飲料灌裝生產流水線的PLC控制.doc

湖北文理學院課程設計報告理工學院課程設計成績評定表課程名稱機電傳動控制課程設計專 業(yè)機械設計制造及其自動化班級機械1011學號10316105姓名成歡項目評 分 標 準評分等級得分折合分平時成績（占20）1、態(tài)度端正，設計認真，能積極動腦思考，學習紀律好。優(yōu)秀2、態(tài)度較好，較認真，能積極動腦思考，學習紀律較好。良好3、態(tài)度一般，較認真，能動腦思考，學習紀律尚可。中等4、態(tài)度較差，不夠認真，不善于動腦思考，紀律較差。及格5、態(tài)度差，不認真，不動腦思考，紀律差。不及格圖紙質量成績（占40）1、繪圖規(guī)范，標注準確，結構合理，圖紙質量高。優(yōu)秀2、繪圖較規(guī)范、準確，結構基本合理，圖紙質量較好。良好3、繪圖基本規(guī)范、準確，結構基本合理，圖紙質量一般。中等4、繪圖不夠規(guī)范、準確，結構不太合理，圖紙質量較差。及格5、繪圖不規(guī)范、準確，結構不合理，圖紙質量差。不及格設計報告成績（占40）1、撰寫規(guī)范，設計思路清晰，知識運用熟練，設計詳盡細致，按要求完成設計。優(yōu)秀2、撰寫較規(guī)范，設計思路基本清晰，知識運用較熟練，設計基本詳盡細致，能按要求完成設計。良好3、撰寫基本規(guī)范，設計思路基本清晰，知識運用尚可，設計基本詳盡細致，能按要求完成設計。中等4、撰寫不夠規(guī)范，設計思路不太清晰，知識運用一般，設計不夠詳盡細致，基本完成設計。及格5、撰寫不規(guī)范，設計思路不夠清晰，知識運用不熟練，設計不夠詳盡細致，沒有按要求完成設計。不及格總評成績指導教師： 2013 年 1 月 5 日注：1、該成績評定表每位學生一份，并裝訂在設計說明書的封面之后；2、指導教師按課程設計大綱的要求評定成績，并給出總評成績；3、折合分：優(yōu)秀90分,良好80-89分,中等70-79分,及格60-69分,不及格60分。湖 北 文 理 學 院 理 工 學 院機電傳動控制課程設計報告題 目飲料灌裝生產流水線的PLC控制專 業(yè)機械設計制造及其自動化班 級機械1011姓 名成歡學 號10316105指導教師職 稱吳何畏 教授2013年 1 月 5 日摘要隨著工業(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)生產線的改造和重新設計問題。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)與計算機技術結合在一起，近年來在工業(yè)自動控制、機電一體化、改造傳統(tǒng)產業(yè)等方面得到普遍應用。作為通用工業(yè)控制計算機，其實現(xiàn)了工業(yè)控制領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，設計者利用PLC的功能和特點設計出了一款飲料灌裝生產流水線控制系統(tǒng)。文章剛開始介紹了PLC的相關知識，接著以飲料灌裝流水線為例，采用三菱公司的FX系列可編程序控制器，介紹了PLC 在飲料灌裝流水線中的應用，給出了詳細的程序設計過程。利用PLC控制飲料灌裝生產過程，可有效提高灌裝生產效率，并顯著增加控制系統(tǒng)的可靠性和柔性。關鍵詞：可編程控制器、灌裝流水線、順序功能圖、梯形圖目 錄前言5第一章 可編程控制器概述61.1 PLC的定義61.2 PLC的基本組成61.3 PLC的功能與特點71.4 PLC的應用范圍7第二章 系統(tǒng)總體設計8第三章 系統(tǒng)硬件設計93.1 傳感器的選擇93.2 PLC控制部分硬件設計93.2.1 PLC控制系統(tǒng)外部接線圖103.2.2 輸入/輸出接口（I/O）功能量10第四章 系統(tǒng)軟件設計114.1 控制系統(tǒng)順序功能圖114.2 梯形圖124.3 指令表13第五章 程序調試14第六章 課程設計總結17參考文獻18前言一、 課題研究背景幾年前，自動化技術只占包裝機械設計的30%，現(xiàn)在已占50%以上，大量使用了微電腦設計和機電一體化控制。提高包裝機械自動化程度的目的：一是為了提高生產率；二是為了提高設備的柔性和靈活性；三是為了提高包裝機械完成復雜動作的能力。本設計的目的是利用“PLC”技術平臺自主開發(fā)創(chuàng)新，將機械、電氣和自動化等技術有機結合，構成實用的飲料灌裝生產線模擬系統(tǒng)。