飲料罐裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計答辯稿課件

1、指導(dǎo)教師： 飲料罐裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計班級： 學(xué)生：學(xué)號： 第1頁，共25頁。 背景：目前，飲料的灌裝生產(chǎn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動化，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，適應(yīng)產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的要求，產(chǎn)品生產(chǎn)正向縮短生產(chǎn)周期、降低成本、提高生產(chǎn)質(zhì)量等方面發(fā)展。因此，飲料廠的自動化灌裝生產(chǎn)線中有越來越多的機(jī)器在使用先進(jìn)的灌裝技術(shù)來提高機(jī)器的自動化控制水平和生產(chǎn)效率。而應(yīng)用PLC完成電氣部分的控制是工業(yè)自動化電氣控制的主要發(fā)展方向。系統(tǒng)的背景及意義第2頁，共25頁。本次課設(shè)主要介紹全自動灌裝生產(chǎn)線的基本概念。全自動灌裝生產(chǎn)線是由數(shù)臺自動灌裝機(jī)械經(jīng)控制系統(tǒng)進(jìn)行集中控制，并按照各自功能完成一定任務(wù)進(jìn)行順序、連續(xù)生

2、產(chǎn)的一系列機(jī)器組合。通過對飲料罐裝自動控制的介紹，使我們對灌裝這個行業(yè)有了更深的了解，也對自動化這個名詞有了進(jìn)一步的了解。飲料罐裝自動我國的相對于西方發(fā)達(dá)國家來講還有很大的差距。設(shè)備陳舊，技術(shù)落后，成為阻礙我們灌裝行業(yè)發(fā)展的一個嚴(yán)重問題。鑒于這些問題，我國企業(yè)不斷發(fā)展自身的實(shí)力，逐步朝著生產(chǎn)高速化、設(shè)備結(jié)構(gòu)合理化、設(shè)備的多功能化、設(shè)備的綠色化、控制的智能化等方向發(fā)展。推出適合自己需求的產(chǎn)品來。本次課設(shè)就是朝著這個方向進(jìn)行研究和設(shè)計。第3頁，共25頁。本文主要講的是飲料灌裝生產(chǎn)流水線的PLC控制，剛開始介紹的是灌裝線與灌裝封蓋機(jī)，之后又穿插了一些關(guān)于PLC的相關(guān)知識，接著以飲料灌裝流水線為例采用

3、三菱公司的FX系列可編程序控制器，介紹了PLC在飲料罐裝流水線中的應(yīng)用，給出了詳細(xì)的程序設(shè)計過程。利用PLC控制飲料灌裝生產(chǎn)過程，可有效提高灌裝生產(chǎn)效率，并顯著增加控制系統(tǒng)的可靠性和柔性。第4頁，共25頁。隨著工業(yè)自動化水平日益提高，眾多工業(yè)企業(yè)均面臨著傳統(tǒng)生產(chǎn)線的改造和重新設(shè)計問題。PLC（可編程序控制器）是以微處理器為核心的工業(yè)控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)與計算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，近年來在工業(yè)自動控制、機(jī)電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到普遍應(yīng)用。作為通用工業(yè)控制計算機(jī)，其實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲邏輯的飛躍，在世界工業(yè)控制中發(fā)揮著越來越重要的作用。鑒于此，設(shè)計者利用PLC的功能和

4、特點(diǎn)設(shè)計出了一款飲料灌裝生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)。采用PLC控制飲料灌裝生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了飲料生產(chǎn)線的自動化、智能化。對勞動生產(chǎn)率的提高，飲料質(zhì)量和產(chǎn)量的提高具有深遠(yuǎn)的意義。第5頁，共25頁。論文的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容第一部分 灌裝線與灌裝封蓋機(jī)介紹第二部分 PLC的介紹第三部分 系統(tǒng)總體設(shè)計第四部分 系統(tǒng)軟件設(shè)計第6頁，共25頁。課程研究方法1控制系統(tǒng)總體設(shè)計：分析控制要求，了解系統(tǒng)工作過程2控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計：PLC型號、相關(guān)元器件的選擇以及外部接口電路的設(shè)計3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計：繪制順序功能圖和梯形圖4系統(tǒng)調(diào)試：利用仿真軟件對所編制的程序進(jìn)行軟件調(diào)試第7頁，共25頁。PLC的功能1.邏輯控制2.定時控制3

