畢業(yè)論文飲料罐裝生產流水線系統(tǒng)設計與調試

1、目錄1摘要2前言1第一章緒論21.1 課題研究的背景和意義21.1.1 罐裝生產流水線的背景2灌裝生產流水線的現(xiàn)狀和發(fā)展31.2 控制要求7第二章總體控制方案82.1 飲料罐裝生產流水線的基本結構82.2灌裝流水線的工作原理10第三章硬件控制設計113.1 PLC的選擇113.1.1 PLC的分類11 PLC的比較143.2 傳感器的選擇143.3 電磁閥的選擇163.4 按鈕開關173.5 報警燈173.6 行程開關183.7 加減計數(shù)器193.8 機械手193.9 數(shù)碼管21第四章電氣控制線路設計234.1 硬件電路的控制234.1.1 灌裝設備設計254.1.2 壓蓋設備設計25第五章軟

2、件控制設計275.1系統(tǒng)流程圖275.1.1 系統(tǒng)流程圖275.1.2 系統(tǒng)流程控制過程305.2 I/O接線圖315.3 I/O分配表315.4梯形圖32第六章調試過程及結果35第七章設計總結36參考文獻37摘要傳統(tǒng)的飲料灌裝生產線的電氣設備控制系統(tǒng)是傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制方式,在使用的過程中，生產工效低，人機對話靠指示燈+按鈕+訊響器的工作方式，響應慢，故障率高，可靠性差，系統(tǒng)的工作狀態(tài)、故障處理、設備監(jiān)控與維護只能憑經驗被動的去查找故障點。且在生產過程中容易產生二次污染，造成合格率低，生產成本增加。而自動化生產線在眾多領域應用得非常廣泛，其控制部分常常采用PLC 控制，它使自動化生產線運

3、行更加平穩(wěn)，定位更加準確，功能更加完善，操作更加方便。為適應發(fā)展，故提出利用PLC控制技術改造現(xiàn)有生產線。PLC是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P外圍設備，易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的設計。 可編程控制器對用戶來說，是一種無觸點設備，改變程序即可改變生產工藝。目前，可編程控制器已成為工廠自動化的強有力工具，得到了廣泛的普及推廣應用?，F(xiàn)以三菱FX2N系列，進行程序設計并仿

4、真驗證,設計一款PLC輸入和輸出設備的飲料灌裝生產線。該生產線集傳送、灌裝、產品分類、報警警示、燈光閃爍和計時于一身， 而且其編程簡單，容易理解掌握，工作穩(wěn)定可靠。關鍵詞：三菱FX2N，PLC，飲料灌裝流水線前 言目前，飲料的灌裝生產流水線已經實現(xiàn)自動化，為了提高產品質量和縮短生產周期，適應產品迅速更新?lián)Q代的要求，產品生產正向縮短生產周期、降低成本、提高生產質量等方面發(fā)展。因此，飲料廠的自動化灌裝生產線中有越來越多的機器在使用先進的灌裝技術來提高機器的自動化控制水平和生產效率。而應用PLC完成電氣部分的控制是工業(yè)自動化電氣控制的主要發(fā)展方向。本次課設主要介紹全自動灌裝生產線的基本概念。全自動灌

5、裝生產線是由數(shù)臺自動灌裝機械經控制系統(tǒng)進行集中控制，并按照各自功能完成一定任務進行順序、連續(xù)生產的一系列機器組合。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步的了解。我國的飲料罐裝自動化相對于西方發(fā)達國家來講還有很大的差距。設備陳舊，技術落后，成為阻礙我們灌裝行業(yè)發(fā)展的一個嚴重問題。鑒于這些問題，我國企業(yè)不斷發(fā)展自身的實力，逐步朝著生產高速化、設備結構合理化、設備的多功能化、設備的綠色化、控制的智能化等方向發(fā)展。推出適合自己需求的產品來。本次課題就是朝著這個方向進行研究和設計。第一章 緒論1.1課題研究的背景和意義罐裝生產流水線的背景經濟的迅速

6、發(fā)展，人們消費水平的提高，對各種飲制品的需求量也越來越大。高產量，高效率，高品質已成為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的宗旨，人的體力勞動逐步走向工業(yè)自動化，智能化。所以新型科技產品的出現(xiàn)時經濟和工業(yè)發(fā)展的必需品。PLC（可編程控制器）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。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

7、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。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。飲料灌裝機用于灌裝各種各樣的瓶裝飲料，適合大中型飲料生產廠家，早期的灌裝機械大

8、多數(shù)采用容積泵式、蠕動泵式作為計量方法。這些方法存在一些缺點。例如：灌裝精度和穩(wěn)定性難以保證、更換灌裝規(guī)格困難等。本系統(tǒng)采用的飲料分裝計量是通過時間和單位時間流量來確定的，計量精度由可編程控制器（PLC）控制確定。PLC控制具有編程簡單、工作可靠、使用方便等特點，在工業(yè)自動化控制領域廣泛應用。專為PLC應用而實際的觸摸屏集主機、輸入和輸出設備于一體，適合在惡略的工業(yè)環(huán)境中使用。飲料灌裝裝置主要包括兩部分：恒壓儲液罐灌液和計數(shù)部分。在恒壓儲液罐灌液不封，里面有上限液位和下線液位傳感器，它們淹沒時是1狀態(tài)。液面低于下線液位時恒壓儲液罐為空。飲料通過進液電磁閥流入恒壓儲液罐，液面達到上限位時進液電磁

