《李昕畢業(yè)設(shè)計(論文)-基于PLC飲料灌裝生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《李昕畢業(yè)設(shè)計(論文)-基于PLC飲料灌裝生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)設(shè)計（37頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

摘 要 I 本 科 畢 業(yè) 論 文 論文題目 基 PLC 飲料灌裝生產(chǎn) 流水線的控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名 李昕 學(xué) 號 12010247764 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 機(jī)械及自動化 1 班 指導(dǎo)教師 丁莉君 2014 年 5 月 6 日 摘 要 本文主要介紹的是基于三菱 FX1N 40MR 可編程控制器 PLC 的飲料灌裝生產(chǎn)流 水線的控制系統(tǒng)的設(shè)計 該系統(tǒng)的設(shè)計包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計 其中硬件設(shè)計包括 三菱 FX1N 40MR PLC 外部電路的設(shè)計與安裝 軟件部分包括程序的設(shè)計與調(diào)試 所設(shè) 計系統(tǒng)最終能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能 1 能對空瓶進(jìn)行運(yùn)送 灌裝 灌裝量可根據(jù)空瓶大 小設(shè)定 2 對滿瓶進(jìn)行運(yùn)送及計數(shù) 計數(shù)值包括累計計數(shù) 單位包裝計數(shù) 單位 包裝計數(shù)量可根據(jù)包裝大小設(shè)定 3 能夠?qū)崿F(xiàn)手動復(fù)位 該系統(tǒng)主要運(yùn)用了三菱 PLC 傳感器 繼電器 行程開關(guān)等器件 利用 PLC 良好的自動控制性能 實(shí)現(xiàn)飲料 罐裝生產(chǎn)過程的無人控制 a 關(guān) 鍵 詞 PLC 飲料灌裝 生產(chǎn)流水線 III ABSTRACT This paper mainly introduces the control system of beverage filling production line based on Mitsubishi FX1N 40MR PLC The system design consists of hardware and software design The hardware design includes Mitsubishi FX1N 40MR PLC s external circuit design and 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 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 of PLC to achieve the no control of beverage filling production line KEY WORDS PLC Beverage filling Production line IV 目 錄 1 緒論 1 1 1 課題研究背景 1 1 2 課題研究內(nèi)容 1 2 飲料罐裝生產(chǎn)流水線總體方案設(shè)計 3 2 1 任務(wù)的分析 3 2 2 硬件方案設(shè)計 3 2 3 軟件方案設(shè)計 3 2 3 1 經(jīng)驗設(shè)計法 4 2 3 2 邏輯設(shè)計法 4 3 系統(tǒng)元件的選擇 5 3 1 PLC 的選型 5 3 2 電動機(jī)的選型 5 3 3 接觸器的選型 6 3 4 熱繼電器的選型 6 3 5 開關(guān)電器 熔斷器的選型 6 3 6 傳感器的選型 6 4 系統(tǒng)的硬件電路實(shí)現(xiàn) 9 4 1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 9 4 2 主電路的設(shè)計 9 4 3 控制電路的設(shè)計 10 4 4 操作面板的設(shè)計 10 5 系統(tǒng)程序的設(shè)計 13 5 1 