飲料灌裝生產(chǎn)流水線總體設(shè)計論文最新

1、 畢業(yè)設(shè)計(論文)報告題目名稱： 飲料灌裝生產(chǎn)流水線總體設(shè)計 學(xué)生姓名： 陳樸 學(xué) 號： 1204043104 二級學(xué)院（系）/專業(yè)： 能源與電氣工程學(xué)院/電氣自動化 班 級： 電氣1211 指導(dǎo)教師： 蔡大華 2015 年 4 月 25 日摘 要本文論述了PLC強大功能在工廠生產(chǎn)流水線中的應(yīng)用-可編程控制器PLC在飲料灌裝生產(chǎn)線中的應(yīng)用。并給出了相關(guān)的結(jié)構(gòu)圖，地址分配表等關(guān)鍵詞：灌裝生產(chǎn)線;PLC;傳感器ABSTRACTIn recent years, along with the social progress and development, beverage production in

2、dustry also entered the period of rapid development, all kinds of brand, taste drink everywhere, so beverage production enterprises of production line equipment will be greatly increased.傳統(tǒng)的繼電器是用來對傳統(tǒng)的生產(chǎn)線的控制，在使用過程中會出現(xiàn)，出產(chǎn)效率低，響應(yīng)速度慢，故障率高，可靠性差，系統(tǒng)的工作狀態(tài)，故障處理，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與維修只能經(jīng)歷一個被動查找故障點。并且第二次故障極易發(fā)生，產(chǎn)品的通過率也很低，從而使

3、生產(chǎn)成本變多。然而，隨著科技進(jìn)步，飲料灌裝生產(chǎn)線進(jìn)程正朝著智能化和自動化的目標(biāo)發(fā)展。但是在考慮生產(chǎn)線操作員工以及電氣維修工人的實際知識水平，一套基于單指令模式的梯形圖，使用戶程序編制形象。易學(xué)；調(diào)試與查錯也很方便，就顯得十分重要了。The traditional relay is used to control to the traditional production line in use process will appear, low production efficiency and response speed, high failure rate, poor reliabilit

4、y and the working state of the system, fault handling, equipment condition monitoring and maintenance can only experience a passive find fault point. And second failures occur easily, the product pass rate is very low, so that the production cost becomes more. However, with the progress of science a

5、nd technology, beverage filling production line process is towards automation and intelligent development goals. But in consideration of the production line operators and electrical maintenance workers of the actual knowledge level, a single instruction mode of ladder diagram based on using user pro

6、gram image. To learn; debugging and error checking is also very convenient, it is very important.本文論述了PLC強大功能在工廠生產(chǎn)流水線中的應(yīng)用-可編程控制器PLC在飲料灌裝生產(chǎn)線中的應(yīng)用。并給出了相關(guān)的結(jié)構(gòu)圖，地址分配表等In this paper, the application of programmable logic controller (PLC) in the beverage filling production line PLC powerful in factory produ

7、ction lines in the application. And gives the structure chart of the relevant address allocation table, etc.關(guān)鍵詞：灌裝生產(chǎn)線;PLC;傳感器Keywords: filling production line; PLC; sensor目 錄摘要.2ABSTRACT .3前言 .61.飲料灌裝生產(chǎn)流水線總體設(shè)計.7 1.1任務(wù)的分析.7 1.2 硬件方案設(shè)計 . .7 1.3 軟件方案設(shè)計. . .8 1.3.1 經(jīng)驗設(shè)計法.8 1.3.2 邏輯設(shè)計法.92.系統(tǒng)元件的選擇.10 2.1

8、PLC的簡介.10 2.1.1 PLC的選擇原則.12 2.1.2 PLC的型號確定 .13 2.2 電動機的選擇 . .13 2.3 接觸器的選擇 . .14 2.4 熱繼電器的選擇 . .14 2.5 開關(guān)電器、熔斷器的選擇 . .15 2.6 傳感器的選擇 . .153.系統(tǒng)的硬件電路.16 3.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) . .16 3.2 主電路的設(shè)計 . .16 3.3 控制電路的設(shè)計 . .16 3.4 操作面板的設(shè)計 . .174.系統(tǒng)程序的設(shè)計.18 4.1 控制要求以及控制過程的分析 . .18 4.1.1 系統(tǒng)流程圖.18 飲料灌裝生產(chǎn)線的PLC控制系統(tǒng)的I/O分配.19 4.2程