9、閥斷電關閉，使液位保持恒定。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。具有整體技術經濟效益。灌裝生產流水線的現(xiàn)狀和發(fā)展 生產流水線發(fā)展是從20世紀后半頁隨著社會的發(fā)著進步,對各行各業(yè)提出了越來越高的要求.企業(yè)為了提高生產效率和競爭力,采取了從傳統(tǒng)手工工作方法到

10、自動化流水線工作方法,采用流水線的作業(yè)方法是具有翻天覆地革命性的變化的,隨著可編程控制器的出現(xiàn),是流水線實現(xiàn)自動化控制,是人類社會向前邁出一大步.近年來，飲料工業(yè)發(fā)展迅猛，碳酸飲料、果汁飲料、蔬菜汁飲料、含乳飲料、瓶裝飲用水、茶飲料等品種不斷豐富，產量上的“飄紅”使得對設備市場的需求也呈“牛市”。     國外灌裝與封口設備向高速、多用、高精度方向發(fā)展，目前部分灌裝生產線已可以在玻璃瓶與塑料容器(聚酯瓶)、碳酸飲料與非碳酸飲料、熱灌裝與冷灌裝等不同要求和環(huán)境下使用。目前碳酸飲料灌裝機灌裝速度最高已達2000罐分，德國HK公司灌裝機的灌裝閥多達165頭，S

11、EN公司144頭，Krones公司178頭，灌裝機直徑大至5米，灌裝精度±0.5ml以下。     非碳酸飲料灌裝機灌裝閥50100頭，灌裝速度最高達1500罐分，灌裝機料槽轉速2025轉分，速度提高1倍?？梢赃M行茶飲料、咖啡飲料、豆乳和果汁飲料等多種飲料的熱灌裝，國外熱灌裝飲料封口后不再進行二次殺菌。     碳酸飲料常溫灌裝已醞釀20多年，常溫碳酸化可以降低飲料成本，有利環(huán)保。非碳酸飲料充氮系統(tǒng)采用加壓方式或液氮滴入方式向鋁罐或PET瓶內灌注液氮惰性氣體，可以保護內容物，減少營養(yǎng)素的損失。  

12、;   目前PET瓶裝茶飲料通常采用熱灌裝方法，為了降低灌裝溫度，提高茶飲料風味，確保產品衛(wèi)生安全，已開發(fā)PET樹脂成型使用130蒸汽殺菌和特殊灌裝頭灌裝的簡便式無菌包裝機，同時正在開發(fā)冰咖啡等低酸性飲料兩片薄壁罐的無菌包裝技術，以實現(xiàn)薄壁罐的無菌包裝。     國內灌裝生產線全方位發(fā)展我國飲料灌裝設備基本是在引進設備和技術的基礎上發(fā)展起來的，八十年代，引進各種飲料灌裝生產線300多條，包括啤酒灌裝線達500多條。引進灌裝生產線主要分為以下幾類：    玻璃瓶飲料灌裝線八十年代引進11

13、6條玻璃瓶飲料灌裝線，主要用于碳酸飲料，其中80多條是以記賬貿易方式從東歐國家引進的。生產線主要設備有卸箱機、洗瓶機、灌裝機、壓蓋機、貼標機、氣水混合機、裝箱機等。在線檢測設備有真空檢測儀、液面檢測儀、灌裝能力150、200、300400瓶分。設備主要生產廠家有德國SEN、HK、OH、日本三菱重工、意大利希莫拉茲(Simonazzi)、美國邁耶等。     1984年廣東輕機廠引進德國SEN公司和HK公司啤酒灌裝線制造技術，制造每小時2萬瓶的瓶裝啤酒灌裝線，南京輕機廠和合肥輕機廠引進日本三菱重工技術，制造每小時1.8萬瓶的汽水灌裝線。其他還有重慶輕機廠的

14、328設備，每小時14000瓶，廊坊包裝設備制造總公司246設備、每小時60008000瓶的灌裝線。     易拉罐飲料灌裝線“八五”期間，我國引進易拉罐飲料灌裝線15條，同時引進易拉罐啤酒灌裝線14條。主要是德國SEN、美國邁耶公司的設備，包括卸罐機、洗罐機、灌裝機、封罐機、溫罐機、碼垛機及混合機、噴碼機、薄膜收縮機、液位檢測儀等。灌裝能力為150、300、400、500罐分，最高575罐分。目前廣東輕機、南京輕機、合肥輕機等都有自己的易拉罐灌裝線。     聚酯瓶灌裝生產線引進的聚酯瓶飲料灌裝線67條，包括卸箱

15、機、洗瓶機、灌裝機、旋蓋機、溫瓶機、裝箱機等。灌裝能力為400500瓶分(250ml)，50280瓶分(250ml)。主要設備廠家有美國邁耶和德國SEN公司。合肥輕機利用德國Krones公司技術，制造聚酯瓶飲料灌裝線，目前合肥輕機、南京輕機均能制造玻璃瓶和聚酯瓶兩用的飲料灌裝線。     軟包裝飲料灌裝線我國先后從瑞典、美國、德國、法國等國家引進軟包裝飲料灌裝線，其中包括：瑞典利樂包無菌包裝機“八五”期間引進40多條，現(xiàn)全國有160多條，并在我國北京、廣東佛山、江蘇昆山設有復合紙板制造線；美國屋頂形紙盒無菌包裝機(灌裝能力4500盒小時)，法國百利包(灌

