基于PLC的飲料灌裝生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、泰 山 學(xué) 院本科畢業(yè)論文基于PLC的飲料灌裝生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)所 在 學(xué) 院 機(jī)械與工程 專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 申請(qǐng)學(xué)士學(xué)位所屬學(xué)科 工 學(xué) 年 級(jí) 二一一級(jí)（3+2） 學(xué)生姓名、學(xué)號(hào) 張艷紅2011170300 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 摘要計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)的日益提高，使企業(yè)對(duì)生產(chǎn)的自動(dòng)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)線的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括硬件和軟件方面。其中硬件部分的設(shè)計(jì)主要包括

2、了三菱FX2N-32MR PLC外部電路的設(shè)計(jì)、安裝；軟件部分包括程序的設(shè)計(jì)、調(diào)試。設(shè)計(jì)系統(tǒng)最終能夠?qū)崿F(xiàn)下面幾項(xiàng)功能：(1)對(duì)空瓶進(jìn)行運(yùn)送、灌裝，灌裝量依照空瓶大小設(shè)計(jì)確定；（2）對(duì)滿瓶進(jìn)行傳送及統(tǒng)計(jì)數(shù)量，計(jì)數(shù)內(nèi)容包括累計(jì)、單位包裝計(jì)數(shù)，單位包裝計(jì)數(shù)量可依照包裝大小設(shè)計(jì)確定；（3）能夠確保手動(dòng)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(kāi)關(guān)等電器元件，利用PLC良好的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)飲料罐裝生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制。運(yùn)用PLC來(lái)控制飲料灌裝，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線的自動(dòng)高效化、智能靈敏化。對(duì)提高勞動(dòng)效率，飲料質(zhì)量和產(chǎn)量影響遠(yuǎn)大，意義非凡。關(guān) 鍵 詞：飲料灌裝，生產(chǎn)流水線，無(wú)人控制ABSTRAC

3、TWith 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 numerous. One drink is a beverage filling production line

4、's 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 Mitsubishi FX2N-32MR PLCs external circuit design and

5、 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 bottles can be transported and counted, the count

6、 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 and uses the good automatic control performance o

7、f 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 yield far-reaching significanceKEY WORDS: Beverage

8、 filling, Production line,No control目錄1 引言11.1本論文研究的內(nèi)容及意義11.2報(bào)告設(shè)計(jì)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(jì)32.1任務(wù)的分析32.2硬件方案設(shè)計(jì)32.3軟件方案設(shè)計(jì)32.3.1經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法42.3.2邏輯設(shè)計(jì)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)PLC53.1.2可編程控制器的特點(diǎn)53.1.3 PLC的安裝與接線63.1.4設(shè)計(jì)PLC控制時(shí)，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(dòng)機(jī)的選型93.3

9、接觸器的選型93.4熱繼電器的選型103.5開(kāi)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124.2主電路的設(shè)計(jì)124.3控制電路的設(shè)計(jì)124.4操作面板的設(shè)計(jì)135 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)155.1控制要求和控制過(guò)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165.1.4裝箱選擇程序175.1.5流水線主控程序195.1.6閃爍報(bào)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(bào)警程序的仿真276.4記數(shù)程序的仿真287 結(jié)論與展

10、望298 總結(jié)30參考文獻(xiàn)31致 謝321 引言1.1本論文研究的內(nèi)容及意義縱觀近年來(lái)，國(guó)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(shí)使得對(duì)設(shè)備的需求也逐漸提高。目前國(guó)外的灌裝與封口設(shè)備正向高效、多功能、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(chǎng)合下工作。目前一般灌裝飲料效率高達(dá)到2010罐分，德國(guó)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(shí)現(xiàn)最高達(dá)

