基于PLC的飲料灌裝生產(chǎn)線畢業(yè)設(shè)計論文

1、-. z.引言目前，飲料的灌裝生產(chǎn)已經(jīng)實現(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、降低本錢、提高生產(chǎn)質(zhì)量等方面開展。因此，飲料廠的自動化灌裝生產(chǎn)線中有越來越多的機器在使用先進的灌裝技術(shù)來提高機器的自動化控制水平和生產(chǎn)效率。而應(yīng)用PLC完成電氣局部的控制是工業(yè)自動化電氣控制的主要開展方向。本次課設(shè)主要介紹全自動灌裝生產(chǎn)線的根本概念。全自動灌裝生產(chǎn)線是由數(shù)臺自動灌裝機械經(jīng)控制系統(tǒng)進展集中控制，并按照各自功能完成一定任務(wù)進展順序、連續(xù)生產(chǎn)的一系列機器組合。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一

2、步的了解。我國的飲料罐裝自動化相對于西方興旺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)開展的一個嚴重問題。鑒于這些問題，我國企業(yè)不斷開展自身的實力，逐步朝著生產(chǎn)高速化、設(shè)備構(gòu)造合理化、設(shè)備的多功能化、設(shè)備的綠色化、控制的智能化等方向開展。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展研究和設(shè)計。第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計任務(wù)2.1系統(tǒng)控制要求1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)動電機啟動并一直保持到停頓開關(guān)動作或罐裝設(shè)備下的傳感器檢測到一個瓶子時停頓；瓶子裝滿飲料后，傳送帶驅(qū)動電機必須自動啟動，并保持到又檢測到一個瓶子或停頓開關(guān)動作。 2當(dāng)瓶子定位在

3、罐裝設(shè)備下時，停頓1秒，罐裝設(shè)備開場工作，罐裝過程為5秒鐘，罐裝過程應(yīng)有報警顯示，5秒后停頓并不再顯示報警。 3用兩個傳感器和假設(shè)干個加法器檢測并記錄空瓶數(shù)和滿瓶數(shù)，一旦系統(tǒng)啟動，必須記錄空瓶數(shù)和滿瓶數(shù)，設(shè)最多不超過99999999瓶。 4可以手動對計數(shù)值清零復(fù)位。系統(tǒng)示意圖如圖2.1所示圖2.1系統(tǒng)示意圖2.2系統(tǒng)工藝流程灌裝流水線的工作原理灌裝流水線的運作是通過電機和灌裝設(shè)備來控制的。通過電動機的運轉(zhuǎn)，帶動流水線的工作。而灌裝設(shè)備的開通則直接控制飲料流通。通過輸入PLC軟件程序，直接控制電機及流水線的運作.。流水線由傳感器實時監(jiān)控，由PLC控制，控制準確。自動化程度高。工藝流程圖工藝流程圖

4、如圖2.2所示圖2.2 工藝流程圖2.3確定設(shè)計方案系統(tǒng)總體框圖如圖2.3所示圖2.3系統(tǒng)總體框圖第3章控制系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1PLC選型及擴展PLC的構(gòu)造與特點：PLC的構(gòu)成從構(gòu)造上分，PLC分為固定式和組合式模塊式兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置PLC編程簡介體積小，重量輕，耗電少，接線編程簡單，可靠性高，反響快，可靠性高，抗干擾能力強。PLC一經(jīng)出現(xiàn)，由于它的自動化程度高、可靠性好，設(shè)計周期短、使用和維護簡便等獨特優(yōu)點，備

5、受國內(nèi)外工程技術(shù)人員和工商業(yè)界廠商的極大關(guān)注，生產(chǎn)PLC的廠商孕起。隨著大規(guī)模集成電路和微處理器在PLC中應(yīng)用，是PLC的功能不斷得到增強，產(chǎn)品得到飛速開展。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。PLC常用程序設(shè)計語言簡介方源 可編程控制器程序設(shè)計語言。在可編程控制器中有多種程序設(shè)計語言，它們是梯形圖語言、布爾助記符語言、功能表圖語言、功能模塊圖語言及構(gòu)造化語句描述語言等。其中梯形圖程序設(shè)計語言是用梯形圖的圖形符號來描述程序的一種程序設(shè)計語言。是最廣泛，最受歡送的一種編程語言。它采用梯形圖程序設(shè)計語言，程序采用梯