16、裝能力80袋分)，德國BOSCH、日本東洋、日本印刷等制造的立袋飲料灌裝機，德國zupack紙盒成形-灌裝-封口飲料熱灌裝線，德國PKL，采用預成形紙盒，包括開盒、灌裝、封口(灌裝能力6300盒小時)。以上前三種為無菌灌裝，后三種采用熱灌裝，灌裝封口后用噴淋冷水冷卻。     碳酸飲料灌裝線經過引進和消化吸收，我國飲料裝備水平已有很大提高，特別是150瓶(罐)分以上生產能力的灌裝生產線基本可以成套供應。目前南京輕機、合肥輕機和廣東輕機已能提供生產能力高達600瓶分的玻璃瓶和600罐分的易拉罐飲料或啤酒灌裝生產線，主要設備包括半自動卸垛機、沖罐機(洗瓶機)

17、、灌裝機、封罐機(壓蓋機、旋蓋機)、溫罐機(溫瓶機)、混合機、紙箱包裝機和殺菌機。     中小規(guī)模飲料灌裝生產線水平不高，成套能力差，制造廠主要分布在廊坊、張家港、靖江、上海奉賢、胡橋、海門、沈陽、河南新鄉(xiāng)以及北京等地，大部分僅提供洗瓶(洗罐)、灌裝壓蓋(封罐)設備。廊坊包裝設備制造公司將水處理、制冷、糖化、配料以及管路系統(tǒng)的制造廠組成集團公司，供應成套飲料灌裝設備。瓶裝飲用水生產線主要包括沖瓶、灌裝、封口設備及水處理和消毒設備。廊坊包裝設備制造公司、張家港美星等都能成套供應。     果汁飲料灌裝生產線中小規(guī)模

18、的非充氣飲料灌裝線包括玻璃瓶灌裝生產線和易拉罐灌裝生產線，生產能力40200瓶(罐)分。其中灌裝速度低的果茶灌裝機是寶坻包裝廠的產品，近年來采用活塞式定量的灌裝機制造廠有銘瑞、樂惠和黃巖飛云機械廠等。     易拉罐灌裝生產線制造廠遍及溫州、杭州、汕頭等地，生產能力400012000罐分，主要提供洗罐、灌裝、封罐設備，成套提供能力較差。     濃縮果汁設備除引進的濃縮果汁生產線外，我國已基本能生產濃縮果汁設備。第一條國產果汁生產線誕生于1994年底，使用廠是山東平原寶原果汁飲品公司，當時的主要設備是臥式螺旋沉降式

19、離心機和降膜管式三效蒸發(fā)器，采用傳統(tǒng)方法生產濃縮果汁。濃縮設備除使用降膜管式蒸發(fā)器外，還有蘭州石化裝備工程總公司的板式蒸發(fā)器，目前雖然我國已有少數(shù)企業(yè)能提供成套濃縮果汁設備，但用于果汁澄清的超濾裝置都依靠進口。相信不久的將來會有自動化程度高的國產果汁超濾設備問世。1.2控制要求（1） 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罐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（2） 當瓶子定位在罐裝設備下時，停頓1秒，罐裝設備開始工作，罐裝過程為5秒鐘，罐裝過程應有報警顯示，

20、5秒后停止并不再顯示報警（3） 用兩個傳感器和若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)，設最多不超過99999999瓶（4） 可以手動對計數(shù)值清零（復位）第二章 總體控制方案2.1飲料罐裝生產流水線的基本結構飲料灌裝流水線的基本結構圖如下所示：整個灌裝流水線的基本結構如圖1、圖2、圖3所示。整個流水線由主傳送帶、次品傳送帶、灌裝裝置、次品推動裝置、定位傳感器、次品檢測傳感器等組成。電動機的啟動和停止，灌裝裝置向上、向下移動和灌裝，次品的檢測、推動都是由PLC控制的。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。 灌裝生產流水線基本結構圖1灌裝生

21、產流水線基本結構圖 2灌裝生產流水線基本結構圖 32.2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備來控制的。通過電動機的運轉，帶動流水線的工作。而灌裝設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。第三章 硬件控制設計3.1PLC的選擇 PLC的結構與特點：PLC的構成從結構上分，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、內存、電源模塊、底板或機架，這

22、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，反應快，可靠性高，抗干擾能力強。PLC一經出現(xiàn)，由于它的自動化程度高、可靠性好，設計周期短、使用和維護簡便等獨特優(yōu)點，備受國內外工程技術人員和工商業(yè)界廠商的極大關注，生產PLC的廠商孕起。隨著大規(guī)模集成電路和微處理器在PLC中應用，是PLC的功能不斷得到增強，產品得到飛速發(fā)展。目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、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的分類 PLC產品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對PLC的分類，通常根據(jù)其結構形式的不同、功能的差異

23、和I/O點數(shù)的多少等進行大致分類。1. 按結構形式分類 根據(jù)PLC的結構形式，可將PLC分為整體式、模塊式和疊裝式三類。（1）整體式PLC 體式PLC是將電源、CPU、I/O接口等部分都集中裝在一個機箱內，具有結構緊湊體積小、價格低等特點。小型PLC一般采用這種整體式結構。整體式PLC由不同I/O點數(shù)的基本單元(又稱主機)和擴展單元組成?；締卧獌扔蠧PU、I/O接口、與I/O擴展單元相連的擴展口，以及與編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴展單元只有I/O和電源等，沒有CPU?；締卧蛿U展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其