11、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(duì)外國(guó)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(guò)程大部分是繼電接觸控制實(shí)現(xiàn)，但這種控制電路接線過(guò)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(shí)代的蓬勃迅速發(fā)展，飲料灌裝生產(chǎn)線的控制過(guò)程正向著智能化，高效化，自動(dòng)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(lái)，因而它既彌補(bǔ)了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)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(diǎn)，又較好地利用了微處理器具有的特殊優(yōu)點(diǎn)，又充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)

12、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(jì)語(yǔ)言可以選擇，不必要專業(yè)的電腦編程語(yǔ)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(jiǎn)單指令形式，使編程人員程序編制直觀、使用方便易學(xué)；調(diào)試與查錯(cuò)也都很方便。PLC所具有的自我診斷功能對(duì)維修人員的技術(shù)要求降低。使用者只要按說(shuō)明書(shū)的提示，做很少的接線和簡(jiǎn)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(shí)踐中，實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際的目標(biāo)。1.2報(bào)告設(shè)計(jì)大綱1.3論文研究的內(nèi)容本論文對(duì)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(jì)。其中硬件設(shè)計(jì)部分包括FX2N-32MR PLC外部電路的設(shè)計(jì)與安裝；軟件部分包括程序的設(shè)計(jì)與

13、調(diào)試。根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)要求對(duì)PLC、電動(dòng)機(jī)、傳感器、繼電器等外部設(shè)備進(jìn)行選擇型號(hào)。設(shè)計(jì)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(guò)開(kāi)關(guān)將系統(tǒng)設(shè)為自動(dòng)操作模式，一經(jīng)啟動(dòng)，則傳送帶的驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)并一直持續(xù)到停止開(kāi)關(guān)動(dòng)作或待飲料瓶傳送至灌裝設(shè)備下時(shí)停止運(yùn)轉(zhuǎn)；瓶子裝滿飲料并上了蓋后，傳送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須自動(dòng)啟動(dòng)，并保持到下一個(gè)飲料瓶被傳送至灌裝設(shè)備下或停止開(kāi)關(guān)動(dòng)作；（2）當(dāng)瓶子傳送并定位在灌裝設(shè)備下時(shí)，停1s，灌裝設(shè)備開(kāi)始工作，對(duì)于大瓶灌裝8秒鐘，小瓶則5秒鐘，灌裝過(guò)程完畢后對(duì)飲料瓶進(jìn)行上蓋操作，上蓋時(shí)間約為2秒鐘。整個(gè)灌裝和上蓋過(guò)程應(yīng)設(shè)有報(bào)警顯示，待上蓋完畢后不再顯示報(bào)警；報(bào)警方式為紅燈0.5s

14、間隔閃爍；（3）包裝過(guò)程，對(duì)于小瓶：40瓶為一大包，30瓶為一中包，20瓶為一小包；對(duì)于大瓶：20瓶為一大包，15瓶為一中包，10瓶為一小包；（4）能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)記數(shù)并可以手動(dòng)對(duì)計(jì)數(shù)器清零。2 飲料罐裝生產(chǎn)流水線總體設(shè)計(jì)2.1任務(wù)的分析本次設(shè)計(jì)以FX2N系列PLC作為處理核心，用行程開(kāi)關(guān)、傳感器等外部設(shè)備將生產(chǎn)過(guò)程中的信號(hào)（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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，然后輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)（如接觸器、電磁閥等等）來(lái)完成飲料罐裝生產(chǎn)流水線的自動(dòng)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(dòng)控制的，生產(chǎn)線一經(jīng)上電，PLC將通過(guò)軟件程序?qū)ιa(chǎn)線進(jìn)