控制要求和控制過程分析 13 5 2 I O 端口分配 13 5 3 梯形圖 15 5 3 1 初始化程序 15 5 3 2 裝箱選擇程序 15 5 3 3 流水線主控程序 16 5 3 4 閃爍報警程序 18 5 3 5 記數(shù)程序 18 5 3 6 數(shù)據(jù)傳送程序 19 目 錄1 緒論 V 6 程序調(diào)試 21 6 1 裝箱選擇程序的仿真 21 6 2 主控制程序的仿真 21 6 3 閃爍報警程序的仿真 24 6 4 記數(shù)程序的仿真 24 7 結(jié)論與展望 25 致 謝 26 參考文獻(xiàn) 27 附 錄 28 即可 Equation Chapter 1 Section 1 1 1 緒論 1 1 課題研究背景 我國的飲料灌裝自動化相對于西方發(fā)達(dá)國家來講還有很大的差距 設(shè)備陳舊 技 術(shù)落后 成為阻礙我們灌裝行業(yè)發(fā)展的一個嚴(yán)重問題 鑒于這些問題 我國企業(yè)不斷 發(fā)展自身的實(shí)力 逐步朝著生產(chǎn)高速化 設(shè)備結(jié)構(gòu)合理化 設(shè)備的多功能化 設(shè)備的 綠色化 控制的智能化等方向發(fā)展 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 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 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(shí)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 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 飲料灌裝機(jī)用于灌裝各種各樣的瓶裝飲料 適合大中型飲料生產(chǎn)廠家 早期的灌 裝機(jī)械大多數(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(diǎn) 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 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(diǎn) 在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用 專為 PLC 應(yīng)用 而實(shí)際的觸摸屏集主機(jī) 輸入和輸出設(shè)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(jìn)液電磁閥流入恒壓儲液罐 液面達(dá)到上限位時進(jìn)液 電磁閥斷電關(guān)閉 使液位保持恒定 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 2 觸器控制功能用 PLC 代替 構(gòu)成實(shí)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 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 目前 飲料的灌裝伸長已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動化 為了提高產(chǎn)品質(zhì)量 縮短生產(chǎn)周 期 適應(yīng)產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的要求 產(chǎn)品生產(chǎn)正向縮短生產(chǎn)周期 降低成本 提高生 產(chǎn)質(zhì)量等方面發(fā)展 因此 飲料廠的自動化灌裝生產(chǎn)線中有越來越多的及其在使用先 進(jìn)的灌裝技術(shù)來提高及其的自動化電氣控制水平和生產(chǎn)效率 PLC 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(shí)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) 目前飲料灌裝生產(chǎn)線的控制過程主要是繼電器接觸控制 但這種電路接線復(fù)雜 可靠性低 使得工業(yè)生產(chǎn)的效率得不到提高 3 4 不過 隨著時代的發(fā)展 飲料灌裝 生產(chǎn)線的控制過程正朝著智能化和自動化的方向發(fā)展 PLC 