基于PLC的飲料灌裝生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)設(shè)計

1、泰泰 山山 學(xué)學(xué) 院院本本科科畢畢業(yè)業(yè) 論論文文基于 PLC 的飲料灌裝生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)設(shè)計所 在 學(xué) 院 機(jī)械與工程 專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 申請學(xué)士學(xué)位所屬學(xué)科 工 學(xué) 年 級 二一一級（3+2） 學(xué) 生 姓 名 、 學(xué)號 張 艷 紅2 0 1 1 1 7 0 3 0 0 指導(dǎo)教師姓名 、 職 稱 陳宏圣 副教授 完 成 日 期 二一三年五月 摘要I摘要計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)的日益提高，使企業(yè)對生產(chǎn)的自動控制和通訊提出了高層次的要求。飲料生產(chǎn)線也較繁瑣，環(huán)節(jié)也增加了許多。其中灌裝飲料就是其上首要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。文中主要講述了基于 FX2N-32MR PLC 的飲料灌裝生產(chǎn)線的控制

2、系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)的設(shè)計包括硬件和軟件方面。其中硬件部分的設(shè)計主要包括了三菱 FX2N-32MR PLC 外部電路的設(shè)計、安裝；軟件部分包括程序的設(shè)計、調(diào)試。設(shè)計系統(tǒng)最終能夠?qū)崿F(xiàn)下面幾項功能：(1)對空瓶進(jìn)行運(yùn)送、灌裝，灌裝量依照空瓶大小設(shè)計確定；（2）對滿瓶進(jìn)行傳送及統(tǒng)計數(shù)量，計數(shù)內(nèi)容包括累計、單位包裝計數(shù)，單位包裝計數(shù)量可依照包裝大小設(shè)計確定；（3）能夠確保手動式復(fù)位。該系統(tǒng)采用了三菱可編程序控制器、傳感器、繼電器、行程開關(guān)等電器元件，利用 PLC 良好的自動控制，實現(xiàn)飲料罐裝生產(chǎn)過程的自動化控制。運(yùn)用 PLC 來控制飲料灌裝，實現(xiàn)了生產(chǎn)線的自動高效化、智能靈敏化。對提高勞動效率，飲料質(zhì)量

3、和產(chǎn)量影響遠(yuǎn)大，意義非凡。關(guān)關(guān) 鍵鍵 詞：詞：飲料灌裝，生產(chǎn)流水線，無人控制ABSTRACTIIABSTRACTWith the advanced computer and network communication technology, business-to-production process automation and information and communication put forward higher requirements. Beverage production line more complex production processes are also nu

4、merous. One drink is a beverage filling production lines most important production areas. This paper mainly introduces the control system of beverage filling production line based on Mitsubishi FX2N-32MR PLC.The system design consists of hardware and software design. The hardware design includes Mit

5、subishi FX2N-32MR PLCs external circuit design and installation; software design includes the design and debugging of program.The system can achieve the following functions: (1) The bottles can be transported and filled and the filling volume can be set according to the size of bottles; (2) the full

6、 bottles can be transported and counted, the count includes total count and the count of unit package and the total number of unit packaging can be set according to package size; (3) the system can achieve manually reset. The system mainly uses the Mitsubishi PLC, sensors, relays, switches and so on

7、 and uses the good automatic control performance of PLC to achieve the no control of beverage filling production line Use of PLC control beverage filling production line, to achieve the soft drink production line automation and intelligence. On labor productivity gains, improve beverage quality and

8、yield far-reaching significanceKEY WORDS: Beverage filling, Production line,No control目錄III目錄1 引言 -11.1 本論文研究的內(nèi)容及意義-11.2 報告設(shè)計大綱-21.3 論文研究的內(nèi)容-22 飲料罐裝生產(chǎn)流水線總體設(shè)計 -32.1 任務(wù)的分析-32.2 硬件方案設(shè)計-32.3 軟件方案設(shè)計-32.3.1 經(jīng)驗設(shè)計法-42.3.2 邏輯設(shè)計法-43 系統(tǒng)元件的選擇 -53.1 PLC 控制要求和內(nèi)容及選型 -53.1.1 基礎(chǔ) PLC -53.1.2 可編程控制器的特點-53.1.3 PLC 的安裝與

9、接線-63.1.4 設(shè)計 PLC 控制時，應(yīng)遵循以下基本原則-63.1.5 PLC 的工作原理-73.1.6 PLC 選型與硬件配置-73.1.7 PLC 的性能指標(biāo)-83.2 電動機(jī)的選型-93.3 接觸器的選型-93.4 熱繼電器的選型-103.5 開關(guān)電器、熔斷器的選型-103.6 傳感器的選型-102 系統(tǒng)的硬件電路 -124.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖-12目錄IV4.2 主電路的設(shè)計-124.3 控制電路的設(shè)計-124.4 操作面板的設(shè)計-135 系統(tǒng)程序的設(shè)計 -155.1 控制要求和控制過程分析-155.1.1 I/O 端口分配-155.1.2 梯形圖-165.1.3 初始化程序-1