15、行控制：通過(guò)輸出繼電器的動(dòng)作來(lái)控制傳送帶的停轉(zhuǎn)和對(duì)飲料瓶的選擇灌裝，實(shí)現(xiàn)完成對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的顯示，并且通過(guò)PLC內(nèi)部的計(jì)數(shù)器對(duì)所生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)。2.2硬件方案設(shè)計(jì)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(shí)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(duì)于飲料瓶大小的區(qū)分是通過(guò)反射式光電傳感器工作來(lái)實(shí)現(xiàn)的。利用輔助繼電器對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行正電平觸發(fā)來(lái)完成對(duì)產(chǎn)品的計(jì)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)流水線模型系統(tǒng)的工作原理：系統(tǒng)一經(jīng)上電，傳送帶將驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，待空飲料瓶行 至行程開(kāi)關(guān)處，行程開(kāi)關(guān)閉合，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，灌裝設(shè)備通過(guò)

16、閥門(mén)的關(guān)斷來(lái)控制飲料灌裝的時(shí)間，飲料灌裝過(guò)程完成后電動(dòng)機(jī)恢復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，如此循環(huán)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的自動(dòng)控制。對(duì)于傳送帶上的飲料瓶大小的分辨，利用了通過(guò)下圖的反射式光電傳感器。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(jì) PLC軟件方案設(shè)計(jì)有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，邏輯設(shè)計(jì)法等2.3.1經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法梯形圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(yàn)設(shè)計(jì)法的基本步驟：1.了解和熟悉被控設(shè)備的工藝過(guò)程和機(jī)械的動(dòng)作情況。2.確定PLC的輸入信號(hào)和輸出負(fù)載，畫(huà)出PLC的外部接線圖。3.確定繼電器電路圖的中間繼電器，時(shí)間繼電器對(duì)應(yīng)的梯形圖中的輔助繼電器（M）和定時(shí)器（T）的元件號(hào)。4.根據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系

17、畫(huà)出梯形圖。2.3.2邏輯設(shè)計(jì)法邏輯設(shè)計(jì)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(huì)發(fā)現(xiàn),線路的接通和斷開(kāi),都是由繼電器等元件的觸點(diǎn)來(lái)控制決定的,故控制線路的所有功能必定取決于這些觸點(diǎn)的開(kāi)，合兩種狀態(tài)。因此電氣控制電路從根上說(shuō)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: 圖3 PLC邏輯設(shè)計(jì)步驟圖3 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(dòng)化的基礎(chǔ)。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中用于對(duì)大量的數(shù)字量和模擬量進(jìn)行控制，例如電磁閥的開(kāi)閉，電動(dòng)機(jī)的啟停，溫度、壓力、流量的設(shè)置與控制，產(chǎn)品的計(jì)數(shù)與控制等。3.1.2可編

18、程控制器的特點(diǎn)(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(chǎng)環(huán)境的電磁干擾、電源波動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、溫度和濕度的變化等都可能使一般通用微機(jī)不能實(shí)現(xiàn)正常工作。而PLC是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，故對(duì)可能受到的電磁干擾、高低溫及電源波動(dòng)等影響，其已在PLC硬件及軟件的設(shè)計(jì)上采用了一定的措施。如在硬件方面采用了電和磁的屏蔽，對(duì)I/O接口采用了光電隔離技術(shù)，對(duì)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(cè)、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(jiǎn)單，應(yīng)用

19、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(hào)模塊、通信模塊及一些特別功能模塊類型繁多。面對(duì)不同的控制對(duì)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(yǔ)言，形象直觀的程序，簡(jiǎn)單易學(xué)指令，容易理解和掌握編程步驟和方法，不需要具備專門(mén)的計(jì)算機(jī)知識(shí)，使具有一定的電工和工藝知識(shí)的人員可以在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。(4) 功能完善，適用性強(qiáng)PLC具有強(qiáng)大的對(duì)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(jiàn)特殊函數(shù)運(yùn)算等。PLC具有多種常用的功能，如PID閉環(huán)回路控制、中斷控制等。PLC還可以