24、功能得以擴展。（2）模擬式PLC 模擬式PLC是將PLC各組成部分，分別做成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。模塊式PLC由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴展和維修。大、中型PLC一般采用模塊式結構。(3) 疊裝式PLC 將整體式和模塊式的特點結合起來，構成疊裝式PLC。疊裝式PLC其CPU、電源、I/O接口等也是各自獨立的模塊，但它們之間是靠電纜進行聯(lián)接，而且各模塊可以一層層的疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可以做的體積小巧

25、。2. 按功能分類 根據(jù)PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低檔、中檔、高檔三類。（1）低檔PLC 具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自我診斷、監(jiān)控等基本功能，還有少量模擬量I/O、算術運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機控制系統(tǒng)。（2）中檔 PLC 除具有低檔PLC的功能外，還具有較強的模擬量I/O、算術運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉換、遠程I/O、子程序、通信聯(lián)網等功能。還有一些還可增設中斷控制、PID控制等功能，適用于復雜控制系統(tǒng)。（3）高檔 PLC 除具有中檔機的功能外，還增加了帶符號算術運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根及其它特殊功能函數(shù)

26、的運算、制表及表格傳送功能等。高檔PLC機具有更強的通信聯(lián)網功能，可用于大規(guī)模過程控制或構成分布式網絡控制系統(tǒng)，實行工廠自動化。3. 按I/O點數(shù)分類 根據(jù)PLC的I/O點數(shù)的多少，可將PLC分為小型、中型和大型三類。（1）小型 PLCI/O點數(shù) 256點；單CPU、8位或16位處理器、用戶儲存器容量4K以下。如：GE-I型 美國通用電器（GE）公司TI100 美國德州儀器公司F、F1、F2 日本三菱電器公司C20 C40 日本立石公司（歐姆龍）S7-200 德國西門子公司EX20 EX40 日本東芝公司SR-20/21 中外合資無錫華光電子工業(yè)有限公司 （2）中型 PLCI/O點數(shù)256 2

27、046點;雙CPU,用戶儲存器容量28K 如: S7-300 德國西門子公司 SR-400 中外合資無錫華光電子工業(yè)有限公司 SU-5、SU-6 德國西門子公司 C-500 日本立石公司 GE- GE 公司(3) 大型 PLCI/O點數(shù) > 2048點；多CPU、16位、32位處理器，用戶儲存器容量8 16K如：S7-400 德國西門子公司 GE- GE公司 C-2000 日本立石公司 K3 三菱公司等 PLC的比較 西門子：價格昂貴，模擬量精確度高，編程復雜。模擬量簡單，主要用于高精密設備。 三 菱 ：價格一般，編程簡單，模擬量復雜，模擬量精確度比西門子差，主要用于一般設備。 歐姆龍：

28、價格一般，編程簡單，模擬量不如西門子和三菱，一般數(shù)字量控制設備。 三菱對重工業(yè)比較適應，環(huán)境適應能力比較強，比較臟的地方也能運行比較穩(wěn)定；像鑄造，電梯這樣的；歐姆龍在電子行業(yè)運用的比較多，它的PLC功能強大，而且系列比較全，甚至PLC間通信，子機控制等都比較好，性能比三菱的略強，但是環(huán)境適應能力略差與三菱的。 松下的產品一貫的中規(guī)中矩的，但是在PLC 方面感覺沒有歐姆龍專業(yè)，PLC型號也不是很全，適合于簡單控制。 因此，根據(jù)設計需求我選擇了三菱生產的PLC系列。 三菱公司是日本生產PLC的主要廠家之一。該公司生產的FX2N系列機型，屬于高性能疊裝式機型，是三菱公司上網典型產品，F(xiàn)X2N系列PL

29、C編程元件的編號分為兩部分；第一部分是代表功能的字母。如輸入繼電器用“X”表示，輸出繼電器用”Y”表示。第二部分為數(shù)字，數(shù)字為該類器件的序號。根據(jù)所需的用戶輸入，輸出設備及I/O點數(shù)，選擇FX2N-48RM-001型PLC就能滿足控制系統(tǒng)的要求。3.2傳感器的選擇由于結合實際情況我選擇了光電傳感器。主要用到光電壓力傳感器和光電液位傳感器等。傳感器工作原理的分類物理傳感器應用的是物理效應，諸如壓電效應，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應。被測信號量的微小變化都將轉換成電信號。傳感器分類：按照其用途，傳感器可分類為，壓力傳感器、位置傳感器、液面?zhèn)鞲衅?、能耗傳感器、速度傳感器、加速度?/p>

30、感器、射線傳感器、射線輻射傳感器、熱敏傳感器。不同的傳感器有不同的工作原理，例如，光電傳感器，光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測的變化轉換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。光電傳感器一般由光源、電學通路和光電元件三部分組成。光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結構簡單，形式靈活多樣，因此，光電式傳感器在檢測和控制中應用非常廣泛。光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉換的關鍵元件，它是把光信號（紅外、可見及紫外光輻射）轉變?yōu)殡娦盘柕钠骷?。光電傳感器是以光電器件作為轉換元件的傳感器。它可用于檢測直接引起光量變化的

