶，機器可維持高速運行狀態。瓶盒脫落可以選擇停產或停機集中恢復，極大地提高了機器生產效率。

圖五 瓶盒缺損智能定位控制示意

4.2.噴淋在線過濾和自清洗技術

如圖六所示，洗瓶機噴淋大都采用粗過濾與精過濾二級串聯。精過濾采用雙過濾筒并聯，可以實現自動清洗，但一段時間后過濾筒還會出現堵塞現象，依然需要人工定期清理，清理周期約5-6 周。

圖六 雙過濾同反沖洗過濾

改進洗瓶機噴淋系統，在除標過濾與雙過濾筒之間增加一套全自動高壓反沖洗過濾機，升級為三級過濾，如圖七所示。通過前后壓力傳感器，在線智能高壓反沖洗，使濾網始終處于高效過濾狀態，實現濾網免人工清洗，進一步提升了洗瓶機的生產效率[3]。

圖七 全自動高壓反沖洗

4.3.堿槽堿液自動互換及回收

目前，洗瓶機堿液基本上是周期性直接排放，排放周期約為兩周。堿液是高腐蝕物質，也有一定溫度，過早排放是能源的浪費，也對環保造成巨大壓力。為此，設計增加堿槽堿液互換和回收自動化控制系統。如圖八所示，堿液槽通過氣控閥門，實現堿液槽之間堿液定期自動互換，可設定始終排放最臟一槽的堿液，其它槽依次替換，這樣保留了原堿液的溫度和濃度，最大限度地提高堿液的使用效率，又延長了堿液排放周期，節能又環保。

圖八 堿液互換與回收

另外可增加兩套堿液沉淀罐，一備一用，延長堿液使用周期，并與堿液槽通過氣控閥實現周期性自動互換，隨時滿足生產中堿液互換的需要。

4.4.瓶排運行自動計數

該功能可以動態顯示機內剩余存瓶的排數，用于槽內檢查檢修快速定位，節約維護時間。還可用于收線節能控制，當洗瓶機收線停止進瓶時，系統智能停止進瓶系統，陸續（或延時）停止各槽水泵，鏈網過濾器減速機及相關運轉系統，不必等到排完所有瓶子再關停機器，避免了不必要的能源浪費。

4.5.自動潤滑和無潤滑報警技術

洗瓶機機體龐大，潤滑點繁多，多數潤滑點難于接近。自動集中潤滑可以實時監控潤滑情況和無潤滑報警，既降低了勞動強度又提高了潤滑的可靠性，顯著地提高生產效率。如圖九所示。

圖九 洗瓶機自動潤滑系統圖

4.6.運行程序一鍵切換

啤酒飲料品種繁多，方瓶、扁瓶、錐形瓶、橢圓瓶等各種異型包裝相繼面市，標簽種類層出不窮，給洗瓶參數設計和調整帶來了新的挑戰。

目前，洗瓶機設計僅是給出了主流的瓶型參數，其它瓶型參數主要在使用現場標定。每次更換瓶時，操作員需要對照參數表，在觸摸屏上逐項設定不同瓶型的洗瓶參數，調整時間長、效率低。

將新瓶、舊瓶，純紙標、鋁箔標、壓敏膠標等進行分類和組合，預先設計好多套對應的參數，每套參數程序之間可以一鍵切換，按新參數運轉，實現操作的簡單化智能化，極大地提高了換線效率。每套程序可以解鎖后重新修訂參數，以適應后續新瓶型需求，具有很好的延展性和開放性[4]。

5.總結

洗瓶設備智能化、節能化，不但能夠提高產品的市場競爭力，還可以極大地改善工人工作環境，甚至實現無人值守[5-6]。

圖十 洗瓶機多程序一鍵切換功能