是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電 接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物 它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜 可靠性低 功耗高 通用性和靈活性差的缺點(diǎn) 充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn) 又照顧 到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣 特別是 PLC 的程序編制 不需要專門的計 算機(jī)編程語言知識 而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式 使用戶 程序編制形象 直觀 方便易學(xué) 調(diào)試與查錯也都很方便 用戶在購到所需的 PLC 后 只需按說明書的提示 做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作 就可靈活方便 地將 PLC 應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐 5 12 1 2 課題研究內(nèi)容 本課題對飲料罐裝生產(chǎn)流水線的硬件和軟件進(jìn)行了設(shè)計 其中硬件設(shè)計包括三菱 FX1N 40MR PLC 外部電路的設(shè)計與安裝 軟件部分包括程序的設(shè)計與調(diào)試 根據(jù)系 統(tǒng)的要求對 PLC 電動機(jī) 傳感器等外部設(shè)備進(jìn)行選型 設(shè)計好的飲料灌裝生產(chǎn)流水 線能夠?qū)崿F(xiàn)以下目的 1 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)動作或待灌裝的飲料瓶被傳送至灌裝設(shè)備下 時停止 瓶子裝滿飲料并上蓋后 傳送帶驅(qū)動電機(jī)必須自動啟動 并保持到下一個待 灌裝的飲料瓶被傳送至灌裝設(shè)備下或停止開關(guān)動作 2 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 對于大瓶灌裝 8 秒鐘 小瓶則灌裝 5 秒鐘 待灌裝 過程完畢再對飲料瓶進(jìn)行上蓋 上蓋時間為 2 秒鐘 整個灌裝和上蓋過程應(yīng)有報警顯 示 待上蓋完畢后不再顯示報警 報警方式為紅燈以 0 5s 間隔閃爍 3 包裝上 3 對于小瓶 40 瓶為一大包 30 瓶為一中包 20 瓶為一小包 對于大瓶 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)對生產(chǎn)產(chǎn)品進(jìn)行自動記數(shù)并可以手 動對計數(shù)器清零 Equation Chapter Next Section 1 4 2 飲料罐裝生產(chǎn)流水線總體方案設(shè)計 2 1 任務(wù)的分析 本次設(shè)計的任務(wù)是以三菱 FX1N 系列 PLC 作為處理核心 用行程開關(guān) 傳感器 將生產(chǎn)過程中的信號 如空瓶的運(yùn)行的位置 飲料瓶的大小等等 處理后送給 PLC 處理器 由 PLC 對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算 然后輸出驅(qū)動信號 如接觸器 電磁閥等等 來 完成飲料罐裝生產(chǎn)過程的流水線操作 該系統(tǒng)的總體思路 此生產(chǎn)線為全自動控制的 生產(chǎn)線一旦上電 PLC 將通過軟 件對生產(chǎn)線進(jìn)行自動控制 通過輸出繼電器控制傳送帶的停轉(zhuǎn)和對飲料瓶灌裝的控制 實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)狀態(tài)的顯示 并且通過 PLC 內(nèi)部的計數(shù)器對所生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行計數(shù) 2 2 硬件方案設(shè)計 飲料的灌裝是采用了飲料灌裝機(jī) 飲料灌裝機(jī)將灌裝裝置以及封蓋裝置集合在一 起 使飲料的灌裝穩(wěn)定 高效的完成 對于飲料瓶大小的區(qū)別是通過反射式光電傳感 器工作來實(shí)現(xiàn)的 