9、序.20 4.2.1 初始化程序.20 4.2.2 裝箱選擇程序.21 4.2.3 流水線主控程序 .22 4.2.4 閃爍報警程序.23 4.2.5 計數(shù)程序.23 4.2.6 數(shù)據(jù)傳送程序.255.程序的調(diào)試 . .25 5.1 裝箱選擇程序的仿真 . .26 5.2 主控制程序的仿真 . .26 5.3 閃爍報警程序的仿真 . .29 5.4 計數(shù)程序的仿真 . .30結(jié)束語 . .31參考資料 . .32前 言目前，飲料的灌裝的自動化生產(chǎn)已經(jīng)基本普及，為了進(jìn)一步增強生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，減少生產(chǎn)時間，提高產(chǎn)能，以適應(yīng)顧客對產(chǎn)品要求的快速升級。產(chǎn)品生產(chǎn)正向縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)質(zhì)

10、量等方面發(fā)展。因此飲料廠的自動化灌裝生產(chǎn)線中有更多的機械設(shè)備在使用先進(jìn)的生產(chǎn)線灌裝技術(shù)來提升機械設(shè)備的自動化控制水平和生產(chǎn)效率。而就目前來講自動化生產(chǎn)的電氣控制部分的主要進(jìn)軍方向就是PLC針對電氣部分的控制。本設(shè)計鑒于PLC控制系統(tǒng)非?？煽?，可以在惡劣環(huán)境下連續(xù)運轉(zhuǎn)，操作簡單，容易上手四大優(yōu)點，利用PLC技術(shù)平臺自主開發(fā)創(chuàng)新，將自動化技術(shù)中的電氣和機械相結(jié)合在一起等技術(shù)有機結(jié)合在一起，將PLC代替以前的繼電器、接觸器控制的作用，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)省大量的電氣元件、導(dǎo)線與原材料，縮短設(shè)計周期，減少維修工作，提高加工產(chǎn)品合格率進(jìn)而提高生產(chǎn)率，而且程序調(diào)整修

11、改方法方便靈活，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。本課題探討了如何利用德國西門子PLCS7-200進(jìn)行飲料灌裝生產(chǎn)流水線的控制，重點分析了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計部分，并給出了系統(tǒng)硬件接線圖、PLC控制I/O端口分配表以及整體程序流程圖等。1.飲料灌裝生產(chǎn)流水線總體設(shè)計1.1任務(wù)的分析本次設(shè)計使用PLC作為流水線控制處理的核心，處理器將處理來自各個設(shè)置好的設(shè)備的發(fā)送過來的信號。這些數(shù)據(jù)和計算信號通過PLC，然后飲料灌裝生產(chǎn)線的有效輸出信號，準(zhǔn)確的操作。整體設(shè)計思想控制：進(jìn)行全線的自動化生產(chǎn)控制，啟動時，PLC將第一預(yù)定控制系統(tǒng)流程線后。輸出繼電器的動作來控制輸送帶停止和飲料的飲料瓶灌裝，并

12、通過PLC內(nèi)計數(shù)器已灌裝瓶數(shù)。1.2 硬件方案設(shè)計 該生產(chǎn)流水線是運用飲料灌裝機對瓶子進(jìn)行飲料灌裝，它能夠連續(xù)的、不間斷的實現(xiàn)飲料的灌裝和封裝，并且這一過程是穩(wěn)定、高效的。使用繼電器計數(shù)充填。生產(chǎn)線模型圖填充如圖1-1所示。圖1-1 飲料灌裝生產(chǎn)流水線模型 該系統(tǒng)的工作原理：一旦啟動，傳送帶將由旋轉(zhuǎn)電機運行驅(qū)動，當(dāng)瓶檢測傳感器檢測空瓶，行程開關(guān)閉合，電機停止，飲料通過預(yù)置時間填充空瓶的灌裝設(shè)備，當(dāng)滿瓶傳感器檢測電動機回收瓶全自動控制，如此反復(fù)循環(huán)，實現(xiàn)生產(chǎn)線。為解決飲料瓶大小不一的情況，本課題采用的光電傳感器是反射式的。圖1-2 飲料灌裝生產(chǎn)流水線結(jié)構(gòu)圖1.3 軟件方案設(shè)計 PLC程序編制解決