10、65.1.4 裝箱選擇程序-175.1.5 流水線主控程序-195.1.6 閃爍報警程序-195.1.7 記數(shù)程序-205.1.8 數(shù)據(jù)傳送程序-216 程序的調(diào)試 -246.1 裝箱選擇程序仿真-246.2 主控制程序的仿真-246.3 閃爍報警程序的仿真-276.4 記數(shù)程序的仿真-287 結(jié)論與展望 -298 總結(jié) -30參考文獻(xiàn) -31致 謝 -32泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文11 引言1.1 本論文研究的內(nèi)容及意義縱觀近年來，國內(nèi)外飲料工業(yè)蓬勃發(fā)展，各種飲料如碳酸飲料、果汁飲料、飲用水、茶飲料等種類日益繁多，較高的產(chǎn)量需求同時使得對設(shè)備的需求也逐漸提高。目前國外的灌裝與封口設(shè)備正向高效、多功

11、能、高精確度方向前進(jìn)，目前有的生產(chǎn)線已可以在玻璃瓶與塑料容器（聚酯瓶） 、果汁飲料與果汁飲料、熱灌裝與冷灌裝等場合下工作。目前一般灌裝飲料效率高達(dá)到 2010 罐分，德國 HK公司灌裝機(jī)的灌裝閥可達(dá) 160 多頭，SEN 公司 140 多頭，Krones 公司 170 多頭，灌裝機(jī)直徑大至 5 米，灌裝精度可以達(dá)到 05ml 以下。一般飲料灌裝閥有 50100 頭，實現(xiàn)最高達(dá) 1500 罐每分，料槽轉(zhuǎn)速 2025轉(zhuǎn)每分，可提高 1 倍的速度?？赏瓿刹栾嬃?、乳酸和果汁飲料等數(shù)種飲料的熱性灌裝，與此對外國熱性灌裝其封口后可不再進(jìn)行二次殺菌處理。當(dāng)前飲料灌裝生產(chǎn)線的控制過程大部分是繼電接觸控制實現(xiàn)，

12、但這種控制電路接線過于復(fù)雜，可靠程度不太高，進(jìn)而使工業(yè)生產(chǎn)效率得不到較好提高。然而，隨著信息時代的蓬勃迅速發(fā)展，飲料灌裝生產(chǎn)線的控制過程正向著智能化，高效化，自動化的方向邁進(jìn)。PLC 將原有的微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)結(jié)合了起來，因而它既彌補(bǔ)了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點的接線復(fù)雜、可靠度低、功率損耗高、通用性和靈活性差的缺點，又較好地利用了微處理器具有的特殊優(yōu)點，又充分考慮到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技術(shù)能力與習(xí)慣，特別是它的程序編制，PLC 有多種程序設(shè)計語言可以選擇，不必要專業(yè)的電腦編程語言技能，而是采用了一套以繼電器為核心的梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使編程人員程序編制直觀、使用方便

13、易學(xué)；調(diào)試與查錯也都很方便。PLC 所具有的自我診斷功能對維修人員的技術(shù)要求降低。使用者只要按說明書的提示，做很少的接線和簡單的程序編制工作，就可靈活方便地使其應(yīng)用于生產(chǎn)實踐中，實現(xiàn)理論聯(lián)系實際的目標(biāo)。泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文21.2 報告設(shè)計大綱1.3 論文研究的內(nèi)容本論文對飲料罐裝生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)的硬件和軟件方面進(jìn)行了設(shè)計。其中硬件設(shè)計部分包括 FX2N-32MR PLC 外部電路的設(shè)計與安裝；軟件部分包括程序的設(shè)計與調(diào)試。根據(jù)系統(tǒng)的實現(xiàn)要求對 PLC、電動機(jī)、傳感器、繼電器等外部設(shè)備進(jìn)行選擇型號。設(shè)計完成的飲料灌裝生產(chǎn)流水線能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：（1）通過開關(guān)將系統(tǒng)設(shè)為自動操作模式，一經(jīng)啟動，

14、則傳送帶的驅(qū)動電機(jī)啟動并一直持續(xù)到停止開關(guān)動作或待飲料瓶傳送至灌裝設(shè)備下時停止運(yùn)轉(zhuǎn)；瓶子裝滿飲料并上了蓋后，傳送帶驅(qū)動電機(jī)必須自動啟動，并保持到下一個飲料瓶被傳送至灌裝設(shè)備下或停止開關(guān)動作；（2）當(dāng)瓶子傳送并定位在灌裝設(shè)備下時，停 1s，灌裝設(shè)備開始工作，對于大瓶灌裝 8 秒鐘，小瓶則 5 秒鐘，灌裝過程完畢后對飲料瓶進(jìn)行上蓋操作，上蓋時間約為 2 秒鐘。整個灌裝和上蓋過程應(yīng)設(shè)有報警顯示，待上蓋完畢后不再顯示報警；報警方式為紅燈 0.5s 間隔閃爍；（3）包裝過程，對于小瓶：40 瓶為一大包，30 瓶為一中包，20 瓶為一小包；對于大瓶：20 瓶為一大包，15 瓶為一中包，10 瓶為一小包；（