利用輔助繼電器對計數(shù)器進(jìn)行正電平觸發(fā)來實(shí)現(xiàn)對所生產(chǎn)產(chǎn)品的計 數(shù) 生產(chǎn)流水線結(jié)構(gòu)如圖 2 1 所示 系統(tǒng)的工作原理 系統(tǒng)一旦上電 傳送帶驅(qū)動電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 待空飲料瓶行至行程 開關(guān) 行程開關(guān)閉合 電動機(jī)停轉(zhuǎn) 灌裝設(shè)備通過閥門的關(guān)斷來控制飲料灌裝的時間 待飲料灌裝過程完畢后電動機(jī)恢復(fù)轉(zhuǎn)動 如此循環(huán)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線上的自動控制 對于傳 送帶上的飲料瓶大小的區(qū)分 是通過下圖中所在位置的反射式光電傳感器工作來實(shí)現(xiàn) 的 E 1 閥門 傳送帶驅(qū)動電動機(jī) 行程開關(guān) 光電傳感器 大瓶 小瓶 圖 2 1 生產(chǎn)流水線結(jié)構(gòu)圖 2 3 軟件方案設(shè)計 PLC 軟件方案設(shè)計的方法有經(jīng)驗設(shè)計法 邏輯設(shè)計法等 5 1 1 1 2 3 1 經(jīng)驗設(shè)計法 梯形圖的經(jīng)驗設(shè)計法是比較廣泛的一種方法 這種方法沒有普遍的規(guī)律可以遵循 具有很大的試探性很隨意性 最后的結(jié)果不是唯一的 該方法的核心是輸出線圈 以下 是經(jīng)驗設(shè)計方法的基本步驟 1 了解和熟悉被控設(shè)備的工藝過程和機(jī)械的動作情況 2 確定 PLC 的輸入信號和輸出負(fù)載 畫出 PLC 的外部接線圖 3 確定與繼電器電路圖的中間繼電器 時間繼電器對應(yīng)的梯形圖中的輔助繼電器 M 和定時器 T 的元件號 4 根據(jù)前面的對應(yīng)關(guān)系畫出梯形圖 1 1 2 2 3 2 邏輯設(shè)計法 邏輯設(shè)計法的理論基礎(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 看一 個電氣控制線路都會發(fā)現(xiàn) 線路的接通和斷開 都是通過繼電器等元件的觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的 故控制線路的種種功能必定取決于這些觸點(diǎn)的開 合兩種狀態(tài) 因此電氣控制電路從 本質(zhì)上說是一種邏輯線路 它符合邏輯運(yùn)算的基本規(guī)律 具體步驟如下圖 3 1 所示 明確設(shè)計任務(wù)和技術(shù)條件 修改軟件 硬件 聯(lián)機(jī)調(diào)試 局部模擬運(yùn)行安裝 P L C 程序檢查調(diào)試I O 配線 編制程序制作控制區(qū) 系統(tǒng)總體設(shè)計 P L C 機(jī)型選擇 是否滿足要求 交付使用 整理系統(tǒng)文件 系統(tǒng)試運(yùn)行 程序備份 否 是 圖 2 2PLC 邏輯設(shè)計步驟圖 Equation Chapter Next Section 1 6 3 系統(tǒng)元件的選擇 3 1PLC 的選型 根據(jù)飲料罐裝自動生產(chǎn)線的工藝流程圖 PLC 控制系統(tǒng)的輸人信號有 9 個 且均 為開關(guān)量 PLC 控制系統(tǒng)的輸出信號有 10 個 FX1N 系列的 PLC 只有繼電器輸出方式和晶體管輸出方式兩種 繼電器輸出方式 其特點(diǎn)是 可使用交直流電源 其動作慢 但安全隔離效果好 可靠性高 晶體管輸 出方式其特點(diǎn)是 只能使用直流電源 其響應(yīng)速度最快 場效應(yīng)管輸出模塊的工作 頻率可達(dá) 20kHz 但過載能力較差 綜合以上信息 并結(jié)合經(jīng)濟(jì)實(shí)用性的考慮 控制系統(tǒng)選用 FX1N 40MR 型號的 PLC 繼電器輸出 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 3 1 所示 表 3 1 PLC I O 端地址編號對照表 輸入信號 輸出信號 名稱 功能 編號 名稱 功能 編號 SB0 啟動按鈕 X0 KM1 傳送帶電動機(jī) Y0 SB1 停止按鈕 X1 YV1 灌裝電磁閥 Y1 ST0 行程開關(guān) X2 YV2 小瓶封蓋 Y2 S0 光電傳感器 X3 YV3 大瓶封蓋 Y3 SB4 大包 X4 HL4 大包 Y4 