5、.計數(shù)控制4.步進(jìn)(順序)控制、5.PID控制、數(shù)據(jù)控制6.PLC具有數(shù)據(jù)處理能力、通信和聯(lián)網(wǎng)7.其它PLC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如定位控制模塊、CRT 模塊。第8頁，共25頁。PLC的特點(diǎn)1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)2.功能完善，適用性強(qiáng)3.易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎4.系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造五.體積小，重量輕，能耗低第9頁，共25頁。PLC的應(yīng)用范圍目前，在國內(nèi)外PLC已廣泛應(yīng)用冶金、石油、化工、建材、機(jī)械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)，隨著PLC性能價格比的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。從應(yīng)用類型看，PLC的應(yīng)用大致可歸

6、納為以下幾個方面：1.開關(guān)量邏輯控制 2.運(yùn)動控制 3.過程控制 4.數(shù)據(jù)處理第10頁，共25頁。PLC和繼電接觸式控制系統(tǒng)比較飲料罐裝生產(chǎn)流水線設(shè)計,理論上講,可以采用繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。但是在實(shí)際工程中往往選擇一種經(jīng)濟(jì)、有效、性能優(yōu)越的控制方案，考慮到上述幾點(diǎn)，PLC較適合飲料灌裝生產(chǎn)流水線。PLC與繼電器-接觸器相比較：繼電器-接觸器控制系統(tǒng)自上世紀(jì)二十年代問世以來，一直是機(jī)電控制的主流。由于它的結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格低廉，所以使用廣泛。它的缺點(diǎn)是動作速度慢，可靠性差，采用微電腦技術(shù)的可編程順序控制器的出現(xiàn)，使得繼電接觸式控制系統(tǒng)更加遜色。PLC等取代繼電接

7、觸式控制邏輯。第11頁，共25頁。PLC和繼電接觸式控制系統(tǒng)比較控制邏輯繼電接觸式控制系統(tǒng)采用硬接線邏輯，它利用繼電器等的觸點(diǎn)串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)，利用時間繼電器的延時動作等組合或控制邏輯，連線復(fù)雜、體積大、功耗也大。當(dāng)一個電氣控制系統(tǒng)研制完后，要想再做修改都要隨著現(xiàn)場接線的改動而改動。特別是想要能夠增加一些邏輯時就更加困難了，這都是硬接線的緣故。所以，繼電接觸式控制系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性較差?？删幊炭刂破鞑捎么鎯壿?。它除了輸入端和輸出端要與現(xiàn)場連線以外，而控制邏輯是以程序的方式存儲在PLC的內(nèi)存當(dāng)中。若控制邏輯復(fù)雜時，則程序會長一些，輸入輸出的連線并不多。若需要對控制邏輯進(jìn)行修改時，只要修改程

8、序就行了，而輸入輸出的連接線改動不多，并且也容易改動，因此，PLC的靈活性和擴(kuò)展性強(qiáng)。而且PLC是由中大規(guī)模集成電路組裝成的，因此，功耗小，體積小。第12頁，共25頁。PLC和繼電接觸式控制系統(tǒng)比較控制速度繼電器接觸式控制系統(tǒng)的控制邏輯是依靠觸點(diǎn)的動作來實(shí)現(xiàn)的，工作頻率低。觸點(diǎn)的開閉動作一般是幾十毫秒數(shù)量級。而且使用的繼電器越多，反映的速度越慢，還是容易出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動和觸點(diǎn)拉弧問題。而可編程控制器是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制的，速度相當(dāng)快。通常，一條用戶指令的執(zhí)行時間在微秒數(shù)量級。由于PLC內(nèi)部有嚴(yán)格的同步，不會出現(xiàn)抖動問題，更不會出現(xiàn)觸點(diǎn)拉弧問題第13頁，共25頁。PLC和繼電接觸式控