31、非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分型面等；也可用于檢測能轉換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。光電傳感器具有非接觸器、響應快、性能可靠等特點，因此在工業(yè)自動化裝置和機器人中獲得廣泛應用。近年來，新的光電器件不斷涌現(xiàn)，特別是CCD圖像傳感器的誕生，為光電傳感器的進一步應用開創(chuàng)了新的一頁；再如，液面?zhèn)鞲衅鳎o壓液位計/液位變送器/液位傳感器/水位傳感器是一種測量液位的傳感器。灌裝監(jiān)測傳感器選型為：光電傳感器（熱型紅外線傳感器）采用紅外線傳感器來監(jiān)測空瓶子的到來后動作，起到接通開關的作用。它是利用被測物體熱輻射

32、引起敏感元件溫度的變化進行測量。本次課題我將選擇用光電傳感器和液位傳感器，分別用來檢測瓶子是否到達和瓶子是否裝滿合格。3.3電磁閥的選擇1、 據(jù)管道參數(shù)選擇電磁閥的：通徑規(guī)格（即DN）、接口方式1、按照現(xiàn)場管道內徑尺寸或流量要求來確定通徑（DN）尺寸。2、接口方式，一般>DN50要選擇法蘭接口，DN50則可根據(jù)用戶需要自由選擇。二、根據(jù)流體參數(shù)選擇電磁閥的：材質、溫度組1、腐蝕性流體：宜選用耐腐蝕電磁閥和全不銹鋼；食用超凈流體：宜選用食品級不銹鋼材質電磁閥。2、高溫流體：要選擇采用耐高溫的電工材料和密封材料制造的電磁閥，而且要選擇活塞式結構類型的。3、流體狀態(tài)：大至有氣態(tài)，液態(tài)或混合狀態(tài)

33、，特別是口徑大于DN25訂貨時一定要區(qū)分開來。4、流體粘度：通常在50cSt以下可任意選擇，若超過此值，則要選用高粘度電磁閥。三、根據(jù)壓力參數(shù)選擇電磁閥的：原理和結構品種1、公稱壓力：這個參數(shù)與其它通用閥門的含義是一樣的，是根據(jù)管道公稱壓力來定。2、工作壓力：如果工作壓力低則必須選用直動或分步直動式原理；最低工作壓差在0.04Mpa以上時直動式、分步直動式、先導式均可選用。四、電氣選擇：電壓規(guī)格應盡量優(yōu)先選用AC220V、DC24較為方便。五、根據(jù)持續(xù)工作時間長短來選擇：常閉、常開、或可持續(xù)通電1、當電磁閥需要長時間開啟，并且持續(xù)的時間多余關閉的時間應選用常開型。2、要是開啟的時間短或開和關的

34、時間不多時，則選常閉型。3、但是有些用于安全保護的工況，如爐、窯火焰監(jiān)測，則不能選常開的，應選可長期通電型。六、根據(jù)環(huán)境要求選擇輔助功能：防爆、止回、手動、防水霧、水淋、潛水1、爆炸性環(huán)境：必須選用相應防爆等級的電磁閥。2、 當管道介質有倒流現(xiàn)象時,可選擇帶止回功能的電磁閥。3、當露天對電磁閥進行現(xiàn)場人工操作時，帶手動功能的電磁閥。4、露天安裝或粉塵多場合應選用防水，防塵品種（防護等級在IP45以上）。用于噴泉或水下管道則必須采用潛水電磁閥（防護等級在IP68以上）。3.4 按鈕開關是一種結構簡單，應用十分廣泛。在電氣自動控制電路中，用于手動發(fā)出控制信號以控制接觸器、繼電器、電磁啟動器等。按鈕

35、開關的結構種類很多，可分為自鎖式、自復位式、旋柄式、蘑菇頭式、帶指示燈式、帶燈符號式及鑰匙是等，有單鈕、雙鈕、三鈕及不同組合形式，一般是采用積木式結構，由按鈕帽，復位彈簧，橋式觸頭和外殼等組成，通常做成復合式，有一對常閉觸頭和常開觸頭，有的產品可通過多個元件的串聯(lián)增加觸頭對數(shù)。還有一種自持式按鈕，按下后即可自動保持閉合位置，斷電后才能打開。3.5 報警燈 適用范圍：廣泛適用于各種特殊場所警示標志，也適合市政、施工作業(yè)和監(jiān)護、救護、搶險工作人員做信號聯(lián)絡和方位指示之用。 光效節(jié)能 光源選用超高亮度固態(tài)免維護LED光源，光效高、壽命長、節(jié)能環(huán)保；優(yōu)良的芯電路設計，聲音和聲光兩種工作模式任意轉換，聲

36、音報警聲強高達115分貝以上，穿透能力強。 充電電池 高能無記憶電池組，充放電性能穩(wěn)定、容量高、自放電率低、節(jié)能環(huán)保。 安全可靠 采用先進的光學軟件和優(yōu)化的結構密封設計，外殼選用進口的工程塑料，經受強力的碰撞和沖擊，確保燈具可在惡劣的環(huán)境中長期穩(wěn)定可靠的工作。 使用方便 體積小、重量輕、攜帶方便，可采用臺面放置、手提、磁力吸附等多種方式。3.6行程開關行程開關，位置開關（又稱限位開關）的一種，是一種常用的小電流主令電器。利用生產機械運動部件的碰撞使其觸頭動作來實現(xiàn)接通或分斷控制電路，達到一定的控制目的。通常，這類開關被用來限制機械運動的位置或行程，使運動機械按一定位置或行程自動停止、反向運動、