SB5 中包 X5 HL5 中包 Y5 SB6 小包 X6 HL6 小包 Y6 SB7 散裝 X7 HL7 散裝 Y7 SB10 手動復(fù)位 X10 HL10 系統(tǒng)上電顯示 Y10 HL11 灌裝過程顯示 Y11 3 2 電動機(jī)的選型 目前市面上的電動機(jī)類型多種多樣 用于驅(qū)動傳送帶傳送的電動機(jī)的類型也數(shù)不 勝數(shù) 13 14 基于該系統(tǒng)的控制要求與各類型電動機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作場合 并考慮到 經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性 本系統(tǒng)選擇的電動機(jī)型號為 Y132M 4 其性能參數(shù)如表 3 2 所示 7 表 3 2 Y132M 4 型電動機(jī)的性能參數(shù) 電流 電壓 最大轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)速 極數(shù) 頻率 額定功率 15 4 A 380V 2 3 n m 1440 r min 4 50 Hz 7 5KW 3 3 接觸器的選型 接觸器是一種用來接通或斷開帶負(fù)載的交直流主電路或大容量控制電路的自動化 切換器 主要控制對象是電動機(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 0CJ12 CJ12B 等系列 2 直流接觸器 一般用于控制直流電器設(shè)備 線圈中通以直流電 直流接觸器 的動作原理和結(jié)構(gòu)基本上與交流接觸器是相同的 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)的起動電流為額定 電流的 3 5 倍 所以接觸器的額定電流為 IN 36A 3 1 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 熱繼電器由兩部分組成 每一部分安裝的位置不同 一部分是主觸點(diǎn) 接在電動 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載保護(hù)的功能 熱繼電器是采用雙金屬熱元件 動作機(jī)構(gòu) 常閉觸頭和常開觸頭 復(fù)位按鈕及整定電流調(diào)節(jié)旋鈕等構(gòu)成 根據(jù)雙金屬熱元件的數(shù) 目可分為兩極和三極型熱器 而三極型又分帶斷相保護(hù)和不帶斷相保護(hù)兩種 主電動機(jī) M1 的額定電流 15A FR1 可以選用 JR16 熱元件電流為 20A 電流整 定范圍為 14 22A 工作時將額定電流調(diào)整為 15A 3 5 開關(guān)電器 熔斷器的選型 行程開關(guān)是一種由物體的位移來決定電路通斷的開關(guān) 選用型號為 LXK2 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)用傳感器對飲料瓶的大小進(jìn)行區(qū)別 根據(jù)設(shè)計需要選擇反射式光電傳感 器 15 反射式光電傳感器的工作原理如圖 3 1 所示 8 反射式光電傳感器 反 射 物 發(fā)光 接收 圖 3 1 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為 PM2 LF10 其性能參數(shù)如表 3 3 所示 表 3 3 PM2 LF10 反射式光電傳感器的性能參數(shù) 性能 參數(shù) 檢測距離 2 5 8mm 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 使用白色無光澤紙 15 15mm 工作距離的 20 以下 重復(fù)精度 垂直于檢測軸 0 08mm 以下 電源電壓 5 24V 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 短路保護(hù) 裝 備 反應(yīng)時間 0 8ms 以下 Equation Chapter Next Section 1 9 4 系統(tǒng)的硬件電路實(shí)現(xiàn) 4 1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)的硬件分為主電路 控制電路 輔助電路三大部分 控制電路控制主電路 輔助電電路起輔助信號顯示的作用 它們之間的關(guān)系如圖 4 1 所示 控 制 電 路 