13、方案是通過參考以往經(jīng)驗并有邏輯的進(jìn)行設(shè)計。1.3.1 經(jīng)驗設(shè)計法 在一些典范基本電路的設(shè)計上，按照被設(shè)計目標(biāo)對程序控制的各項要求，對梯形圖進(jìn)行一步一步修正和改進(jìn)。有時候必需屢次地優(yōu)化和修正梯形圖，增添少許中央程序元件和觸電，最終才獲取滿足要求的成果3.12。 這樣的設(shè)計法沒有通用的規(guī)律，需要一遍一遍的嘗試，成功的偶然性也隨之產(chǎn)生，因此最終得到的結(jié)果是獨一無二的，在進(jìn)行軟件設(shè)計時，軟件設(shè)計者的經(jīng)驗和產(chǎn)品所能達(dá)到的效果有很大的關(guān)系，通過這樣的方法進(jìn)行電路設(shè)計叫做經(jīng)驗設(shè)計法。 1.3.2 邏輯設(shè)計法 通過邏輯分析的方法，有利于對控制電路的分析，從而對得到最好的設(shè)計方案有很大的幫助，充分滿足電路的設(shè)計

14、與技術(shù)要求，并且可以有效減少多余的電路系統(tǒng)，獲得耐用、有效的電路設(shè)計。3.12。 運用邏輯分析法進(jìn)行電路設(shè)計通常分為四步： 首先，選取合適的各項元件，并合理對I/O點進(jìn)行分配，并確定各項元件的運行狀態(tài)。 其次：找出需要的線圈所有開關(guān)邊界線，之后創(chuàng)建一一對應(yīng)的中間線圈。 再次：羅列出中間線圈及相應(yīng)元件邏輯函數(shù)式，并作出對應(yīng)的梯形圖。 最后：對梯形圖進(jìn)行全面的改進(jìn)，使PLC的運行系統(tǒng)和生產(chǎn)要求相對應(yīng)。邏輯設(shè)計步驟圖如圖1-3。圖1-3 PLC邏輯設(shè)計步驟圖2.系統(tǒng)元件的選擇2.1 PLC的簡介 可編程控制器是在工業(yè)生產(chǎn)中各種惡劣條件下進(jìn)行研究出來的數(shù)據(jù)運算控制系統(tǒng)，。用于控制多種種類的設(shè)備和不同情

15、況下的生產(chǎn)操作?？删幊炭刂破骱拖嚓P(guān)的配置，應(yīng)該是形成便于控制系統(tǒng)生產(chǎn)的一個總體，并且能夠容易增加其功能3.16.11。綜上所述，PLC就是一個可以通過設(shè)計出來的程序來控制產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的微型計算機，除了能實現(xiàn)許許多多的效用外，另有連接通信其他微機的功用。 （1）PLC的結(jié)構(gòu)：PLC是由輸入模塊、輸出模塊、CPU和編程器組成，此外另有給PLC里面的電路供應(yīng)電源的電源部件3。輸出接口部件中央處理單元CPU（板）輸入接口部件接受按鈕繼電器觸點行程開關(guān)等接觸器電磁閥指示燈等驅(qū)動 受控元件現(xiàn)場信號 電源部件 圖2-1 PLC的基本結(jié)構(gòu)框圖 （2）PLC的主要特點： 編程方式易學(xué)：梯形圖的原理是通過運用大量的編

