飲料灌裝生產(chǎn)流水線的PLC控制.doc

湖北文理學(xué)院課程設(shè)計報告理工學(xué)院課程設(shè)計成績評定表課程名稱機(jī)電傳動控制課程設(shè)計專 業(yè)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化班級機(jī)械1011學(xué)號10316105姓名成歡項目評 分 標(biāo) 準(zhǔn)評分等級得分折合分平時成績（占20）1、態(tài)度端正，設(shè)計認(rèn)真，能積極動腦思考，學(xué)習(xí)紀(jì)律好。優(yōu)秀2、態(tài)度較好，較認(rèn)真，能積極動腦思考，學(xué)習(xí)紀(jì)律較好。良好3、態(tài)度一般，較認(rèn)真，能動腦思考，學(xué)習(xí)紀(jì)律尚可。中等4、態(tài)度較差，不夠認(rèn)真，不善于動腦思考，紀(jì)律較差。及格5、態(tài)度差，不認(rèn)真，不動腦思考，紀(jì)律差。不及格圖紙質(zhì)量成績（占40）1、繪圖規(guī)范，標(biāo)注準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)合理，圖紙質(zhì)量高。優(yōu)秀2、繪圖較規(guī)范、準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)基本合理，圖紙質(zhì)量較好。良好3、繪圖基本規(guī)范、準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)基本合理，圖紙質(zhì)量一般。中等4、繪圖不夠規(guī)范、準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)不太合理，圖紙質(zhì)量較差。及格5、繪圖不規(guī)范、準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)不合理，圖紙質(zhì)量差。不及格設(shè)計報告成績（占40）1、撰寫規(guī)范，設(shè)計思路清晰，知識運(yùn)用熟練，設(shè)計詳盡細(xì)致，按要求完成設(shè)計。優(yōu)秀2、撰寫較規(guī)范，設(shè)計思路基本清晰，知識運(yùn)用較熟練，設(shè)計基本詳盡細(xì)致，能按要求完成設(shè)計。良好3、撰寫基本規(guī)范，設(shè)計思路基本清晰，知識運(yùn)用尚可，設(shè)計基本詳盡細(xì)致，能按要求完成設(shè)計。中等4、撰寫不夠規(guī)范，設(shè)計思路不太清晰，知識運(yùn)用一般，設(shè)計不夠詳盡細(xì)致，基本完成設(shè)計。及格5、撰寫不規(guī)范，設(shè)計思路不夠清晰，知識運(yùn)用不熟練，設(shè)計不夠詳盡細(xì)致，沒有按要求完成設(shè)計。不及格總評成績指導(dǎo)教師： 2013 年 1 月 5 日注：1、該成績評定表每位學(xué)生一份，并裝訂在設(shè)計說明書的封面之后；2、指導(dǎo)教師按課程設(shè)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(xué) 院 理 工 學(xué) 院機(jī)電傳動控制課程設(shè)計報告題 目飲料灌裝生產(chǎn)流水線的PLC控制專 業(yè)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化班 級機(jī)械1011姓 名成歡學(xué) 號10316105指導(dǎo)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(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)。文章剛開始介紹了PLC的相關(guān)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(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。關(guān)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(diǎn)71.4 PLC的應(yīng)用范圍7第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計8第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計93.1 傳感器的選擇93.2 PLC控制部分硬件設(shè)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(shè)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(diào)試14第六章 課程設(shè)計總結(jié)17參考文獻(xiàn)18前言一、 課題研究背景幾年前，自動化技術(shù)只占包裝機(jī)械設(shè)計的30%，現(xiàn)在已占50%以上，大量使用了微電腦設(shè)計和機(jī)電一體化控制。提高包裝機(jī)械自動化程度的目的：一是為了提高生產(chǎn)率；二是為了提高設(shè)備的柔性和靈活性；三是為了提高包裝機(jī)械完成復(fù)雜動作的能力。本設(shè)計的目的是利用“PLC”技術(shù)平臺自主開發(fā)創(chuàng)新，將機(jī)械、電氣和自動化等技術(shù)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成實用的飲料灌裝生產(chǎn)線模擬系統(tǒng)。二、課題研究內(nèi)容根據(jù)控制要求，以PLC為核心，設(shè)計出一款飲料灌裝生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)。設(shè)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(shè)計鑒于PLC可靠性高、耐惡劣環(huán)境能力強(qiáng)、使用極為方便三大特點(diǎn)，利用PLC技術(shù)平臺自主開發(fā)創(chuàng)新，將機(jī)械、電氣和自動化等技術(shù)有機(jī)結(jié)合，將傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制功能用PLC代替，構(gòu)成實用、可靠的飲料灌裝生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)可節(jié)省大量電氣元件、導(dǎo)線與原材料,縮短設(shè)計周期,減少維修工作量, 提高加工零件合格率,進(jìn)而提高生產(chǎn)率，而且程序調(diào)整修改方便靈活，提高了設(shè)備的柔性和靈活性。