37、變速運動或自動往返運動等。 在電氣控制系統(tǒng)中，位置開關的作用是實現(xiàn)順序控制、定位控制和位置狀態(tài)的檢測。用于控制機械設備的行程及限位保護。構造：由操作頭、觸點系統(tǒng)和外殼組成。 在實際生產中，將行程開關安裝在預先安排的位置，當裝于生產機械運動部件上的模塊撞擊行程開關時，行程開關的觸點動作，實現(xiàn)電路的切換。因此，行程開關是一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。 行程開關廣泛用于各類機床和起重機械，用以控制其行程、進行終端限位保護。在電梯的控制電路中，還利用行程開關來控制開關轎門的速度、自動開關門的限位，轎廂的上、下限位保護。 行程開關可以安裝在相對靜止的物體（如固定架、

38、門框等，簡稱靜物）上或者運動的物體（如行車、門等，簡稱動物）上。當動物接近靜物時，開關的連桿驅動開關的接點引起閉合的接點分斷或者斷開的接點閉合。由開關接點開、合狀態(tài)的改變去控制電路和機構的動作。3.7加減計數(shù)器 計數(shù)器是一個用以實現(xiàn)計數(shù)功能的時序部件，它不僅可用來計數(shù)，還常用作數(shù)字系統(tǒng)的定時、分頻和執(zhí)行數(shù)字運算以及其它特定的邏輯能 計數(shù)種類很多。根據(jù)計數(shù)器中各觸發(fā)器的時鐘脈沖引入方式，可分為同步計數(shù)器和異步計數(shù)器。根據(jù)計數(shù)制的不同，可分為二進制計數(shù)器和非二進制計數(shù)器。根據(jù)計數(shù)器的增減趨勢，又可分加發(fā)、減法和可逆計數(shù)器。還有可預置數(shù)和可編程功能計數(shù)器等等。 因為本次所記的數(shù)位筆較高，因此此次采用

39、的是32為加 / 減計數(shù)器。它的設定值為 -2147483648 +2147483647，其中C200 C219(共20點)為通用型，C220 C234(共15點）為斷電保持型。 32位加 / 減計數(shù)器 C220 C234的加 / 減計數(shù)方式由特殊輔助繼電器M8200 M8234設定，對應的特殊輔助繼電器為ON時，為減計數(shù)；反之為加計數(shù)。計數(shù)器的設定值除了可由常數(shù)K設定外，還可以通過指定數(shù)據(jù)儲存器來設定，32位設定值存放在元件號相連的兩個數(shù)據(jù)儲存器中。如果指定的是D0，則設定值存放在D1和D0中。3.8 機械手機械手是在機械化、自動化生產過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術特別是

40、電子計算機的廣泛應用，機器人的研制和生產已成為高技術領域內迅速發(fā)展起來的一門新興技術，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結合。機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動、不知疲勞、不怕危險、抓舉重物的力量比人手大等特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用.機械手的操作方式分為手動操作方式和自動操作方式。自動操作方式又分為單步、單周期和連續(xù)操作方式。手動操作：就是用按鈕操作，對機械手的每一種運動單獨進行控制。例如：當選擇上下運動時，按下啟動按鈕，機械上升；按下停止按鈕，機械手下降。當選擇左右運動時，按下啟動按鈕，機械

41、手左移；按下停止按鈕，機械手右移。當選擇夾緊放松運動時，按下啟動按鈕，機械手夾緊；按下停止按鈕，機械手放松。單步操作：每按一下啟動按鈕，機械手完成一步動作后自動停止。單周期操作：機械手從原點開始，按下啟動按鈕，機械手自動完成一個周期的動作后停止。在工作中若按一下停止按鈕，則機械手動作停止。重新啟動時需用手動操作方式將機械手移回到原點，然后按一下啟動按鈕，機械手又開始重新單周期操作。連續(xù)操作：機械手從原點開始，按一下啟動按鈕，機械手將自動地、連續(xù)地周期性循環(huán)。在工作中若按一下停止按鈕，則機械手停止工作。重新啟動時，必須用手動操作將機械手移回到原點，然后按下啟動按鈕，機械手又開始重新連續(xù)工作。在工

42、作中若按下復位按鈕，則機械手將繼續(xù)完成一個周期的動作后，回到原點自動停止。機械手在工業(yè)生產中得到廣泛的應用，傳統(tǒng)工藝中采用繼電器控制時，需要的繼電器多，接線復雜，因 此故障多，維修困難，費時費工，不僅加大了成本，而且影響設備的工效。本文介紹了用日本三菱公司生產的F1F2 系列可編程控制器，根據(jù)機械手的運動規(guī)律：左右、上下、夾松等進行軟件編程。實現(xiàn)了手動操作，即：用按鈕操 作，對機械手的每一種運動單獨進行控制；自動操作包括單步、單周期和連續(xù)操作。另外，對右工作臺有工件的特 殊情況進行了處理。采用梯形控制直觀易懂，為電氣人員所熟悉；采用PLC控制使接線簡化，安裝方便，而且保證 運行的可靠性，減少維