16、程語言的PLC，它的電路標(biāo)識和表示方法跟繼電器的控制電路圖類似，梯形圖語言更加形象生動，簡單易學(xué)，電氣工程技術(shù)人員一般來講對繼電器的原理圖都非常了解，那么他們只需要花費幾天的時間就能充分掌握梯形圖語言，并用來編制用戶程序； 功效強，機能比高：每臺PLC內(nèi)部都有幾百甚至上千個用戶可以選擇使用的程序編制元件，功能性很強，能夠?qū)C械設(shè)備完成復(fù)雜多樣的控制操作。而繼電器控制系統(tǒng)要達(dá)到與之相似的效用，就需要相當(dāng)可觀的花費了； 有完整的硬件配套設(shè)施，能夠適應(yīng)各種環(huán)境，可用性很強:已經(jīng)規(guī)范化的各種PLC產(chǎn)品，用戶可以選擇各種各樣的硬件配置來滿足需要，用戶還可以通過對系統(tǒng)不同的配置，達(dá)到不一樣的效用，構(gòu)成的系

17、統(tǒng)也就不一樣。PLC的安設(shè)接線也非常簡易，正常情況下將PLC以外的線路接頭跟PLC的端子相連即可。PLC的符合能力恒強，正常情況下能夠直接啟動運行電磁閥和功率較小的交流接觸器。； 運行穩(wěn)定，很少受外界環(huán)境影響：許多中間和時間繼電器被PLC的軟件系統(tǒng)所取代，PLC的外部只留下了數(shù)量很少的輸出硬件元件和輸入硬件元件，這使它的接線數(shù)量是繼電器控制十分之一到百分之一,因為接觸端口和線路的減少有效降低了接觸不良的問題； 程序的設(shè)計相對簡單，設(shè)備安裝、調(diào)試容易； 故障率低，有效降低維修工的工作強度； 體積小，耗能低。 （4）PLC的工作原理： 工作方式周期循環(huán)掃描 進(jìn)展中的工作自診斷，輸入樣本，掃描過程中

18、，輸出刷新階段輸出處理程序處理 輸入端子輸入映像寄存器執(zhí)行用戶程序內(nèi)部存儲器刷新輸出映像寄存器輸出端子輸入信號輸出信號 輸入處理圖2-2 PLC的工作過程示意圖 （5）PLC的應(yīng)用領(lǐng)域： 數(shù)字量邏輯控制； 運動控制； 閉環(huán)過程控制； 數(shù)據(jù)處理； 通信聯(lián)網(wǎng)。2.1.1 PLC的選擇原則PLC選取的基本原則：功能復(fù)合需求的條件下，選用最實用的、維修簡單、性價比最好的機型。在相對固定的過程。良好的環(huán)境條件（少量修復(fù)）的場合，應(yīng)選用PLC的總體結(jié)構(gòu)；在其他情況下，最好是使用PLC的模塊化結(jié)構(gòu)。開關(guān)量控制和開關(guān)控制，用很少的工程項目來進(jìn)行模擬控制，控制的速度不考慮范圍內(nèi)。因此，低檔機的選擇也可以是A與D

19、之間的相互轉(zhuǎn)變，相加或者相減，加強低檔機傳送數(shù)據(jù)的能力，滿足要求。在操作復(fù)雜多變，條件要求較嚴(yán)格的條件下（如完成運算、閉環(huán)控制、通訊聯(lián)網(wǎng)等），可視系統(tǒng)的難易程度來采用相對應(yīng)的機器。2.1.2 PLC的型號確定2.2 電動機的選擇 目前市場上有各種各樣的，不同型號的電機，對于不同場所也有許多適應(yīng)工作場合的電動機種類。了解該體系的各項控制規(guī)則以后，再聯(lián)系各個電動機的結(jié)構(gòu)特點和合用的場所，并考慮到價錢和實用性13.14。所以在該系統(tǒng)選用Y132M-4型號的電動機。表2-1 Y132M-4型電動機的性能參數(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.m