15、4）能夠?qū)崿F(xiàn)對生產(chǎn)產(chǎn)品進(jìn)行自動記數(shù)并可以手動對計數(shù)器清零。泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文32飲料罐裝生產(chǎn)流水線總體設(shè)計2.1 任務(wù)的分析本次設(shè)計以 FX2N 系列 PLC 作為處理核心，用行程開關(guān)、傳感器等外部設(shè)備將生產(chǎn)過程中的信號（如空瓶運(yùn)行的位置、飲料瓶的大小等等）處理后送到處理器將其處理，由 PLC 對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，然后輸出驅(qū)動信號（如接觸器、電磁閥等等）來完成飲料罐裝生產(chǎn)流水線的自動化高效、準(zhǔn)確的操作。系統(tǒng)的整體思路：此生產(chǎn)線是全自動控制的，生產(chǎn)線一經(jīng)上電，PLC 將通過軟件程序?qū)ιa(chǎn)線進(jìn)行控制：通過輸出繼電器的動作來控制傳送帶的停轉(zhuǎn)和對飲料瓶的選擇灌裝，實現(xiàn)完成對系統(tǒng)狀態(tài)的顯示，并且通過 PL

16、C 內(nèi)部的計數(shù)器對所生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行計數(shù)。2.2 硬件方案設(shè)計飲料的灌裝是運(yùn)用了飲料灌裝機(jī)，它將飲料灌裝裝置以及封蓋裝置集合在一起，實現(xiàn)飲料的灌裝與上蓋，使飲料的灌裝能穩(wěn)定、高效的完成。對于飲料瓶大小的區(qū)分是通過反射式光電傳感器工作來實現(xiàn)的。利用輔助繼電器對計數(shù)器進(jìn)行正電平觸發(fā)來完成對產(chǎn)品的計數(shù)。灌裝生產(chǎn)流水線模型如圖 1 所示，生產(chǎn)流水線結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。圖 1 飲料灌裝生產(chǎn)流水線模型泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文4系統(tǒng)的工作原理：系統(tǒng)一經(jīng)上電，傳送帶將驅(qū)動電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，待空飲料瓶行 至行程開關(guān)處，行程開關(guān)閉合，電動機(jī)停轉(zhuǎn)，灌裝設(shè)備通過閥門的關(guān)斷來控制飲料灌裝的時間，飲料灌裝過程完成后電動機(jī)恢復(fù)轉(zhuǎn)動，如

17、此循環(huán)實現(xiàn)生產(chǎn)線的自動控制。對于傳送帶上的飲料瓶大小的分辨，利用了通過下圖的反射式光電傳感器。E-1閥門傳送帶驅(qū)動電動機(jī)行程開關(guān)光電傳感器大瓶小瓶圖 2飲料灌裝生產(chǎn)流水線結(jié)構(gòu)2.3 軟件方案設(shè)計 PLC 軟件方案設(shè)計有經(jīng)驗設(shè)計法，邏輯設(shè)計法等2.3.1 經(jīng)驗設(shè)計法梯形圖的經(jīng)驗設(shè)計法是運(yùn)用比較廣泛的一種方法。該方法的核心是輸出線圈。以下是梯形圖經(jīng)驗設(shè)計法的基本步驟：1.了解和熟悉被控設(shè)備的工藝過程和機(jī)械的動作情況。2.確定 PLC 的輸入信號和輸出負(fù)載，畫出 PLC 的外部接線圖。3.確定繼電器電路圖的中間繼電器，時間繼電器對應(yīng)的梯形圖中的輔助繼電器（M）和定時器（T）的元件號。4.根據(jù)對應(yīng)關(guān)系

18、畫出梯形圖。2.3.2 邏輯設(shè)計法邏輯設(shè)計法的理論基礎(chǔ)是邏輯代數(shù)。而繼電器控制系統(tǒng)的本質(zhì)是邏輯線路。在電氣控制線路中會發(fā)現(xiàn),線路的接通和斷開,都是由繼電器等元件的觸點來控制泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文5決定的,故控制線路的所有功能必定取決于這些觸點的開，合兩種狀態(tài)。因此電氣控制電路從根上說是一種邏輯性線路,它滿足邏輯運(yùn)算的基本規(guī)律。具體步驟如下圖 3 所示:明確設(shè)計任務(wù)和技術(shù)條件修改軟件，硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試局部模擬運(yùn)行安裝PLC程序檢查調(diào)試I/O配線編制程序制作控制區(qū)系統(tǒng)總體設(shè)計PLC機(jī)型選擇 是否滿足要求？交付使用整理系統(tǒng)文件系統(tǒng)試運(yùn)行程序備份否是 圖 3 PLC 邏輯設(shè)計步驟圖泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文63

19、系統(tǒng)元件的選擇3.1 PLC 控制要求和內(nèi)容及選型3.1.1 基礎(chǔ) PLC可編程控制器是工業(yè)自動化的基礎(chǔ)。在工業(yè)現(xiàn)場中用于對大量的數(shù)字量和模擬量進(jìn)行控制，例如電磁閥的開閉，電動機(jī)的啟停，溫度、壓力、流量的設(shè)置與控制，產(chǎn)品的計數(shù)與控制等。3.1.2 可編程控制器的特點(1) 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)微機(jī)雖然具有很強(qiáng)的功能，但單抗干擾能力差，工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的電磁干擾、電源波動、機(jī)械振動、溫度和濕度的變化等都可能使一般通用微機(jī)不能實現(xiàn)正常工作。而 PLC 是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的，故對可能受到的電磁干擾、高低溫及電源波動等影響，其已在 PLC 硬件及軟件的設(shè)計上采用了一定的措施。如在硬件方面采用了電和