20、擴(kuò)展好多特殊功能，如高速計(jì)數(shù)、電子凸輪控制、伺服電動(dòng)機(jī)定位、多軸運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)控制等。PLC組成的多種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送、上位監(jiān)測(cè)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(duì)濕度小于85%，無(wú)粉塵、油煙，無(wú)腐蝕性及可燃性氣體的場(chǎng)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(chǎng)所，在粉塵多，油煙大、有腐蝕性氣體的場(chǎng)合安裝時(shí)要采取封閉措施，在封閉的電器柜中安裝時(shí)，要注意解決通風(fēng)問(wèn)題。另外，PLC要安裝在遠(yuǎn)離強(qiáng)烈振動(dòng)和電磁干擾源的場(chǎng)合，否則需要對(duì)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

21、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?chē)糇闵峒敖泳€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，輸入輸出器件的接線，通信線，接地線。3.1.4設(shè)計(jì)PLC控制時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則（1） 最大限度地滿足被控對(duì)象的要求（1） 最大限度地滿足被控對(duì)象的要求充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對(duì)象的要求，被稱為設(shè)計(jì)系統(tǒng)的居于第一的目標(biāo)和任務(wù)，這也是設(shè)計(jì)中最該銘記的一條原則。這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前就要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行細(xì)致的調(diào)查研究，收集有關(guān)控制現(xiàn)場(chǎng)的資料，收

22、集相關(guān)先進(jìn)的中國(guó)、外國(guó)資料。同時(shí)還要留心和在場(chǎng)的管理人員、監(jiān)管人員、現(xiàn)場(chǎng)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(jì)中的重點(diǎn)問(wèn)題和疑難問(wèn)題，力求方案準(zhǔn)確高效的實(shí)施。(2) 確保PLC控制系統(tǒng)安全可靠保證PLC控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的最為重要原則。這就要求設(shè)計(jì)者更加全面考慮系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、元器件選擇、軟件編程，以確?？刂葡到y(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(cuò)，繼電器不動(dòng)作等），也能正常工作。(3) 力求簡(jiǎn)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

23、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(jì)者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)較簡(jiǎn)易、實(shí)惠，而且要使系統(tǒng)的使用及維護(hù)更簡(jiǎn)單、花費(fèi)更低，不宜盲目地追求過(guò)程的自動(dòng)化和高指標(biāo)。 (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(diǎn)數(shù)和內(nèi)部存儲(chǔ)器容量時(shí)，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(shí)上PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：首先考慮的是應(yīng)是系統(tǒng)的安全性、可靠性設(shè)計(jì)，然后才是根據(jù)控制工藝要求進(jìn)行控制流程的設(shè)計(jì)，最后就是編寫(xiě)切實(shí)可行、簡(jiǎn)單、高效的PLC程序，安全性、可靠性設(shè)計(jì)要求的前提下，編寫(xiě)相應(yīng)的PLC程序非常重要，硬件上保證的安全性與可靠性，

24、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(guò)程PLC用戶程序的工作過(guò)程可分為輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)階段。PLC的工作過(guò)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(hào)。挑選生產(chǎn)廠家，用戶的要求、設(shè)計(jì)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(gè)方面，編程器等附加設(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(hào)

25、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(hào)時(shí)應(yīng)注意以下指標(biāo)：1.CPU性能2.輸出輸入總數(shù)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(shí)要留有適當(dāng)?shù)挠嗔?。根?jù)已經(jīng)確定的I/O設(shè)備統(tǒng)計(jì)所需要的I/O信號(hào)的點(diǎn)數(shù)和類型，預(yù)留10%至15%的空間，選擇I/O信號(hào)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(dòng)生產(chǎn)線的工藝流程圖，PLC控制系統(tǒng)有均為開(kāi)關(guān)量的9個(gè)輸人信號(hào)。PLC控制系統(tǒng)的有10個(gè)輸出信號(hào)。FX2N系列的PLC有繼電器輸出方式，晶體管輸出方式和