9、制系統(tǒng)比較定時控制和計數(shù)控制：繼電接觸式控制系統(tǒng)利用時間繼電器的延時動作來進(jìn)行定時控制。用時間繼電器實(shí)現(xiàn)定時控制會出現(xiàn)定時的精度不高，定時時間易受環(huán)境的濕度和溫度變化而影響。有些特殊的時間繼電器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)不方便。而可編程程序控制器使用半導(dǎo)體集成電路作為定時器，時基脈沖由晶體震蕩器產(chǎn)生，精度相當(dāng)高并且定時時間長，定時范圍廣。第14頁，共25頁。PLC和繼電接觸式控制系統(tǒng)比較可靠性和維護(hù)性。繼電接觸式控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線也多。觸點(diǎn)在開閉時會受到電弧的損壞，壽命短。因而可靠性和維護(hù)性差。PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，可靠性高。PLC還配備了自檢和監(jiān)

10、控功能，能自診斷出自身的故障，并隨時顯示給操作人員，還能動態(tài)的監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)提供了方便?？傊琍LC在性能上均優(yōu)越于繼電接觸式控制系統(tǒng)，特別是控制速度快，可靠性高，設(shè)計施工周期短，調(diào)試方便，控制邏輯修改方便，而且體積小，功耗低。第15頁，共25頁。飲料灌裝生產(chǎn)流水線模型飲料灌裝自動化生產(chǎn)線示意圖如圖2-1所示。生產(chǎn)線由瓶子傳送帶和灌裝液罐組成，傳送帶由電動機(jī)驅(qū)動，可以正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。電動機(jī)正轉(zhuǎn)時，傳送的瓶子依次通過空瓶、灌裝、滿瓶和終端4個工位。第16頁，共25頁。第17頁，共25頁。系統(tǒng)總體設(shè)計系統(tǒng)通過開關(guān)設(shè)定為自動操作模式，一旦啟動，則傳送帶的驅(qū)動電機(jī)啟動并一直保持到

11、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；瓶子裝滿飲料后，傳送帶驅(qū)動電機(jī)必須自動啟動，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1s，灌裝設(shè)備開始工作，灌裝過程為5s，灌裝過程應(yīng)有報警顯示，5s后停止并不再顯示報警。用兩個傳感器和兩個計數(shù)器檢測并記錄空瓶數(shù)和滿瓶數(shù)，一旦系統(tǒng)啟動，便開始記錄空、滿瓶數(shù)，且空、滿瓶數(shù)都最多不超過99999999瓶?？梢允謩訉τ嫈?shù)值清零。設(shè)計中包括PLC硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計及PLC控制軟件部分設(shè)計。硬件設(shè)計部分：1.分析控制要求，選擇對應(yīng)的傳感器及其他部件、并寫出I/O量功能表；2.選擇合適的PLC機(jī)型；3.畫出PLC控制系統(tǒng)外部接線

12、圖。軟件設(shè)計部分：1.控制系統(tǒng)順序功能圖；2.梯形圖；3.指令表。第18頁，共25頁。第19頁，共25頁。傳感器的選擇信息處理技術(shù)取得的進(jìn)展以及微處理器和計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，都需要在傳感器的開發(fā)方面有相應(yīng)的進(jìn)展。微處理器現(xiàn)在已經(jīng)在測量和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著這些系統(tǒng)能力的增強(qiáng)，作為信息采集系統(tǒng)的前端單元，傳感器的作用越來越重要。傳感器已成為自動化系統(tǒng)和機(jī)器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件。廣義地說，傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號的器件。它獲得的信息正確與否，直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的精度。外界進(jìn)入傳感器的信號幅度是很小的，而且混雜有干擾信號和噪聲。為了方便隨后的處理過程，首先要將

13、信號整形成具有最佳特性的波形，有時還需要將信號線性化，該工作是由放大器、濾波器以及其他一些模擬電路完成的。成形后的信號隨后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并輸入到微處理器。第20頁，共25頁。針對本課題的控制要求，在設(shè)計中我選用了兩個光電傳感器（空瓶檢測傳感器、灌裝設(shè)備處的有無瓶傳感器）用來檢測有無飲料瓶通過；還選用了一個重量傳感器來檢測瓶子是否灌滿。第21頁，共25頁。PLC的選型PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。整體型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇

14、的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。第22頁，共25頁。輸入輸出模塊的選擇輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸入模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時間長等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本?？紤]是否需要擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程I/O機(jī)架等。第23頁，共25頁。電源的選擇PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時同時引進(jìn)PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計選用220VAC電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果PLC本身帶有可使