二、課題研究內容根據(jù)控制要求，以PLC為核心，設計出一款飲料灌裝生產流水線控制系統(tǒng)。設計系統(tǒng)控制硬件電路，編寫軟件控制系統(tǒng)程序，實現(xiàn)對飲料灌裝流水線的控制。三、課程研究意義本設計鑒于PLC可靠性高、耐惡劣環(huán)境能力強、使用極為方便三大特點，利用PLC技術平臺自主開發(fā)創(chuàng)新，將機械、電氣和自動化等技術有機結合，將傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制功能用PLC代替，構成實用、可靠的飲料灌裝生產線PLC控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)可節(jié)省大量電氣元件、導線與原材料,縮短設計周期,減少維修工作量, 提高加工零件合格率,進而提高生產率，而且程序調整修改方便靈活，提高了設備的柔性和靈活性。具有整體技術經(jīng)濟效益。四、課題研究方法步驟如下：1.控制系統(tǒng)總體設計：分析控制要求，了解系統(tǒng)工作過程。2.控制系統(tǒng)硬件的設計：PLC型號、相關元器件的選擇以及外部接口電路的設計。3.控制系統(tǒng)軟件設計：繪制順序功能圖和梯形圖4.系統(tǒng)調試：利用仿真軟件對所編制的程序進行軟件調試。第一章 可編程控制器概述1.1 PLC的定義可編程控制器，簡稱PLC（Programmable logic Controller）,是指以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計?！本唧w一款FX2N系列PLC實物如下圖:圖1-1 FX2N系列PLC實物圖1.2 PLC的基本組成PLC的基本組成可歸為四大部件：1中央處理單元（CPU板）控制器的核心；2. 輸入部件連接現(xiàn)場設備與CPU之間的接口電路；3. 輸出部件送出PLC運算后得出的控制信息；4. 電源部件為PLC內部電路提供能源。另外，還必須有編程器將用戶程序寫進規(guī)定的存儲器內。PLC的基本組成框圖如圖1-2所示：圖1-2 PLC的基本組成框圖1.3 PLC的功能與特點功能：1.邏輯控制2.定時控制3.計數(shù)控制4.步進(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。特點：1.可靠性高，抗干擾能力強2.功能完善，適用性強3.易學易用，深受工程技術人員歡迎4.系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造五.體積小，重量輕，能耗低1.4 PLC的應用范圍目前，在國內外PLC已廣泛應用冶金、石油、化工、建材、機械制造、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，其應用領域不斷擴大。從應用類型看，PLC的應用大致可歸納為以下幾個方面：1.開關量邏輯控制 2.運動控制 3.過程控制 4.數(shù)據(jù)處理第二章 系統(tǒng)總體設計 系統(tǒng)通過開關設定為自動操作模式，一旦啟動，則傳送帶的驅動電機啟動并一直保持到停止開關動作或灌裝設備下的傳感器檢測到一個瓶子時停止；瓶子裝滿飲料后，傳送帶驅動電機必須自動啟動，并保持到又檢測到一個瓶子或停止開關動作。當瓶子定位在灌裝設備下時，停頓1s，灌裝設備開始工作，灌裝過程為5s，灌裝過程應有報警顯示，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。設計中包括PLC硬件結構設計及PLC控制軟件部分設計。硬件設計部分：1.分析控制要求，選擇對應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機型；3.畫出PLC控制系統(tǒng)外部接線圖。軟件設計部分：1.控制系統(tǒng)順序功能圖；2.梯形圖；3.指令表。灌裝流水線示意圖如下：第三章 系統(tǒng)硬件設計3.1 傳感器的選擇信息處理技術取得的進展以及微處理器和計算機技術的高速發(fā)展，都需要在傳感器的開發(fā)方面有相應的進展。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，傳感器的作用越來越重要。傳感器已成為自動化系統(tǒng)和機器人技術中的關鍵部件。