6、形圖的形式描述。這種程序設(shè)計語言采用因果關(guān)系來描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果。每個梯級是一個因果關(guān)系。在梯級中，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件發(fā)生的結(jié)果表示在后面。梯形圖程序設(shè)計語言是最常用的一種程序設(shè)計語言。它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過程控制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對繼電器邏輯控制技術(shù)較為熟悉，因此，由這種邏輯控制技術(shù)開展而來的梯形圖受到了歡送，并得到了廣泛的應(yīng)用。選擇PLC在PLC系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴大其功能的原則選

7、型所選用PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和*圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計要求，選擇PLC型號為西門子200，型號為cpu224。I/O分配表I/O分配表如圖3.1所示表3.1 I/O分配表名稱代碼地址編碼限位罐裝KF3I0.0檢測液位

8、KF4I0.1限位檢測KF5I0.2總停SF0I1.0自動控制SF1I1.1手動M1SF2I1.2手動M2SF3I1.3手動罐裝SF4I1.4手動推動SF5I1.5變頻器1正轉(zhuǎn)KF3Q0.0變頻器2正轉(zhuǎn)KF4Q0.1報警指示燈PG3Q0.2罐飲料開關(guān)QA2Q0.3壓蓋電磁閥MB1Q0.4推瓶電磁閥MB2Q0.6變頻器1輸入模擬量R1AIW0變頻器2輸入模擬量R2AIW23.1.4 PLC主機及擴展模塊圖PLC主機及擴展模塊圖如圖3.1所示圖3.1 主機及擴展模塊圖3.2 電機及驅(qū)動控制電機的選擇1根據(jù)電源電壓、使用條件、拖動對象選擇電動機.要求電源電壓與電動機額定電壓相符.2 根據(jù)安裝地點和工

9、作環(huán)境選擇不同型式的電動機.3 根據(jù)容量、效率、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)數(shù)選擇電動機.如果容量選擇過小,就會發(fā)生長期過載現(xiàn)象,影響電動機壽命甚至燒毀.如果容量選擇過大,電動機的輸出機械功率不能充分利用,功率因數(shù)也不高.因為電動機的功率因數(shù)和效率是隨著負載變化的.根據(jù)傳送帶的功率及課程要求，兩臺電機選擇型號為Y100L2-4。電機主線路圖電機主接線圖如圖3.2所示圖3.2電機主線路圖3.3檢測元件選型傳感器的選擇信息處理技術(shù)取得的進展以及微處理器和計算機技術(shù)的高速開展，都需要在傳感器的開發(fā)方面有相應(yīng)的進展。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，作為信息采集系統(tǒng)的前端單元

10、，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，首先要將信號整形成具有最正確特性的波形，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。灌裝監(jiān)測傳感器選型為：光電傳感器熱型紅外線傳感器針對本課題的控制要求，在設(shè)計中我選用了三個光電傳感器，一個用來檢測飲料瓶是否裝滿；一個是檢測液位高度；還選用了

11、一個定位傳感器來檢測瓶子是否到達指定位置。型號為P*O。3.4低壓電器選型電磁閥的選擇一、平安性：1電磁閥公稱壓力應(yīng)超過管內(nèi)最高工作壓力。2爆炸性環(huán)境必須選用相應(yīng)防爆等級產(chǎn)品，露天安裝或粉塵多場合應(yīng)選用防水，防塵品種。3腐蝕性介質(zhì)宜選用塑料王電磁閥和全不銹鋼，對于強腐蝕的介質(zhì)必須選用隔離式密封構(gòu)造電磁閥。二、適用性1介質(zhì)特性2電源條件3環(huán)境條件4管道參數(shù)三、可靠性：1有些場合動作次數(shù)并不多，但對可靠性要求卻很高，如消防、緊急保護等，切不可掉以輕心，要選擇優(yōu)質(zhì)可靠的產(chǎn)品。2工作壽命：壽命試驗及動作可靠性的檢測工程，我國不列入出廠試驗工程，屬于型式試驗。為確保您購置的電磁閥的質(zhì)量及壽命應(yīng)選正規(guī)廠家