主電路 輔助電路 圖 4 1 硬件電路關(guān)系圖 4 2 主電路的設(shè)計 傳送帶用電動機(jī) M1 來運(yùn)行 并用接觸器 KM1 來控制電動機(jī)的運(yùn)行與停止 由 熱繼電器 FR1 實(shí)現(xiàn)過載保護(hù) 斷路器 QF1 QF2 QF3 將三相電源引入 同時 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 4 2 所示 3 M 1 L N P L C 2 2 0 V 2 4 V Q F 1 K M 1 Q F 3 Q F 2 圖 4 2 主控制電路圖 10 4 3 控制電路的設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)的輸人信號有 9 個 且均為開關(guān)量 其中各種單操作按鈕開關(guān) 6 個 分別 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 行程開關(guān) 1 個 傳感器開關(guān) 1 個 PLC 控制系統(tǒng)的輸出信號有 10 個 其中 1 個用于驅(qū)動傳送帶電動機(jī)的接觸器 KM1 3 個電磁閥分別用于大瓶和小瓶的封蓋及飲料罐裝 6 個用于生產(chǎn)線上的狀態(tài)顯 示 如圖 4 3 所示 FX2N 32MR 01PLCX10 Y0 X7X65 X34X2X0X1 Y4Y3Y2Y1 24VCOMCOM2C1Y1Y10Y7Y6 Y5傳感器 AC 啟 動 SB0停 止 SB1 手 動 復(fù) 位SB10 行 程 開 關(guān) ST0光 電 傳 感 器 S0 24V 電 機(jī) 繼 電 器 線 圈 KM1 大 包 指 示 燈 HL4散 裝 SB7小 包 SB6中 包 SB5大 包 SB4 灌 裝 電 磁 閥 YV1大 瓶 封 蓋 YV3小 瓶 封 蓋 YV2中 包 HL5散 裝 HL7小 包 HL6 上 電 顯 示 HL10灌 裝 閃 爍 HL1 保 險 絲 圖 4 3 三菱 PLC 外部接線圖 4 4 操作面板的設(shè)計 操作面板本著操作簡單 直觀明了的 對飲料罐裝自動生產(chǎn)線的每一步都能準(zhǔn)確 顯示 方便工作人員的工作為原則而設(shè)計 如圖 4 4 所示 面板中的按鈕有停止 啟動和手動復(fù)位按鈕 以及選擇大包 中包 小包和散裝 11 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 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 啟動 大包 小包 上電顯示 灌裝閃爍啟動復(fù)位 散裝小包中包停止 大包 中包 S B 0 S B 7S B 6S B 5S B 1 S B 4 S B 1 0 圖4 4操作面板外形圖 12 5 系統(tǒng)程序的設(shè)計 5 1 控制要求和控制過程分析 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 灌裝過程為小瓶裝 5s 鐘 大瓶 裝 8S 鐘 然后均上蓋時間為 2 秒 灌裝和上蓋過程應(yīng)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 與此同時對生產(chǎn)的飲料進(jìn)行打包并 計數(shù) 對于小瓶 40 瓶為一大包 30 瓶為一中包 20 瓶為一小包 對于大瓶 20 瓶 為一大包 15 瓶為一中包 10 瓶為一小包 在生產(chǎn)過程中可以對各計數(shù)器手動清零 系統(tǒng)每 8 小時將所記數(shù)據(jù)送入指定的存儲器中 然后將記數(shù)器清零 在電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時 按下停止按鈕 系統(tǒng)會馬上停止工作 而在系統(tǒng)進(jìn)行灌裝和加蓋時按下停止按鈕 系 統(tǒng)不會馬上停止工作 而要待加蓋工作完成后 系統(tǒng)最終停止工作 系統(tǒng)過程流程圖 和順序功能圖分別如下圖 5 1 和圖 5 2 所示 5 2I O 端口分配 X0 啟動 Y0 驅(qū)動電動機(jī)轉(zhuǎn)動 X1 停止 Y1 灌裝飲料 X2 行程開關(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)上電顯示 Y11 灌裝和上蓋過程顯示 13 開始 上蓋 2 秒 灌裝飲料 停頓 1 s 上蓋 2 秒 灌裝飲料 