26、雙向晶閘管輸出方式三種, 繼電器輸出方式其特點(diǎn)是：可接通交、直流電源，其反應(yīng)慢，但有干結(jié)點(diǎn)，安全性及其隔離性好，可靠性高；晶體管輸出方式其特點(diǎn)是：只能接入直流電源，無(wú)干接點(diǎn)，其響應(yīng)速度最快場(chǎng)效應(yīng)管輸出模塊的工頻可達(dá)20kHz，但過(guò)度負(fù)載能力較差；雙向晶閘管輸出方式其特點(diǎn)是：只能接入交流電源，無(wú)干接點(diǎn)。綜合以上相關(guān)信息，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)實(shí)用性的考慮，系統(tǒng)選用FX2N-32MR型號(hào)的PLC：繼電器輸出方式,輸人點(diǎn)數(shù)輸出點(diǎn)數(shù)均為16點(diǎn)，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(chǔ)容量2

27、.輸入輸出總點(diǎn)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6.特殊功能。表1 PLC I/O端地址編號(hào)對(duì)照表輸入信號(hào)輸出信號(hào)名稱功能編號(hào)名稱功能編號(hào)SB0啟動(dòng)按鈕X0KM1傳送帶電動(dòng)機(jī)Y0SB1停止按鈕X1YV1灌裝電磁閥Y1ST0行程開(kāi)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(dòng)復(fù)位X10HL10系統(tǒng)上電顯示Y10HL11灌裝過(guò)程顯示Y113.2電動(dòng)機(jī)的選型目前市面上的電動(dòng)機(jī)類型多種多樣，用于驅(qū)動(dòng)傳送帶傳送的電動(dòng)機(jī)的類型

28、也數(shù)不勝數(shù)。基于該系統(tǒng)的控制要求與各類型電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作場(chǎng)合，并考慮到經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，本系統(tǒng)選擇的電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y132M-4，其性能參數(shù)如表5所示。表2 Y132M-4型電動(dòng)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(lái)接通或斷開(kāi)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(dòng)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

29、制直流電器設(shè)備，線圈中通以直流電，直交流接觸器有幾乎相同的動(dòng)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(dòng)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(diǎn)，接在電動(dòng)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(guò)載保護(hù)的功能。熱繼電器采用雙金屬熱元件，動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，常閉觸頭和常開(kāi)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，而三極型又分帶斷相保護(hù)和

30、不帶斷相保護(hù)兩種。主電動(dòng)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(shí)將額定電流調(diào)整為15A。3.5開(kāi)關(guān)電器、熔斷器的選型行程開(kāi)關(guān)是一種由物體的位移來(lái)決定電路通斷的開(kāi)關(guān)，選用型號(hào)為L(zhǎng)XK2-131型。熔斷器選用RL1-15型熔點(diǎn)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(duì)飲料瓶的大小進(jìn)行分辨，根據(jù)設(shè)計(jì)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。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(hào)為PM2-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(cè)

31、距離2.58mm(中心：5mm)白色無(wú)光澤紙(15×15mm)最小檢測(cè)物體 0.05mm銅線(設(shè)定距離：5mm)應(yīng)差使用白色無(wú)光澤紙(15×15mm)工作距離的20%以下重復(fù)精度(垂直于檢測(cè)軸)0.08mm以下電源電壓524V DC±10% 脈動(dòng)P-P5%以下消耗電流平均：25mA以下，峰值：80mA以下輸出NPN開(kāi)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(shí))0.4V以下(流入電流為16mA時(shí))反應(yīng)時(shí)間 0.8ms以下4 系統(tǒng)的硬件電路4.1系統(tǒng)硬

32、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(hào)顯示作用的是輔助電路。 4.2主電路的設(shè)計(jì)傳送帶用電動(dòng)機(jī)M1來(lái)運(yùn)行，并用接觸器KM1來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行與停止。由熱繼電器FR1實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。斷路器QF1、QF2、QF3將三相電源引入，同時(shí)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(jì)PLC控制系統(tǒng)有9個(gè)均為開(kāi)關(guān)量的輸人信號(hào)。其中各種單操作按鈕開(kāi)關(guān)6個(gè)，分別 SB0 啟動(dòng)按鈕、SB1 停止按鈕、SB4 大包、SB5 中包、SB6 小包、SB7 散