12、的名牌產(chǎn)品。四、經(jīng)濟性:經(jīng)濟性是電磁閥的選用尺度之一，但必須是在平安、適用、可靠的根底上的選擇。 經(jīng)濟性不單是產(chǎn)品的售價，更要優(yōu)先考慮其功能和質(zhì)量以及安裝維修及其它附件所需用費用?？傊?，經(jīng)濟性不單指產(chǎn)品價格，而是產(chǎn)品的性能價格比、綜合費用價格比。根據(jù)課程要求應(yīng)選擇型號為D971*-16 DN4。接觸器的選擇接觸器是電氣控制系統(tǒng)中不可缺少的執(zhí)行器件，而三相籠型電動機也是最常用的被控對象。對額定電壓為AC380V的接觸器，如果知道了電動機的額定功率，則相應(yīng)的接觸器其額定電流的數(shù)值也根本可以確定。對于5.5KW以下的電動機，其控制接觸器的額定電流約為電動機額定功率數(shù)值的2-3倍；對于5.5-11KW

13、的電動機，其控制接觸器的額定電流約為電動機額定功率數(shù)值的2倍；對于11KW以上的電動機，其控制接觸器的額定電流約為電動機額定功率數(shù)值的1.5-2倍。記住這些關(guān)系，對在實際工作中迅速選擇接觸器非常有用。根據(jù)課程要求應(yīng)選擇型號為3TF52。中間繼電器在控制電路中起信號傳遞、放大、切換和邏輯控制等作用 的繼電器稱作中間繼電器。它屬于電壓繼電器的一種，主要用于擴展觸點數(shù)量，實現(xiàn)邏輯控制。中間繼電器的主要技術(shù)參數(shù)有額定電壓、額定電流、觸點對數(shù)以及線圈電壓種類和規(guī)格等。選用時要注意線圈的電壓種類和電壓等級應(yīng)與控制電路一致。另外要根據(jù)控制電路的需求來確定觸點的形式和數(shù)量。當(dāng)一個中間繼電器的觸點數(shù)量不夠用時，

14、也可以將兩個中間繼電器并聯(lián)使用，以增加觸點的數(shù)量。根據(jù)課程要求應(yīng)選擇型號為3TH-80-22。 變頻器的選擇 變頻器的電路主要由主電路、控制電路和保護電路等局部組成。主電路用來完成電能的轉(zhuǎn)換；控制電路用以實現(xiàn)信息的采集、變換、傳送和系統(tǒng)控制；保護電路除用于防止因變頻器主電路的過壓、過流引起的損壞外，還應(yīng)保護異步電動機及傳動系統(tǒng)。根據(jù)交流環(huán)節(jié)分類1交-直-交變頻器2交-交變頻器二、根據(jù)直流電路的濾波方式分類1電壓型變頻器在逆變器前使用大容量的電容來緩沖無功功率，直流電壓波形比擬平直，相當(dāng)于一個理想情況下內(nèi)阻抗為零的恒壓源，在不超過容量的情況下，可以驅(qū)動多臺電動機并聯(lián)運行。2電流型變頻器在逆變器前

15、使用大電感來緩沖無功功率，直流電流波形比擬平直；對負載電動機來說，變頻器是一個交流電源。其突出特點是容易實現(xiàn)回饋制動，調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)快。適用于頻繁急加速減速的大容量電動機的傳動系統(tǒng)。元件明細表如圖3.2所示表3.2元件明細表文字符號元件型號數(shù)量MA1傳送帶電機Y100L2-41MA2不合格的傳送帶Y100L2-41SF0SF5按鈕LAY25KF3KF4光電傳感器P*O3KF1KF2中間繼電器3TH-80-222MB1MB2電磁閥D971*-16 DN42QA0接觸器3TF523PG1PG3指示燈3SB3R1R2精細滑動變阻器S20K3852EM235模擬量擴展模塊EM2352PLC224邏輯