43、修量，提高了工效。3.9數(shù)碼管數(shù)碼管是一類顯示屏通過對其不同的管腳輸入相對的電流，會使其發(fā)亮，從而顯示出數(shù)字能夠顯示 時間、日期、溫度等所有可用數(shù)字表示的參數(shù)。由于它的價格便宜 使用簡單 在電器 特別是家電領域應用極為廣泛，空調、熱水器、冰箱等等。絕大多數(shù)熱水器用的都是數(shù)碼管，其他家電也用液晶屏與熒光屏。 控制系統(tǒng):1、防水LED護欄管一般是在外罩接口處用熱熔膠或硅膠密封，內部LED、電路板都是裸露的，由于晝夜溫差大，外罩的端頭與外罩熱脹冷縮不同，導致熱熔膠或硅膠密封處出現(xiàn)縫隙，下雨后雨水滲進內部，造成電路短路而燒毀LED。要解決這個問題，一定要求對內部電路和LED進行灌膠處理。接頭單用熱熔膠

44、或硅膠密封固然簡單，但可靠性達不到在戶外應用的要求。 2、防紫外線LED護欄管由于要求混光防雨，外面都會有外罩，外罩的材料選擇是很多不規(guī)范公司降低成本的又一個手段，質量好的產品都會使用增加了抗紫外線的材料。如GE、拜爾等材料，而質量不好的LED護欄管很多使用混合了水口料的材料，談不上抗紫外線，太陽光比較大的地方，不到一個月，外罩就變成黃色的了，從而出光效果變差，透光率也大大減小。 3、線損有色金屬漲價很多，采用劣質材料和減小線徑是一些廠家節(jié)省成本的方法，一般好的生產廠家都會在內部使用1mm以上的導線，而且導線材料使用的是符合國標的產品。如果導線面積不夠或材料的雜質太多，電阻值就較大，前面的護欄

45、管和后面的護欄管就有較大的電壓差，為了讓后面的LED也能正常工作，就需要增加輸入電壓，這樣無形中就增加了功耗，很多電能不是用于驅動驅動LED，而是浪費在導線和恒流芯片上?，F(xiàn)在通用的恒流芯片都有功耗要求，電壓高功耗就大，如果功耗太大，熱量散不出去就會導致芯片燒毀。這就是為什么很多LED護欄管都是前面損壞得多的原因了。 4、散熱一般LED護欄管外罩和低座完全是一體的，都是塑膠材料。當LED排布很密時，在通電熱平衡后，LED的結溫已經很高了，就將造成LED的壽命急劇減少。實力強的LED護欄管公司肯定會有熱設計人員，在設計護欄管外罩時就會想法把LED的熱量和恒流芯片的熱量有效的傳導到大氣中去。底座使用

46、鋁材是比較好的方法。另外在設計時要盡量將PCB靠近鋁底座。 5、供電護欄管的供電有兩種方式：220V的高壓和48V以下的低壓。220V直接供電是一種危險而又不經濟的方式，低壓的做法是用電容或電阻降壓后供給。這種方式首先是安全性就存在很大的問題；其次是太耗電并對電網有極大的損害，供電部門是堅決反對的。由于突然在線路上加接了大量的容性負載，使供電線路失配形成了自激震蕩，就可能出大事故。第四章 電氣控制線路設計4.1硬件電路的控制 電氣控制原理圖如圖3.2所示：圖3.2 電氣控制原理圖圖3.2中斷路器QF1、 QF2、 QF3、 QF4、 QF5將三相電源引入，同時QF1、 QF2、 QF3、 QF

47、4、 QF5為電路提供短路保護。（1）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罐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，傳送帶驅動電機自動啟動，并保持到又檢測到一個瓶子或停止開關動作。（2）報警當灌裝裝置開始灌裝飲料時，報警裝置得到PLC輸出信號，此時，報警燈亮，開始報警，5秒鐘以后，灌裝結束，同時報警結束。（3）計數(shù)過程計數(shù)過程需記錄滿瓶數(shù)和次品瓶數(shù)，主要是以紅外發(fā)光二極管和微波液位計作為傳感器，記錄所有瓶數(shù)的技術原理是當紅外線接收管受到紅外線的照射時，其本身的電阻很小，呈低阻值，電路導通，當紅外發(fā)射頭與接收頭中間沒有物品擋住時紅外接收到紅外線照射

48、，呈現(xiàn)低電阻，發(fā)出一個高電平信號，計數(shù)裝置計一次數(shù)。當有物體經過紅外發(fā)射與接收的中間時，由于紅外線被擋住，紅外接收管呈現(xiàn)大的阻值，電路斷開，這時紅外接收管發(fā)出一個低電平信號。當物體過完之后又回到原來的狀態(tài)。計數(shù)裝置由8個十進制計數(shù)器組成，當計數(shù)到99999999時，再計數(shù)一次，計數(shù)器溢出。計數(shù)最多不超過99999999。記錄次品瓶數(shù)的技術原理是當檢測到有次品時，微波接受裝置發(fā)出信號給PLC，PLC的寄存器值加一，同時，所有瓶數(shù)減去次品瓶數(shù)便得出了可滿瓶數(shù)，把滿瓶數(shù)也放入另一個寄存器中。這就是記錄滿瓶數(shù)和次品瓶數(shù)的技術原理。電路設置了手動復位按鈕，計數(shù)器正常計數(shù)時是低電平，按下復位按鈕后，復位端