廣義地說，傳感器是一種能把物理量或化學量轉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換成數(shù)字信號，并輸入到微處理器。傳感器的組成如圖2-2所示：敏感元件轉換元件接口電路輔助電源電信號非物理量圖2-2 傳感器組成針對本課題的控制要求，在設計中我選用了兩個光電傳感器（空瓶檢測傳感器、灌裝設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。3.2 PLC控制部分硬件設計分析對象的控制要求，確定輸入/輸出接口（I/O）數(shù)量，選擇適合的PLC機型及外設，完成PLC硬件結構配置，并繪制PLC控制電路硬件接線圖，編制I/O接口功能表。3.2.1 PLC控制系統(tǒng)外部接線圖如圖4-2所示：圖4-2 飲料罐裝流水線控制系統(tǒng)的PLC控制電路硬件接線圖3.2.2 輸入/輸出接口（I/O）功能量如下表4-1、4-2所示： 表4-1 飲料罐裝生產流水線控制系統(tǒng)的PLC輸入接口功能表序號工位名稱文字符號輸入口1起動按鈕SB1X0002停止按鈕SB2X0013空瓶檢測傳感器開關信號P0X0024瓶子檢測傳感器開關信號P1X0035滿瓶檢測傳感器開關信號P2X0046空瓶計數(shù)器手動復位開關SB3X0057滿瓶計數(shù)器手動復位開關SB4X006表4-2 飲料罐裝生產流水線控制系統(tǒng)的PLC輸出接口功能表序號工位名稱文字符號輸入口1電機驅動傳送帶工作KM1Y0002灌裝設備工作KM2Y0013灌裝過程報警顯示燈L0Y002根據(jù)確定后的輸入/輸出接口（I/O）數(shù)量，本設計選擇的PLC機型為FX2N-16MR-001。第四章 系統(tǒng)軟件設計根據(jù)控制要求，建立飲料罐裝生產流水線PLC控制系統(tǒng)的順序功能圖，表達出各控制對象的動作順序，并畫出梯形圖，寫出指令表。4.1 控制系統(tǒng)順序功能圖順序功能圖如4-1圖所示：圖4-1 飲料罐裝流水線控制系統(tǒng)的順序功能圖定時器選擇：根據(jù)已確定的PLC型號FX2N-16MR-001以及題目要求，該設計中的定時器選用T0、T1計數(shù)器選擇：控制要求中提到計數(shù)器最大計數(shù)值99999999，可見必須選擇32位計數(shù)器，再根據(jù)已確定的PLC型號FX2N-16MR -001可選擇C200、C201。4.2 梯形圖手動復位部分梯形圖：4.3 指令表第五章 程序調試啟動系統(tǒng)：當按下啟動按鈕X0，則程序由S0步變換到S20步，圖中準確地表示出此時S20變?yōu)榛顒硬?，并驅動傳送帶電機運行，而S0則變?yōu)椴换顒硬??？掌坑嫈?shù)器計數(shù)：設置位置傳感器檢測到達預定罐裝位置：當灌裝設備下的光電傳感器檢測到有瓶子到達預定位置時則傳送帶驅動電機停轉，定時器T0定時1s,為灌裝做準備，與圖中相符。灌裝過程、定時器T1定時、滿瓶計數(shù)器計數(shù)及報警燈閃：定時器T1定時時間到傳送帶自動啟動：當定時器T1定時5s時間到，則程序跳轉到S20步即實現(xiàn)了傳送帶自動啟動。第六章 課程設計總結本次課程設計主要是利用我們所學的可編程控制器這一章的內容，通過本次課程設計，我深刻的體會到了這門課程與實際生活的緊密聯(lián)系。我設計的是飲料灌裝生產線的PLC控制，在生活中，除了在飲料罐裝這一生產線生可以使用以外，還可以在各種灌裝生產線上使用。在我們身邊PLC的自動控制無處不在，感覺學好了PLC這一章，未來我們的溫飽問題真的可以解決了。通過這次課程設計，也讓我知道了我在PLC這一章學的不足地方，特別是在編程這一部分。由于在學習編程這一部分課程內容的時候，因為個人原因沒能按時上課，以至于漏掉了一些知識，下去之后也沒認真翻看課本，在真正自己編寫程序的時候，發(fā)現(xiàn)有的地方無從下手。但是在完成課程設計的這段時間通過同學的耐心幫助，又重新對編程做了全面的惡補，我發(fā)現(xiàn)只要認真的學習，其實也很簡單的。同時，我也知道，我們現(xiàn)在所學習的內容也只是PLC的一些皮毛，要是想在PLC行業(yè)中獲得一碗真正的飯，也還是需要自己下去之后多翻看相關的書籍，學習更多的基礎知識。在此非常感謝吳老師的教育，對于老師在課上將的一些課外只是我也非常的感興趣，我在其中也受益匪淺。參考文獻1鄧星鐘.機電傳動控制（第四版）.武漢：華