16、控制器PLC2241FU熔斷器RN14MM440變頻器MM4402DC24V直流電源6EP1331-2BA0013.6人機接口設(shè)計觸摸屏如圖3.3所示圖3.3 觸摸屏西門子觸摸屏6AV6648-0AE11-3A*0，人機界面已經(jīng)成為大多數(shù)工業(yè)機械設(shè)備的標準配置，尤其在使用小型機器和簡單應(yīng)用時，本錢成了關(guān)鍵因素。西門子順應(yīng)市場需求推出的全新 SIMATIC 精彩系列面板Smart Line ，準確地提供了人機界面的標準功能，經(jīng)濟實用，具備高性價比。精彩系列面板采用全新的高分辨率16:9 寬屏液晶顯示和先進的工業(yè)設(shè)計理念，使設(shè)備操作變得更加輕松快捷，引領(lǐng)人機界面產(chǎn)品進入高分辨率寬屏顯示時代。第4章

17、 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 控制程序流程圖控制程序流程圖如圖4.1所示圖4.1控制程序流程圖 首先,恩下自動控制，傳送帶M1電機啟動，飲料瓶在傳送帶上運行。當(dāng)?shù)竭_灌料機下時，停頓運動。進展灌料壓蓋5秒鐘，按時間原則。灌料完畢后，M1電機啟動，繼續(xù)運行不影響下一個瓶子進展灌裝。瓶子運動到一定位置有一測液位傳感器，檢測是否，瓶子己經(jīng)滿了，如沒有滿，有一推瓶的機械手臂，推動瓶子。并且，電機M2啟動，運行5秒，瓶到達指定位置，如在這期間有另一瓶進入。則在瓶開場進時，在記5秒。4.2 控制程序設(shè)計 內(nèi)部軟原件 根據(jù)課題要求，進展基于PLC控制理論的飲料罐裝生產(chǎn)線的設(shè)計，查閱有關(guān)資料及相關(guān)期刊，得到以下結(jié)論

18、：定時器T37為灌料時間4秒鐘的內(nèi)部控制軟元件；T38為蓋蓋時間一秒種的內(nèi)部控制軟元件；中間繼電器M0.0為程序的輔助控制軟元件；T39為不合格瓶的控制軟元件，用來控制從傳送帶1到傳送帶2的推注器；定時器T40為M2電機運行的時間的內(nèi)部控制軟元件。、內(nèi)部軟元件表如圖4.1所示表4.1內(nèi)部軟元件圖T37罐料時間T38壓蓋時間M0.0罐料輔助T39推瓶時間T40M2運行時間4.3 顯示操作界面設(shè)計界面設(shè)計如圖4.2所示圖4.2界面設(shè)計界面設(shè)計如圖4.3所示圖4.3 界面設(shè)計4.4程序調(diào)試程序調(diào)試如圖4.3所示圖4.3 程序調(diào)試調(diào)試時，出現(xiàn)了很多。由于，使用了過多的置位，復(fù)位。使程序出現(xiàn)了很多的問題

19、。經(jīng)過，很屢次的調(diào)試，最后終于成功了。完畢語通過飲料罐裝生產(chǎn)流水線的PLC控制課程設(shè)計，掌握了什么是設(shè)計程序，設(shè)計程序工作的根本過程及各階段的根本任務(wù)，熟悉了設(shè)計程序總流程圖，加深了對PLC的理解，課本上的知識是機械的，外表的。通過努力把課本上的知識變得更為簡單，對實驗原理也有了更深的理解。通過這次課程設(shè)計，使我更為全面系統(tǒng)的了解PLC的構(gòu)造原理和根本實現(xiàn)方法。把課本的知識變得生動有趣，激發(fā)了我們的學(xué)習(xí)積極性，把學(xué)過的原理加以強化，把課堂學(xué)過的知識通過自己的設(shè)計程序表示出來，加深了對理論知識的理解?，F(xiàn)在通過自己的動對手做實驗，理論聯(lián)系實際，對PLC的原理認識更加深刻。在調(diào)試時應(yīng)該很仔細，一步一步調(diào)試下來，做到準確無誤。這次課程使我意識到只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，才是正確的，才能提高自己動手能力和獨立思索的能力。同時對于PLC開展歷史、強大功能、應(yīng)用領(lǐng)域以及系列知識得到了大概的系統(tǒng)認識，也初步了解了一個完整的系統(tǒng)開發(fā)的過程，本次課設(shè)，對于創(chuàng)造思維的培養(yǎng)和開發(fā)能力的鍛煉有很大的幫助。