20、磁的屏蔽，對 I/O 接口采用了光電隔離技術(shù)，對電源及 I/O 接口線采用了數(shù)種濾波等。而在軟件方面采用了故障監(jiān)測、診斷、信息防護(hù)和復(fù)位等手段，一旦發(fā)生非正常狀況，CPU 立馬進(jìn)行行之有效的方案，防止故障向更糟的方向發(fā)展，使 PLC 的可靠度大為提高。(2) 機(jī)構(gòu)簡單，應(yīng)用靈活PLC 在硬件結(jié)構(gòu)上采用模塊化中的類似積木式的結(jié)構(gòu)，輸入和輸出信號模塊、通信模塊及一些特別功能模塊類型繁多。面對不同的控制對象，可以方便、快速靈活地組合成完成其功能的控制系統(tǒng)。 (3) 編程方便，易于使用PLC 采用了與繼電器控制電路有許多相似之處的梯形圖作為主要的編程語言，形象直觀的程序，簡單易學(xué)指令，容易理解和掌握編

21、程步驟和方法，不需要具備專門的計算機(jī)知識，使具有一定的電工和工藝知識的人員可以在短時間內(nèi)學(xué)會。(4) 功能完善，適用性強(qiáng)PLC 具有強(qiáng)大的對數(shù)字量和模擬量處理的功能，如一般邏輯、算術(shù)運(yùn)算、常見特殊函數(shù)運(yùn)算等。PLC 具有多種常用泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文7的功能，如 PID 閉環(huán)回路控制、中斷控制等。PLC 還可以擴(kuò)展好多特殊功能，如高速計數(shù)、電子凸輪控制、伺服電動機(jī)定位、多軸運(yùn)動插補(bǔ)控制等。PLC 組成的多種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送、上位監(jiān)測控制等功能。3.1.3 PLC 的安裝與接線PLC 一般要求安裝在環(huán)境溫度為 0 到 55 攝氏度，相對濕度小于 85%，無粉塵、油煙，無腐蝕性及可燃性氣體的

22、場合中。為了達(dá)到這一目的，其不要安裝在發(fā)熱器件附近，不能安裝在結(jié)露，雨淋的場所，在粉塵多，油煙大、有腐蝕性氣體的場合安裝時要采取封閉措施，在封閉的電器柜中安裝時，要注意解決通風(fēng)問題。另外，PLC 要安裝在遠(yuǎn)離強(qiáng)烈振動和電磁干擾源的場合，否則需要對其采取減震及屏蔽措施。PLC 的安裝固定常有兩種方式，一是直接利用機(jī)箱上的安裝孔，用螺釘把機(jī)箱固定在控制柜的背板或面板上；二是利用 DIN 導(dǎo)板安裝，這需先將 DIN 導(dǎo)板先固定好，再將 PLC 與各種擴(kuò)展單元卡上 DIN 導(dǎo)板。并注意在 PLC 周圍留足散熱及接線的空間。PLC 在工作前必須正確地接入控制系統(tǒng)，和其連接的主要有 PLC 的電源接線，輸

23、入輸出器件的接線，通信線，接地線。3.1.4 設(shè)計 PLC 控制時，應(yīng)遵循以下基本原則（1） 最大限度地滿足被控對象的要求（1） 最大限度地滿足被控對象的要求充分發(fā)揮 PLC 的功能，最大限度地滿足被控對象的要求，被稱為設(shè)計系統(tǒng)的居于第一的目標(biāo)和任務(wù)，這也是設(shè)計中最該銘記的一條原則。這就要求設(shè)計人員在設(shè)計前就要深入現(xiàn)場進(jìn)行細(xì)致的調(diào)查研究，收集有關(guān)控制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先進(jìn)的中國、外國資料。同時還要留心和在場的管理人員、監(jiān)管人員、現(xiàn)場操作維修人員密切配合，相互深入溝通，定制相關(guān)控制方案，共同解決設(shè)計中的重點問題和疑難問題，力求方案準(zhǔn)確高效的實施。(2) 確保 PLC 控制系統(tǒng)安全可靠保證 PL

24、C 控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計控制系統(tǒng)的最為泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文8重要原則。這就要求設(shè)計者更加全面考慮系統(tǒng)總體設(shè)計、元器件選擇、軟件編程，以確保控制系統(tǒng)安全可靠。例如：應(yīng)該保證 PLC 程序不僅在正常條件下運(yùn)行，而且在特殊非正常條件下（如突然停電再上電、按鈕按錯，繼電器不動作等） ，也能正常工作。(3) 力求簡單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便在充分滿足被控制要求的基礎(chǔ)上，一方面要注意不斷地擴(kuò)大工程的效率與利益，另一方面也要注意不斷地降低其成本，力求工程的經(jīng)濟(jì)性。這就要求設(shè)計者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)較簡易、實惠，而且要使系統(tǒng)的使用及維護(hù)更簡單、花費(fèi)更低，不宜盲目地追求過程的自動化和高指標(biāo)。