33、裝、SB10 手動(dòng)復(fù)位按鈕。行程開(kāi)關(guān)1個(gè)，傳感器開(kāi)關(guān)1個(gè)。PLC控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)有10個(gè)，其中1個(gè)用于驅(qū)動(dòng)傳送帶電動(dòng)機(jī)的接觸器KM1, 3個(gè)電磁閥分別用于大瓶和小瓶的封蓋及飲料罐裝，6個(gè)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(jì)操作簡(jiǎn)單，直觀明了的，對(duì)飲料罐裝自動(dòng)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(jì)原則。面板如圖7所示。面板中的按鈕有停止、啟動(dòng)和手動(dòng)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(guò)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

34、、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。圖7操作面板5 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)5.1控制要求和控制過(guò)程分析系統(tǒng)將開(kāi)關(guān)設(shè)定為自動(dòng)操作模式，一經(jīng)啟動(dòng)，傳送帶的驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)并一直保持到停止開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)停止動(dòng)作或傳感器檢測(cè)到下一個(gè)瓶子時(shí)停止；飲料將瓶子裝滿后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須自行啟動(dòng)，并保持到再次檢測(cè)到一個(gè)瓶子或停止開(kāi)關(guān)工作。當(dāng)瓶子傳送定位于灌裝的設(shè)備下時(shí)，停頓1秒，設(shè)備開(kāi)始灌裝，灌裝過(guò)程為小瓶裝5秒鐘，大瓶裝8S鐘，然后均上蓋時(shí)間為2秒，灌裝和上蓋過(guò)程有報(bào)警，上蓋過(guò)程停止并不再顯示報(bào)警；報(bào)警方式為紅燈以0.5s間隔性閃爍。與此同時(shí)對(duì)生產(chǎn)的料進(jìn)行打包計(jì)數(shù)，對(duì)于小瓶：40瓶為一大包

35、，30為一中包，20為一小包；對(duì)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(guò)程中可以對(duì)各計(jì)數(shù)器手動(dòng)清零，系統(tǒng)每7小時(shí)將所記數(shù)據(jù)送入指定的存儲(chǔ)器中，然后將記數(shù)器清零。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)按下停止按鈕，系統(tǒng)會(huì)馬上停止：而在系統(tǒng)進(jìn)行灌裝和加蓋時(shí)按下停止按鈕，系統(tǒng)不會(huì)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(guò)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：?jiǎn)?dòng) Y0：驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)X1：停止 Y1：灌裝飲料X2：行程開(kāi)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

36、裝 Y6：顯示小包包裝X7：選擇散裝 Y7：顯示散裝X10：手動(dòng)復(fù)位 Y10：系統(tǒng)上電顯示Y11：灌裝和上蓋過(guò)程顯示圖8系統(tǒng)流程圖5.1.2梯形圖5.1.3初始化程序初始化，啟動(dòng)時(shí)、按下復(fù)位鈕和7小時(shí)將程序中用到的計(jì)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 X6 X7所對(duì)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。5.1.5流水線主控程序生產(chǎn)流水線主控電路的自動(dòng)控制：系統(tǒng)將開(kāi)關(guān)設(shè)定為自動(dòng)操作模式，一經(jīng)啟動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)并一直保持到停止開(kāi)關(guān)動(dòng)作或灌裝設(shè)備下的傳感器檢測(cè)到一個(gè)瓶子時(shí)停止；瓶子被裝滿飲料并完成上蓋后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須自行啟動(dòng)，并