停頓 1 s 初始化 傳送帶運(yùn)行 檢測飲料罐大小 大瓶 小瓶 是否按下啟動按鈕 是否到灌裝位置 是否按下停止按鈕 是否裝滿 裝罐和上蓋時是否 按下過停止按鈕 是否裝滿 是 否 是 是 是 是是 否 否否 否 否 圖 5 1 過程流程圖 M 8 T 2 K 8 0Y 1 T 4 K 2 0Y 3M 6 M 4 T 3 K 2 0Y 2 T 1 K 5 0Y 1 M 5 M 3 M 2 M 1 Y 0 T 0 K 1 0 X 0 T 3 T 2T 1 T 0 X 3 T 0 X 3 M 7 X 2 M 8 0 0 2 T 4 M 7 M 7 M 7 圖 5 2 順序功能圖 14 5 3 梯形圖 1 1 3 5 3 1 初始化程序 初始化 啟動時 按下復(fù)位鈕和 8 小時將程序中用到的計數(shù)器置零 1 1 4 5 3 2 裝箱選擇程序 對生產(chǎn)好的飲料進(jìn)行裝箱選擇 X4 X5 X6 X7 所對應(yīng)的按鈕 SB4 SB5 SB6 SB7 分 別用于選擇包裝的類型 大包 中包 小包 散裝 15 1 1 5 5 3 3 流水線主控程序 生產(chǎn)流水線主控電路的自動控制 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 瓶子裝滿飲料并上蓋后 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 對于大瓶灌裝 8 秒鐘 小瓶則灌裝 5 秒鐘 待灌裝過程完畢再對飲料瓶進(jìn)行 上蓋 上蓋時間為 2 秒鐘 當(dāng)系統(tǒng)正在運(yùn)行裝罐時 按下停止按鈕 系統(tǒng)并不會馬上 停止運(yùn)行 待上蓋工作結(jié)束后 系統(tǒng)最終停止運(yùn)轉(zhuǎn) 16 17 1 1 6 5 3 4 閃爍報警程序 罐裝和上蓋過程中閃爍報警 1 1 7 5 3 5 記數(shù)程序 對于小瓶 40 瓶為一大包 30 瓶為一中包 20 瓶為一小包 對于大瓶 20 瓶為 一大包 15 瓶為一中包 10 瓶為一小包 并且對所裝箱和所生產(chǎn)飲料的數(shù)量進(jìn)行計數(shù) 18 1 1 8 5 3 6 數(shù)據(jù)傳送程序 設(shè)定 8 小時傳輸一次數(shù)據(jù) 將各記數(shù)器中所記數(shù)據(jù)存儲到指定的存儲器中 19 20 6 程序調(diào)試 利用軟件三菱 PLC 編程軟件 GX Developer8 86 進(jìn)行仿真運(yùn)行調(diào)試 6 1 裝箱選擇程序的仿真 X4 X5 X6 X7 分別對應(yīng)大包 中包 小包和散裝的按鈕 選擇不同的按鈕按下 在 控制面板上會顯示出相應(yīng)的包裝 6 2 主控制程序的仿真 X0 對應(yīng)啟動按鈕 上電后 Y0 對應(yīng)繼電器線圈 上電并自鎖 傳送帶運(yùn)行 待寫 X2 對應(yīng)行程開關(guān) 上電后 Y0 失電 傳送帶停止 Y1 對應(yīng)灌裝電磁閥 上 電 加飲料 5 秒鐘后 Y1 失電 停止加料 Y2 對應(yīng)上蓋裝置 上電 上蓋時間為 2 秒 21 在傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)時 X2X3 對應(yīng)光電傳感器 同時上電 表示檢測到大瓶 此后灌裝 加料過程為 8 秒 22 在傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)時 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按下停止按鈕 系統(tǒng)不會馬上停止工作 而是待灌裝和上蓋 工作結(jié)束后 最終停止運(yùn)轉(zhuǎn) 23 6 3 閃爍報警程序的仿真 系統(tǒng)灌裝加料 Y1 上電 和上蓋 Y2 上電 時 發(fā)光二極管報警器 Y11 會 閃爍報警 6 4 記數(shù)程序的仿真 對于小瓶 每大包可裝 40 瓶 并且最后對所裝包數(shù)進(jìn)行記數(shù) Equation Chapter Next Section 1 24 7 結(jié)論與展望 本文介紹了基于三菱 FX1N 40MR PLC 的飲料灌裝生產(chǎn)流水線的控制系統(tǒng)的設(shè)計 該系統(tǒng)的設(shè)計包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計 硬件設(shè)計方面 