25、 (4) 適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要這就要求在選擇 PLC、輸入輸出模塊、輸入輸出點數(shù)和內(nèi)部存儲器容量時，要適當(dāng)留有一定的裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)。事實上 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計：首先考慮的是應(yīng)是系統(tǒng)的安全性、可靠性設(shè)計，然后才是根據(jù)控制工藝要求進(jìn)行控制流程的設(shè)計，最后就是編寫切實可行、簡單、高效的 PLC 程序，安全性、可靠性設(shè)計要求的前提下，編寫相應(yīng)的 PLC 程序非常重要，硬件上保證的安全性與可靠性，以及軟件 PLC 程序中的安全性考慮應(yīng)該同步進(jìn)行。3.1.5 PLC 的工作原理（1）PLC 的工作方式PLC 采用的是周期性循環(huán)掃描的工作方式。（2）PLC 的工作過程PLC 用戶程

26、序的工作過程可分為輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段。PLC 的工作過程包括初始化，CPU 自診斷，通信信息處理，PLC 與外部設(shè)備交換信息，執(zhí)行用戶程序，輸入輸出信息處理等六步。3.1.6 PLC 選型與硬件配置選擇 PLC,主要是確定它的生產(chǎn)廠家與型號。挑選生產(chǎn)廠家，用戶的要求、設(shè)計使用者的習(xí)慣、熟悉程度、配套產(chǎn)品的一致性是主要應(yīng)考慮的幾個方面，編程泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文9器等附加設(shè)備的通用性、技術(shù)服務(wù)等方面的因素也應(yīng)加以考慮。在生產(chǎn)廠家確定后，它的型號主要決定于控制要求，在滿足設(shè)備控制要求的前提下，必須考慮生產(chǎn)成本。選擇 PLC 型號時應(yīng)注意以下指標(biāo)：1.CPU 性能 2.輸出輸入總數(shù)

27、3.功能模塊的配套 4.通信能力?？紤]到生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大、生產(chǎn)工藝的改進(jìn)、控制任務(wù)的增加以及維護(hù)重接線的需要，在選擇硬件模塊時要留有適當(dāng)?shù)挠嗔俊８鶕?jù)已經(jīng)確定的 I/O 設(shè)備統(tǒng)計所需要的 I/O 信號的點數(shù)和類型，預(yù)留 10%至15%的空間，選擇 I/O 信號模塊。根據(jù)特殊功能要求選擇智能單元.根據(jù)通信要求選擇通信接口模塊。依據(jù)飲料罐裝自動生產(chǎn)線的工藝流程圖，PLC 控制系統(tǒng)有均為開關(guān)量的 9 個輸人信號。PLC 控制系統(tǒng)的有 10 個輸出信號。FX2N 系列的 PLC 有繼電器輸出方式，晶體管輸出方式和雙向晶閘管輸出方式三種, 繼電器輸出方式其特點是：可接通交、直流電源，其反應(yīng)慢，但有干結(jié)點，安

28、全性及其隔離性好，可靠性高；晶體管輸出方式其特點是：只能接入直流電源，無干接點，其響應(yīng)速度最快場效應(yīng)管輸出模塊的工頻可達(dá) 20kHz，但過度負(fù)載能力較差；雙向晶閘管輸出方式其特點是：只能接入交流電源，無干接點。綜合以上相關(guān)信息，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)實用性的考慮，系統(tǒng)選用 FX2N-32MR 型號的PLC：繼電器輸出方式,輸人點數(shù)輸出點數(shù)均為 16 點，可以滿足工藝要求，且留有一定的余量。便于以后的修改和擴(kuò)展。根據(jù)系統(tǒng)的性能與要求，PLC 輸入/輸出端口地址的分配如表 4 所示。3.1.7 PLC 的性能指標(biāo)1.用戶程序存儲容量 2.輸入輸出總點數(shù) 3 .掃描速度 4.指令種類 5.內(nèi)部寄存器的配置及容量

29、 6.特殊功能。表 1 PLC I/O 端地址編號對照表輸入信號輸出信號泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文10名稱功能編號名稱功能編號SB0啟動按鈕X0KM1傳送帶電動機(jī)Y0SB1停止按鈕X1YV1灌裝電磁閥Y1ST0行程開關(guān)X2YV2小瓶封蓋Y2S0光電傳感器X3YV3大瓶封蓋Y3SB4大包X4HL4大包指示燈Y4SB5中包X5HL5中包指示燈Y5SB6小包X6HL6小包指示燈Y6SB7散裝X7HL7散裝指示燈Y7SB10手動復(fù)位X10HL10系統(tǒng)上電顯示Y10HL11灌裝過程顯示Y113.2 電動機(jī)的選型目前市面上的電動機(jī)類型多種多樣，用于驅(qū)動傳送帶傳送的電動機(jī)的類型也數(shù)不勝數(shù)?；谠撓到y(tǒng)的控制要求與各