37、保持到又檢測(cè)到一個(gè)瓶子或停止開(kāi)關(guān)動(dòng)作；當(dāng)瓶子定位在灌裝設(shè)備下時(shí)，停頓1秒，灌裝設(shè)備開(kāi)始工作進(jìn)行灌裝，對(duì)于大瓶8秒鐘，小瓶則灌裝5秒鐘，待灌裝過(guò)程完畢再對(duì)飲料瓶進(jìn)行上蓋，上蓋時(shí)間為2秒鐘。當(dāng)系統(tǒng)正在運(yùn)行裝罐時(shí)，按下停止按鈕，系統(tǒng)并不會(huì)馬上停止，待上蓋工作結(jié)束后，系統(tǒng)最終停止運(yùn)轉(zhuǎn)。5.1.6閃爍報(bào)警程序罐裝和上蓋過(guò)程中閃爍報(bào)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為一小包。并且對(duì)所裝箱和所生產(chǎn)飲料的數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)。5.1.8數(shù)據(jù)傳送程序設(shè)定7小時(shí)傳輸一次數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)各記數(shù)器中所記數(shù)據(jù)到指定的存儲(chǔ)器中。 6 程序的調(diào)試?yán)萌釶LC編程軟件

38、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(duì)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(huì)顯示出相應(yīng)的包裝。6.2主控制程序的仿真X0（啟動(dòng)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(kāi)關(guān)）上電后，Y0失電，傳送帶停止，Y1（灌裝電磁閥）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(shí)間為2秒。在傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，X2、X3(對(duì)應(yīng)光電傳感器)同時(shí)上電，表示檢測(cè)到大瓶，此后灌裝加料過(guò)程為8秒。在傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，按下停止按鈕（即X1上電）系統(tǒng)馬上停止工作。在灌裝加料和上蓋時(shí)按下停止按鈕，

39、系統(tǒng)不會(huì)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(bào)警程序的仿真系統(tǒng)灌裝加料（Y1上電）和上蓋（Y2上電）時(shí)，發(fā)光二極管報(bào)警器（Y11）會(huì)閃爍報(bào)警。6.4記數(shù)程序的仿真對(duì)于小瓶，每大包可裝40瓶，并且最后對(duì)所裝包數(shù)進(jìn)行記數(shù)。7 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(jì)。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由硬件方面和軟件方面組成。硬件設(shè)計(jì)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(duì)FX2N-32MR PLC外部電路接線進(jìn)行了設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)方面概述了軟件設(shè)計(jì)的方法，梯形圖根據(jù)要求設(shè)計(jì)并對(duì)它進(jìn)行仿真調(diào)試。利用PLC良好的自動(dòng)控制性能，飲料罐裝生產(chǎn)過(guò)程的無(wú)人

40、控制是本文所設(shè)計(jì)的飲料灌裝生產(chǎn)流水線的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基本要求。但更加復(fù)雜、準(zhǔn)確、智能的控制要求對(duì)于大型的生產(chǎn)流水線來(lái)說(shuō)，該系統(tǒng)就無(wú)法滿足。在傳送速率，次品檢測(cè)等諸多方面該系統(tǒng)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(huì)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(chǎng)。8 總結(jié)經(jīng)過(guò)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(jì)的論文。從開(kāi)始接到設(shè)計(jì)任務(wù)到系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，再到論文底稿的完成，每走一步對(duì)我來(lái)說(shuō)都是自己對(duì)所學(xué)知識(shí)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(jì)。在這幾個(gè)月時(shí)間里，我學(xué)到了很多知識(shí)同時(shí)也有很多感觸，從對(duì)PLC控制自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)所需技術(shù)和知識(shí)很不了解的狀態(tài)，我開(kāi)始了獨(dú)立的學(xué)習(xí)和試驗(yàn)，查看相關(guān)的國(guó)內(nèi)外資料和書(shū)籍，使自己頭腦中那些曾經(jīng)模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩的思路一步步完善起來(lái)，每一次改進(jìn)都是我學(xué)習(xí)的收獲，每一次試驗(yàn)的成功都是對(duì)我不斷努