49、變成高電平，使計數(shù)器復位，實現(xiàn)手動對計數(shù)器清零。灌裝設備設計飲料灌裝裝置主要包括兩部分:灌裝設備設計恒壓儲液罐灌液和計數(shù)部分。在恒壓儲液罐灌液中，里面有上限液位和下限液位傳感器，它們被淹沒時是一狀態(tài)。液面低于下限液位時恒壓儲液罐為空。恒壓儲液灌電磁閥斷電關閉，使液位保持穩(wěn)定。恒壓儲液罐下面是罐裝頭部分，共有若干個灌裝頭。夾瓶裝置由氣缸1驅動下降，下降到位后，夾瓶裝置由氣缸2夾緊定位，下降及夾緊由行程開關控制位置。定位夾緊后，罐裝頭由氣壓缸3驅動下降，到位后灌裝頭電磁閥打開，開始灌液，延時5S后電磁閥關閉，通過電磁閥的開啟達到罐裝容量控制。飲料通過進液電磁閥流入恒壓儲液灌，液面到達上限位時進液電

50、磁閥斷電關閉，使液位保持穩(wěn)定。4.1.2 壓蓋設備設計壓蓋機主要是上部的儲蓋斗、四個壓蓋頭控制壓蓋的固定凸輪，下部的星型圓盤、底牌、中心固定主軸機主傳動系統(tǒng)組成。旋蓋，采用磁性恒力矩，擰蓋立柜無級可調，不損傷瓶蓋，封蓋嚴密。該旋蓋機是為目前多數(shù)生產聚酯瓶，飲料而專門配置的，該機具有旋蓋質量好、結構緊湊、嗓音低、維修方便等特點。該單機主要是由主軸、旋蓋頭和理蓋三個部分組成。旋蓋頭的升降：當需要不同高度瓶子時，通過調節(jié)機構可以自如實現(xiàn)，其調節(jié)過程是，首先先松開內六角平端緊定螺釘，然后搖轉搖柄，帶動旋蓋升降蝸桿，升降蝸桿轉動，從而使旋蓋機升降螺桿上下運動，這樣升降螺桿就帶動旋蓋頭整個部件上下移動，而

51、達到所需調節(jié)的高度。最后擰緊緊定螺釘。壓蓋機的工作原理：利用電機帶動推桿下降壓緊瓶蓋頂端，使鎖口裝置自動能夠鎖緊鎖蓋。壓蓋機臺面和防護罩一般都為不銹鋼材料制造，強度大，耐磨損，使用壽命長。通過壓蓋機軋的飲料瓶蓋密封性好。運動過程：推桿做與飲料瓶同步的圓周運動，為了實現(xiàn)自動壓蓋，推桿需做上下往返運動；首先利用磁力將瓶蓋吸附到推桿的封口頭中，然后推桿以特定的運動規(guī)律先上升再想下運動，當其將達到最低點時，恰好對準運動的飲料瓶口，實現(xiàn)快速壓蓋。然后封口頭繼續(xù)上升、下降，在另一個最低點處去瓶蓋，繼續(xù)這一個過程。壓蓋后的飲料瓶繼續(xù)運動，離開工作臺，進入下一步工序。第五章 軟件控制設計5.1 系統(tǒng)流程圖5.

52、1.1 系統(tǒng)流程圖檢測到空飲料瓶 開 始 傳 送 帶 運 行N光電傳感器是否到達裝設備下YN傳 送 帶 運 行Y1灌料是否到達 5S延時 1S灌裝設備到達下限開關 灌 裝 開 始NY灌裝設備到達下限開關 報 警 燈 滅傳 送 帶 運 行Y到達旋蓋 設備下光電傳感器傳 送 帶 停 止旋蓋設備到達下限開關旋蓋設備工作2S計數(shù)器計數(shù)（裝箱）計數(shù)器是否到達99999999 結 束 次品傳送帶運行機械臂動作液面?zhèn)鞲衅魇欠裼行盘?傳 送 帶 運 行旋蓋設備到達上限開關 指 示 燈 滅指示燈亮YNYNY5.1.2 系統(tǒng)流程控制過程灌裝流水線工作流程圖如圖所示。系統(tǒng)通過開關設定為自動操作模式，一旦啟動，則傳送

53、帶的驅動電機啟動并一直保持的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，灌裝工程為飲料瓶裝飲料5S，灌裝和上蓋過程應有報警顯示，上蓋過程停止并不再顯示報警，報警方式為紅燈以0.5S間隔閃爍，與此同時生產的飲料用液面?zhèn)鞲衅鱽磉M行分類，液面?zhèn)鞲衅饔行盘枮楹细衿?，沒有信號則視為不合格品，這時機械臂動作，不合格品推進次品傳送帶。而正品則打包計數(shù)，30為一包。生產完后，系統(tǒng)將所記錄數(shù)據(jù)送入指定的儲存器中，然后將計數(shù)器清零。在電動機運轉時按下停止按鈕，系統(tǒng)會馬

54、上停止工作；而在系統(tǒng)進行灌裝和加蓋時，按下停止按鈕，系統(tǒng)不會馬上停止工作，而是待加蓋工作完成后，系統(tǒng)最終停下工作。灌裝流水線的運作是通過電機和灌裝設備來控制的。通過電動機的運轉，帶動流水線的工作。而灌裝設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。5.2 I/O接線圖5.3 I/O分配表5.4 梯形圖第六章 調試過程及結果（1）在電腦上安裝GX-Developer軟件，程序編號后，將程序輸入GX-Developer軟件中，在電腦上進行初步仿真調試。（2）先將PLC程序傳入程序控制器中。（3）對各個輸入I/O口給信號處理，看各個輸出口是否有相應的輸出，如果沒有按照設計要求輸出，對程序進行更改，直到各輸出口有相應的輸出。（4）如果條件允許的話，用編程軟件將程序輸入PLC中，在確認PLC的電源、外