30、類型電動機(jī)的結(jié)構(gòu)特點和工作場合，并考慮到經(jīng)濟(jì)性和實用性，本系統(tǒng)選擇的電動機(jī)型號為 Y132M-4，其性能參數(shù)如表 5所示。表 2 Y132M-4 型電動機(jī)的性能參數(shù)電流電壓堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)速極數(shù)頻率額定功率15.4 A380V2.2 n.m2.3 n.m1440 r/min450 Hz7.5KW3.3 接觸器的選型接觸器是一種用來接通或斷開帶負(fù)載的交、直流主電路或大型控制電路的切換器，主要控制目標(biāo)是電動機(jī)。通用接觸器可大致分以下兩類。 1）交流接觸器。主要有電磁機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置等組成。常用的是CJ1、CJ12、CJ12B 等系列。2）直流接觸器，一般用于控制直流電器設(shè)備，線圈中通

31、以直流電，直交流接觸器有幾乎相同的動作原理和結(jié)構(gòu)。接觸器的選型有諸多因素外與負(fù)載密切相關(guān)一般三相異步電機(jī)的起動電流為額定電流的 3-5 倍。綜上所述，本系統(tǒng)選用 CJ10-40 接觸器：額定電流為 40A,額泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文11定電壓為 380V。3.4 熱繼電器的選型熱繼電器由安裝的位置不同的兩部分組成。一部分是主觸點，接在電動機(jī)與接觸器 KM 之間。另一部分是接在控制電路中，與接觸器 KM 的線圈電路相串聯(lián)。熱繼電器在控制線路中起過載保護(hù)的功能。熱繼電器采用雙金屬熱元件，動作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，常閉觸頭和常開觸頭，復(fù)位按鈕及整定電流調(diào)節(jié)旋鈕等。根據(jù)雙金屬熱元件的數(shù)目可分為兩極和三極型熱繼電器，而

32、三極型又分帶斷相保護(hù)和不帶斷相保護(hù)兩種。主電動機(jī) M1 的額定電流 15A，F(xiàn)R1 可以選用 JR16，熱元件電流為 20A，電流整定范圍為 14-22A 工作時將額定電流調(diào)整為 15A。3.5 開關(guān)電器、熔斷器的選型行程開關(guān)是一種由物體的位移來決定電路通斷的開關(guān)，選用型號為 LXK2-131型。熔斷器選用 RL1-15 型熔點器，熔體的額定電流為 30A。3.6 傳感器的選型系統(tǒng)中運(yùn)用傳感器對飲料瓶的大小進(jìn)行分辨，根據(jù)設(shè)計需要選擇反射式光電傳感器。反射式光電傳感器的工作原理如圖 4 所示。反射式光電傳感器反射物發(fā)光接收圖 4 反射式光電傳感器原理圖該系統(tǒng)選擇的反射式光電傳感器型號為 PM2-

33、LF10,其性能參數(shù)如表 3 所示。表 3 PM2-LF10 反射式光電傳感器的性能參數(shù)性能參數(shù)檢測距離2.58mm(中心：5mm)白色無光澤紙(1515mm)泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文12最小檢測物體 0.05mm 銅線(設(shè)定距離：5mm)應(yīng)差使用白色無光澤紙(1515mm)工作距離的 20%以下重復(fù)精度(垂直于檢測軸)0.08mm 以下電源電壓524V DC10% 脈動 P-P5%以下消耗電流平均：25mA 以下，峰值：80mA 以下輸出NPN 開路集電極晶體管最大流入電流：100mA外加電壓：30V DC 以下(輸出和 0V 之間)剩余電壓：1V 以下(流入電流為 100mA 時)0.4V 以

34、下(流入電流為 16mA 時)反應(yīng)時間 0.8ms 以下泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文134 系統(tǒng)的硬件電路4.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)的主電路、控制電路、輔助電路三大部分組成了硬件系統(tǒng)，硬件中的主要部分是主電路，主電路和輔助電路由控制電路控制，起輔助信號顯示作用的是輔助電路。 4.2 主電路的設(shè)計傳送帶用電動機(jī) M1 來運(yùn)行，并用接觸器 KM1 來控制電動機(jī)的運(yùn)行與停止。由熱繼電器 FR1 實現(xiàn)過載保護(hù)。斷路器 QF1、QF2、QF3 將三相電源引入，同時QF1、QF2、QF3 為電路提供短路保護(hù)。飲料罐裝生產(chǎn)的主控制電路如圖 5 所示。圖 5 主控制電路圖4.3 控制電路的設(shè)計PLC 控制系統(tǒng)有 9