20、1440 r/min450 Hz7.5KW2.3 接觸器的選擇 圖2-4 2.4 熱繼電器的選擇 當(dāng)電流流入熱元件時，由于電阻發(fā)熱使其溫度升高，而其中兩個漲縮系數(shù)不同的金屬薄片也隨著產(chǎn)生不同程度的外形改變2.5 開關(guān)電器、熔斷器的選擇2.6 傳感器的選擇 圖2-5 反射式光電傳感器原理圖 該設(shè)計選用PM2-LF10型號。 表2-2 型號為PM2-LF10的反射式光電傳感器性能參數(shù)性能參數(shù)檢測距離2.58mm(中心：5mm)白色無光澤紙(15×15mm)最小檢測物體 0.05mm銅線(設(shè)定距離：5mm)應(yīng)差使用粗糙的白色紙張(15mm2)百分之二十以下的工作長度重復(fù)精度(垂直于檢測軸)

21、0.08mm以下電源電壓524V DC±10% 脈動P-P5%以下消耗電流平均：25mA以下，峰值：80mA以下輸出NPN開路集電極晶體管 ·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)0.4V以下(流入電流為16mA時)反應(yīng)時間 0.8ms以下3.系統(tǒng)的硬件電路3.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 該設(shè)計系統(tǒng)組成部分：主電路、控制電路、輔助電路。3.2主電路的設(shè)計 傳送帶：由電動機M1帶動電機的開始和中止：接觸器KM1來控制。而保障電路的正常不超載，是由熱繼電器完成。斷路器QF1、QF2、QF3會

22、接入三相電，而且QF1、QF2、QF3還要防止電路出現(xiàn)短路現(xiàn)象。主控制電路控制的飲料灌裝生產(chǎn)線如圖3-1所示。圖3-1主控制電路圖3.3 控制電路的設(shè)計 該系統(tǒng)的PLC控制有九個為開啟關(guān)閉行程進(jìn)行信號控制。這里面包括各種單獨操作的按鍵開關(guān)為六個，依次是SB0：啟動按鈕、SB1：停止按鈕、SB4：大包、SB5：中包、SB6：小包、SB7：散裝、SB10：手動復(fù)位按鈕。系統(tǒng)設(shè)置了開啟關(guān)閉量、傳感器開關(guān)各位1個。 十個該系統(tǒng)所擁有輸出信號之中，主傳動輸送帶電機的接觸器KM1擁有一個輸出信號，大的飲料瓶的加蓋有一個電磁閥，小的飲料瓶的加蓋有一個電磁閥，飲料灌裝也有一個電磁閥，生產(chǎn)線上的顯示有六個。圖3

23、-2為外部接線圖。圖3-2 系統(tǒng)外部接線圖3.4 操作面板的設(shè)計 操作面板的設(shè)計要建立在確實的實際基礎(chǔ)上，要體現(xiàn)操作方便，明了，能夠顯示灌裝生產(chǎn)線上每一個步驟，方便工作人員的操作。圖3-3為操作面板的示意圖。圖3-3 操作面板示意圖4.系統(tǒng)程序的設(shè)計4.1 控制要求以及控制過程的分析 系統(tǒng)開始運轉(zhuǎn)后，驅(qū)動電機將會帶動傳送帶運轉(zhuǎn)，直到停止按鈕被按下或者是檢測到有下一個飲料瓶才會停止；瓶子灌滿后，驅(qū)動電動機能夠自行啟動。當(dāng)飲料罐被輸送帶傳送到飲料灌裝位置時，會有一秒鐘的停頓，然后機器才開始對其進(jìn)行裝填，容量小的飲料瓶灌裝需要五秒，而容量大的需要八秒，然后需要兩秒鐘對飲料瓶進(jìn)行密封，灌裝和封蓋進(jìn)行的