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求對各硬 件設(shè)備進(jìn)行了選型并對三菱 FX1N 40MR PLC 外部電路接線進(jìn)行了設(shè)計 軟件設(shè)計方 面對軟件設(shè)計的方法進(jìn)行了概述 根據(jù)要求設(shè)計出梯形圖并對它進(jìn)行仿真調(diào)試 仿真 調(diào)試后的控制系統(tǒng)基本上滿足以下控制要求 1 能對空瓶進(jìn)行運(yùn)送 灌裝 灌裝量可 根據(jù)空瓶大小設(shè)定 2 對滿瓶進(jìn)行運(yùn)送及計數(shù) 計數(shù)值包括累計計數(shù) 單位包裝 計數(shù) 單位包裝計數(shù)量可根據(jù)包裝大小設(shè)定 3 能夠?qū)崿F(xiàn)手動復(fù)位 利用 PLC 良好的自動控制性能 本文所設(shè)計的飲料灌裝生產(chǎn)流水線的控制系統(tǒng) 基本上實(shí)現(xiàn)了飲料罐裝生產(chǎn)過程的無人控制 但對于大型的生產(chǎn)流水線來說 該系統(tǒng) 就無法滿足其更加復(fù)雜 準(zhǔn)確 智能的控制要求 該系統(tǒng)需要在傳送速率 次品檢測 等諸多方面作出改進(jìn) 基于 PLC 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 在各種飲料罐裝生產(chǎn)行業(yè)迅猛發(fā)展 隨著生產(chǎn)社會化水平的不斷提高 基于 PLC 的 飲料灌裝生產(chǎn)流水線的控制系統(tǒng)不僅僅局限于飲料罐裝生產(chǎn)行業(yè) 它在現(xiàn)代的芯片封 裝 產(chǎn)品包裝等流水線作業(yè)生產(chǎn)方面也有著相當(dāng)廣闊的前景 致 謝 25 致 謝 首先感謝寧夏大學(xué)新華學(xué)院四年來對我的精心培養(yǎng) 這四年是我的一段比較快樂 的時光 也是人生中一段寶貴的經(jīng)歷 在本次課題設(shè)計中 指導(dǎo)教師丁莉君老師對我的幫助很大 雖然這段時間我的畢 業(yè)設(shè)計進(jìn)程 停滯不前 可老師沒有將我放棄 一直不厭其煩的督促我 還不時地指 導(dǎo)我 這讓我很感動 老師對我的悉心幫助為我打下堅實(shí)的理論基礎(chǔ)知識 提高個人 能力都非常有益 在此我對丁老師表示忠心的感謝和崇高的敬意 26 參考文獻(xiàn) 1 孔凡真 飲料無菌冷灌裝生產(chǎn)線的應(yīng)用是大勢所趨 J 飲料工業(yè) 2007 10 12 2 劉軍 國外飲料灌裝機(jī)現(xiàn)狀為我國灌裝機(jī)指明發(fā)展方向 J 中國包裝工業(yè) 2009 9 10 3 袁任光 可編程序控制器 PLC 應(yīng)用技術(shù)與實(shí)列 M 華南理工大學(xué)出版社 2001 8 10 4 柯龍瑞 飲料灌裝線設(shè)計應(yīng)考慮的若干因素 M 輕工機(jī)械出版社 2000 5 楊旭東 王天杰 劉海生 PLC 在飲料灌裝機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 J 機(jī)床與液壓2005 7 152 6 武少斌 殷際英 陳衛(wèi) 自動化生產(chǎn)線中的飲料灌裝技術(shù) J 中國科技博覽 2006 15 7 陳昌偉 胡國清 張冬至 灌裝閥及旋蓋頭測試實(shí)驗裝置設(shè)計 J 包裝工程 2009 3 8 黃睿峰 飲料生產(chǎn)線的自動加盞器 J 燃?xì)馄鬏喸囼炁c研究 成都 1994 No 4 P8 9 辛驀洪 飲料生產(chǎn)設(shè)備的使用與維護(hù) M 機(jī)槭工業(yè)出版社 10 廖初常 FX 系列 PLC 編程及應(yīng)用 M 機(jī)械工業(yè)出版社 2005 15 19 11 王兆義 可編程控制器教程 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2005 12 阮友德 電氣控制與 PLC 實(shí)訓(xùn)教程 M 人民郵電出版社 2005 13 汪國梁 電機(jī)學(xué) M 北京機(jī)械工業(yè)出版社 2007 14 顧繩谷 電機(jī)及拖動基礎(chǔ) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2007 15 陳杰 黃洪 傳感器與檢測技術(shù) M 高等教育出版社 2008 附 錄 27 附 錄 指令表 28 附 錄 29