35、 個均為開關(guān)量的輸人信號。其中各種單操作按鈕開關(guān) 6 個，分別 SB0 啟動按鈕、SB1 停止按鈕、SB4 大包、SB5 中包、SB6 小包、SB7 散泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文14裝、SB10 手動復(fù)位按鈕。行程開關(guān) 1 個，傳感器開關(guān) 1 個。PLC 控制系統(tǒng)的輸出信號有 10 個，其中 1 個用于驅(qū)動傳送帶電動機(jī)的接觸器KM1, 3 個電磁閥分別用于大瓶和小瓶的封蓋及飲料罐裝，6 個用于生產(chǎn)線上的狀態(tài)顯示。如圖 6 所示。圖 6 三菱 PLC 外部接線圖4.4 操作面板的設(shè)計操作簡單，直觀明了的，對飲料罐裝自動生產(chǎn)線的每一步都能準(zhǔn)確顯示，方便工作人員的工作是操作面板的設(shè)計原則。面板如圖 7 所

36、示。泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文15面板中的按鈕有停止、啟動和手動復(fù)位按鈕，以及選擇大包、中包、小包和散裝的按鈕。顯示燈有大包、中包、小包和散裝的顯示燈，還有上電顯示和灌裝過程顯示。本系統(tǒng)還設(shè)置了兩種灌裝模式即大瓶、小瓶灌裝，四種包裝方式即大瓶的大、中、小包裝和散裝及小瓶的大、中、小包裝和散裝 。這樣做有利于不同層次的需要。啟動大包小包上電顯示灌裝閃爍啟動復(fù)位散裝小包中包停止大包中包SB0SB7SB6SB5SB1SB4SB10圖7操作面板泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文165 系統(tǒng)程序的設(shè)計5.1 控制要求和控制過程分析系統(tǒng)將開關(guān)設(shè)定為自動操作模式，一經(jīng)啟動，傳送帶的驅(qū)動電機(jī)啟動并一直保持到停止開關(guān)實現(xiàn)停止動作或

37、傳感器檢測到下一個瓶子時停止；飲料將瓶子裝滿后，驅(qū)動電機(jī)必須自行啟動，并保持到再次檢測到一個瓶子或停止開關(guān)工作。當(dāng)瓶子傳送定位于灌裝的設(shè)備下時，停頓 1 秒，設(shè)備開始灌裝，灌裝過程為小瓶裝 5 秒鐘，大瓶裝 8S 鐘，然后均上蓋時間為 2 秒，灌裝和上蓋過程有報警，上蓋過程停止并不再顯示報警；報警方式為紅燈以 0.5s 間隔性閃爍。與此同時對生產(chǎn)的料進(jìn)行打包計數(shù)，對于小瓶：40 瓶為一大包，30 為一中包，20 為一小包；對于大瓶：20 瓶為一大包，15 瓶為一中包，10 瓶為一小包。在生產(chǎn)過程中可以對各計數(shù)器手動清零，系統(tǒng)每 7 小時將所記數(shù)據(jù)送入指定的存儲器中，然后將記數(shù)器清零。在電動機(jī)運(yùn)

38、轉(zhuǎn)時按下停止按鈕，系統(tǒng)會馬上停止：而在系統(tǒng)進(jìn)行灌裝和加蓋時按下停止按鈕，系統(tǒng)不會馬上停止，而要待加蓋工作完成后，系統(tǒng)最終停止工作。系統(tǒng)過程流程圖和順序功能圖分別如下圖 11。5.1.1 I/O 端口分配X0：啟動 Y0：驅(qū)動電動機(jī)轉(zhuǎn)動X1：停止 Y1：灌裝飲料X2：行程開關(guān) Y2：小瓶上蓋X3：傳感器 Y3：大瓶上蓋X4：選擇大包包裝 Y4：顯示大包包裝X5：選擇中包包裝 Y5：顯示中包包裝X6：選擇小包包裝 Y6：顯示小包包裝X7：選擇散裝 Y7：顯示散裝X10：手動復(fù)位 Y10：系統(tǒng)上電顯示Y11：灌裝和上蓋過程顯示 開始上蓋2秒灌裝飲料停頓1s上蓋2秒灌裝飲料停頓1s初始化傳送帶運(yùn)行檢測

39、飲料罐大小大瓶小瓶是否按下啟動按鈕是否到灌裝位置是否按下停止按鈕是否裝滿裝罐和上蓋時是否按下過停止按鈕是否裝滿是否是是是是是否否否否否圖 8 系統(tǒng)流程圖泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文175.1.2 梯形圖5.1.3 初始化程序初始化，啟動時、按下復(fù)位鈕和 7 小時將程序中用到的計數(shù)器置零5.1.4 裝箱選擇程序裝箱選擇生產(chǎn)好的飲料：X4 X5 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文18X6 X7 所對應(yīng)的按鈕 SB4 SB5 SB6 SB7 分別是：大包 中包 小包 散裝等包裝的類型。泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文195.1.5 流水線主控程序生產(chǎn)流水線主控電路的自動控制：系統(tǒng)將開關(guān)設(shè)定為自動操作模式，一經(jīng)啟動，驅(qū)動電機(jī)啟動并一直