24、時候設(shè)有警報裝置，封蓋結(jié)束之后將不再有警報；報警模式設(shè)置為紅色的光的頻率為0.5s間歇性的閃爍。同時，已灌裝滿的飲料瓶將由系統(tǒng)對其進(jìn)行打包與計數(shù)，小瓶：大包：40、中包：30、小包：20；大瓶：大包：20、中包：15、小包：10。該系統(tǒng)在進(jìn)行生產(chǎn)中能夠人為操作使數(shù)據(jù)歸零，系統(tǒng)預(yù)設(shè)為每7h將所有記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，并在同一時間重置計算器?？紤]到安全因素，在進(jìn)行中止按鍵操作室，設(shè)備會立即中止運轉(zhuǎn)，但是當(dāng)生產(chǎn)線進(jìn)行到飲料裝填和封蓋過程中時，進(jìn)行中止按鍵操作時，但是運轉(zhuǎn)的系統(tǒng)并不會立刻終止，而是要等到封蓋結(jié)束之后，系統(tǒng)才會中止運轉(zhuǎn)。4.1.1 系統(tǒng)流程圖圖4-1 系統(tǒng)流程圖飲料灌裝生產(chǎn)線的PLC控制系統(tǒng)

25、的I/O分配表4-2為飲料灌裝生產(chǎn)線的PLC控制系統(tǒng)的I/O分配表輸入輸出X0啟動Y0驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動X1停止Y1灌裝飲料X2行程開關(guān)Y2小瓶封蓋X3傳感器Y3大瓶封蓋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選擇小包包裝Y6顯示小包包裝X7選擇散裝Y7顯示散裝X10手動復(fù)位Y10系統(tǒng)上點顯示Y11灌裝和封蓋過程顯示4.2程序4.2.1 初始化程序 系統(tǒng)啟動前，要對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，按下復(fù)位按鈕，并對計數(shù)器清零圖4-3為初始化程序圖4.2.2 裝箱選擇程序 圖4-4為裝箱選擇程序圖4.2.3 流水線主控程序圖4-5為流水線主控程序圖 4.2.4 閃爍報警程序圖4-6為閃爍

26、報警程序 4.2.5 計數(shù)程序圖4-7計數(shù)程序圖4.2.6 數(shù)據(jù)傳送程序圖4-8為數(shù)據(jù)傳送程序圖5.程序的調(diào)試5.1 裝箱選擇程序的仿真 不同的按鈕對應(yīng)相關(guān)的包裝。圖5-1為裝箱選擇程序仿真圖5.2 主控制程序的仿真 在開始按鍵X0 Y0功率繼電器的線圈通電并且自動關(guān)閉，輸送帶傳送到行程開關(guān)電源，X2，y0停電，輸送帶，填充電磁閥Y1電，填充5S，Y1失電，停止灌裝，封蓋裝置Y2通電，封蓋時間為2s。圖5-2為主控制程序仿真圖 輸送帶的運行，X2，X3（與光電傳感器一一對應(yīng)）一起得電，表明感應(yīng)到一個大瓶，填充時間八秒。圖5-3為主控程序仿真圖 當(dāng)輸送帶運行過程中，進(jìn)行停止按鍵操作：X1，然后系

27、統(tǒng)會停止工作。圖5-4為主控程序仿真圖 當(dāng)生產(chǎn)線正在進(jìn)行飲料裝填和封蓋時，停止按鍵操作后，生產(chǎn)線將不會立即終止，但等到裝填和封蓋做完之后，系統(tǒng)才能中止運轉(zhuǎn)。圖5-5為主控程序仿真圖5.3 閃爍報警程序的仿真 當(dāng)生產(chǎn)線正在進(jìn)行飲料添加（即Y1通電）和密封（Y2通電）時，所以報警器（即Y11）會閃爍報警。圖5-6為燈光報警系統(tǒng)仿真圖5.4 計數(shù)程序的仿真 小瓶，大包：40，并且最后清點計數(shù)圖5-7為技術(shù)程序仿真結(jié)束語隨著日后經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，科技的進(jìn)步，自動化生產(chǎn)將在工業(yè)生產(chǎn)中越來越重要，企業(yè)對設(shè)備自動化的需求也會逐漸提高，PLC也會得到更大的改善。 在這幾個月的設(shè)計中，我更深入地了解了PLC的工作原理，編程方法及其在自動控制方面應(yīng)用的優(yōu)越性能。本課題設(shè)計是在蔡大華老師的全心教導(dǎo)和嚴(yán)格要求下，較好地做完了本次設(shè)計任務(wù)。同時，我的獨立思考、解決問題的能力