具有整體技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。四、課題研究方法步驟如下：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(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)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(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)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(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計。”具體一款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(shè)備與CPU之間的接口電路；3. 輸出部件送出PLC運(yùn)算后得出的控制信息；4. 電源部件為PLC內(nèi)部電路提供能源。另外，還必須有編程器將用戶程序?qū)戇M(jìn)規(guī)定的存儲器內(nèi)。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(diǎn)功能：1.邏輯控制2.定時控制3.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。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1.4 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)處理第二章 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。灌裝流水線示意圖如下：第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 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。傳感器的組成如圖2-2所示：敏感元件轉(zhuǎn)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(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。3.2 PLC控制部分硬件設(shè)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(jī)型及外設(shè)，完成PLC硬件結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(guān)信號P0X0024瓶子檢測傳感器開關(guān)信號P1X0035滿瓶檢測傳感器開關(guān)信號P2X0046空瓶計數(shù)器手動復(fù)位開關(guān)SB3X0057滿瓶計數(shù)器手動復(fù)位開關(guān)SB4X006表4-2 飲料罐裝生產(chǎn)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(jī)驅(qū)動傳送帶工作KM1Y0002灌裝設(shè)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(shè)計選擇的PLC機(jī)型為FX2N-16MR-001。第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計根據(jù)控制要求，建立飲料罐裝生產(chǎn)流水線PLC控制系統(tǒng)的順序功能圖，表達(dá)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(shè)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(fù)位部分梯形圖：4.3 指令表第五章 程序調(diào)試啟動系統(tǒng)：當(dāng)按下啟動按鈕X0，則程序由S0步變換到S20步，圖中準(zhǔn)確地表示出此時S20變?yōu)榛顒硬?，并?qū)動傳送帶電機(jī)運(yùn)行，而S0則變?yōu)椴换顒硬健？掌坑嫈?shù)器計數(shù)：設(shè)置位置傳感器檢測到達(dá)預(yù)定罐裝位置：當(dāng)灌裝設(shè)備下的光電傳感器檢測到有瓶子到達(dá)預(yù)定位置時則傳送帶驅(qū)動電機(jī)停轉(zhuǎn)，定時器T0定時1s,為灌裝做準(zhǔn)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(dāng)定時器T1定時5s時間到，則程序跳轉(zhuǎn)到S20步即實現(xiàn)了傳送帶自動啟動。第六章 課程設(shè)計總結(jié)本次課程設(shè)計主要是利用我們所學(xué)的可編程控制器這一章的內(nèi)容，通過本次課程設(shè)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(shè)計的是飲料灌裝生產(chǎn)線的PLC控制，在生活中，除了在飲料罐裝這一生產(chǎn)線生可以使用以外，還可以在各種灌裝生產(chǎn)線上使用。在我們身邊PLC的自動控制無處不在，感覺學(xué)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(shè)計，也讓我知道了我在PLC這一章學(xué)的不足地方，特別是在編程這一部分。由于在學(xué)習(xí)編程這一部分課程內(nèi)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(rèn)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(shè)計的這段時間通過同學(xué)的耐心幫助，又重新對編程做了全面的惡補(bǔ)，我發(fā)現(xiàn)只要認(rèn)真的學(xué)習(xí)，其實也很簡單的。同時，我也知道，我們現(xiàn)在所學(xué)習(xí)的內(nèi)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(guān)的書籍，學(xué)習(xí)更多的基礎(chǔ)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(xiàn)1鄧星鐘.機(jī)電傳動控制（第四版）.武漢：華