40、保持到停止開關(guān)動作或灌裝設(shè)備下的傳感器檢測到一個瓶子時停止；瓶子被裝滿飲料并完成上蓋后，驅(qū)動電機(jī)必須自行啟動，并保持到又檢測到一個瓶子或停止開關(guān)動作；當(dāng)瓶子定位在灌裝設(shè)備下時，停頓 1 秒，灌裝設(shè)備開始工作進(jìn)行灌裝，對于大瓶 8 秒鐘，小瓶則灌裝 5 秒鐘，待灌裝過程完畢再對飲料瓶進(jìn)行上蓋，上蓋時間為 2 秒鐘。當(dāng)系統(tǒng)正在運(yùn)行裝罐時，按下停止按鈕，系統(tǒng)并不會馬上停止，待上蓋工作結(jié)束后，系統(tǒng)最終停止運(yùn)轉(zhuǎn)。泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文205.1.6 閃爍報警程序罐裝和上蓋過程中閃爍報警5.1.7 記數(shù)程序小瓶：40 為一大包，30 為一中包，20 為一小包；大瓶：20 為一大包，15 為一中包 10 為一

41、小包。并且對所裝箱和所生產(chǎn)飲料的數(shù)量進(jìn)行計數(shù)。泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文21泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文225.1.8 數(shù)據(jù)傳送程序設(shè)定 7 小時傳輸一次數(shù)據(jù)，存儲各記數(shù)器中所記數(shù)據(jù)到指定的存儲器中。 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文246 程序的調(diào)試?yán)萌?PLC 編程軟件 GX Developer8.86 進(jìn)行仿真運(yùn)行調(diào)試。6.1 裝箱選擇程序仿真X4、 X5、 X6、 X7 分別對應(yīng)大包 中包 小包和散裝的按鈕，選擇不同的按鈕，控制面板上會顯示出相應(yīng)的包裝。6.2 主控制程序的仿真X0（啟動按鈕）上電后 Y0（繼電器線圈）上電并自鎖，傳送帶運(yùn)行，待X2（行程開關(guān)）上電后，Y0 失電，傳送帶停止，Y1（灌裝電磁閥

42、）上電，加料 5秒鐘后，Y1 失電，停止加料，Y2（上蓋裝置）上電，上蓋時間為 2 秒。泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文25在傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)時，X2、X3(對應(yīng)光電傳感器)同時上電，表示檢測到大瓶，此后灌裝加料過程為 8 秒。泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文26在傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)時，按下停止按鈕（即 X1 上電）系統(tǒng)馬上停止工作。泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文27在灌裝加料和上蓋時按下停止按鈕，系統(tǒng)不會馬上停止工作，而是待灌裝和上蓋工作結(jié)束后，最終停止運(yùn)轉(zhuǎn)。6.3 閃爍報警程序的仿真系統(tǒng)灌裝加料（Y1 上電）和上蓋（Y2 上電）時，發(fā)光二極管報警器（Y11）會閃爍報警。泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文286.4 記數(shù)程序的仿真對于小瓶，每大包可裝

43、40 瓶，并且最后對所裝包數(shù)進(jìn)行記數(shù)。泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文297 結(jié)論與展望本文介紹了 FX2N-32MR PLC 的飲料灌裝生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)的設(shè)計由硬件方面和軟件方面組成。硬件設(shè)計方面，各硬件設(shè)備根據(jù)系統(tǒng)的控制要求進(jìn)行了選型并對 FX2N-32MR PLC 外部電路接線進(jìn)行了設(shè)計；軟件設(shè)計方面概述了軟件設(shè)計的方法，梯形圖根據(jù)要求設(shè)計并對它進(jìn)行仿真調(diào)試。利用 PLC 良好的自動控制性能，飲料罐裝生產(chǎn)過程的無人控制是本文所設(shè)計的飲料灌裝生產(chǎn)流水線的控制系統(tǒng)實現(xiàn)的基本要求。但更加復(fù)雜、準(zhǔn)確、智能的控制要求對于大型的生產(chǎn)流水線來說，該系統(tǒng)就無法滿足。在傳送速率，次品檢測等諸多方面該系統(tǒng)

44、需要作出改進(jìn)。在各種飲料罐裝生產(chǎn)行業(yè)迅猛發(fā)展，基于可編程序控制器的飲料灌裝生產(chǎn)流水線的控制系統(tǒng)為飲料罐裝生產(chǎn)提供了極大地便利。不斷提高的生產(chǎn)社會化水平，使基于 PLC 的飲料灌裝生產(chǎn)流水線的控制系統(tǒng)不僅僅被局限在飲料罐裝生產(chǎn)行業(yè)，而且它在芯片封裝，產(chǎn)品包裝流水線作業(yè)生產(chǎn)方面有著相當(dāng)廣闊的前景市場。泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文308 總結(jié)經(jīng)過了這一段的學(xué)習(xí)和工作，我終于完成了基于 PLC 飲料灌裝流水線的控制系統(tǒng)的設(shè)計的論文。從開始接到設(shè)計任務(wù)到系統(tǒng)的實現(xiàn)，再到論文底稿的完成，每走一步對我來說都是自己對所學(xué)知識的大膽嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學(xué)期間完成的最大的任務(wù)與設(shè)計。在這幾個月時間里，我學(xué)到了很多知識同時也有很多感觸，從對 PLC 控制自動化系統(tǒng)的設(shè)計所需技術(shù)和知識很不了解的狀態(tài)，我開始了獨(dú)立的學(xué)習(xí)和試驗，查看相關(guān)的國內(nèi)外