饮料罐装生产流水线的plc

湘潭大学课程 题    目：饮料灌装生产流水线的PLC控制 学    院：兴湘学院 专    业：机械设计制造及其自动化 学    号：2012964118 姓    名：    苏博 指导教师：李明富 完成日期：    2016年1月20日    目 录 摘要    3 设计题目要求    4 前言    5 第一章可编程控制器概述    6 1.1 PLC的定义    6 1.2 PLC的基本组成    6 1.3 PLC的功能与特点    7 1.4 PLC的应用范围    7 第二章系统总体设计    7 第三章系统硬件设计    9 3.1 传感器的选择    9 3.2 PLC控制部分硬件设计    9 3.2.1 PLC控制系统外部接线图    10 3.2.2 输入/输出接口（I/O）功能量    10 第四章系统软件设计    11 4.1 控制系统顺序功能图    11 4.2 梯形图    12 4.3 指令表    13 第五章程序调试    14 第六章设计小结    16 参考文献    17 摘　要 随着工业自动化水平日益提高，众多工业企业均面临着传统生产线的改造和重新设计问题。PLC（可编程序控制器）是以微处理器为核心的工业控制装置，它将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起，近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到普遍应用。作为通用工业控制计算机，其实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃，在世界工业控制中发挥着越来越重要的作用。鉴于此，设计者利用PLC的功能和特点设计出了一款饮料灌装生产流水线控制系统。 文章刚开始介绍了PLC的相关知识，接着以饮料灌装流水线为例，采用三菱公司的FX系列可编程序控制器，介绍了PLC在饮料灌装流水线中的应用，给出了详细的程序设计过程。利用PLC控制饮料灌装生产过程，可有效提高灌装生产效率，并显著增加控制系统的可靠性和柔性。 关键词：可编程控制器、灌装流水线、顺序功能图、梯形图 一、设计题目  饮料灌装生产流水线的PLC控制 二、设计要求 （1）系统通过开关设定为自动操作模式，一旦启动，则传送带的驱动电机启动并一直保持到停止开关动作或罐装设备下的传感器检测到一个瓶子时停止；瓶子装满饮料后，传送带驱动电机必须自动启动，并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作. （2）当瓶子定位在罐装设备下时，停顿1秒，罐装设备开始工作，罐装过程为5秒钟，罐装过程应有报警显示，5秒后停止并不再显示报警. （3）用两个传感器和若干个加法器检测并记录空瓶数和满瓶数，一旦系统启动，必须记录空瓶数和满瓶数，设最多不超过99999999瓶. （4）可以手动对计数值清零（复位）. 三、上交材料 （1）开题报告 （2）说明书 四、进度安排 第1周：（1）熟悉题目，查找资料，整理资料，完成开题报告。 （2）进行PLC控制系统的硬件部分设计（PLC选型及外部接线图）。 第2周：进行PLC控制系统的软件部分设计（控制顺序功能和梯形图设计）。 第3周：查找不足，整理说明书。总体，准备答辩。 前言 一、 课题研究背景 几年前，自动化技术只占包装机械设计的30%，现在已占50%以上，大量使用了微电脑设计和机电一体化控制。提高包装机械自动化程度的目的：一是为了提高生产率；二是为了提高设备的柔性和灵活性；三是为了提高包装机械完成复杂动作的能力。 本设计的目的是利用“PLC”技术平台自主开发创新，将机械、电气和自动化等技术有机结合，构成实用的饮料灌装生产线模拟系统。 二、课题研究内容    根据控制要求，以PLC为核心，设计出一款饮料灌装生产流水线控制系统。设计系统控制硬件电路，编写软件控制系统程序，实现对饮料灌装流水线的控制。 三、课程研究意义 本设计鉴于PLC可靠性高、耐恶劣环境能力强、使用极为方便三大特点，利用PLC技术平台自主开发创新，将机械、电气和自动化等技术有机结合，将传统的继电器-接触器控制功能用PLC代替，构成实用、可靠的饮料灌装生产线PLC控制系统。该控制系统可节省大量电气元件、导线与原材料,缩短设计周期,减少维修工作量, 提高加工零件合格率,进而提高生产率，而且程序调整修改方便灵活，提高了设备的柔性和灵活性。具有整体技术经济效益。 四、课题研究 步骤如下： 1.控制系统总体设计：分析控制要求，了解系统工作过程。 2.控制系统硬件的设计：PLC型号、相关元器件的选择以及外部接口电路的设计。 3.控制系统软件设计：绘制顺序功能图和梯形图 4.系统调试：利用仿真软件对所编制的程序进行软件调试。 第一章  可编程控制器概述 1.1 PLC的定义 可编程控制器，简称PLC（Programmable logic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC草案中对PLC做了如下定义： “PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。” 具体一款FX—2N系列PLC实物如下图: 图1-1  FX—2N系列PLC实物图 1.2 PLC的基本组成 PLC的基本组成可归为四大部件： 1．中央处理单元（CPU板）——控制器的核心； 2. 输入部件——连接现场设备与CPU之间的接口电路； 3. 输出部件——送出PLC运算后得出的控制信息； 4. 电源部件——为PLC内部电路提供能源。 第二章  系统总体设计 系统通过开关设定为自动操作模式，一旦启动，则传送带的驱动电机启动并一直保持到停止开关动作或灌装设备下的传感器检测到一个瓶子时停止；瓶子装满饮料后，传送带驱动电机必须自动启动，并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作。当瓶子定位在灌装设备下时，停顿1s，灌装设备开始工作，灌装过程为5s，灌装过程应有报警显示，5s后停止并不再显示报警。用两个传感器和两个计数器检测并记录空瓶数和满瓶数，一旦系统启动，便开始记录空、满瓶数，且空、满瓶数都最多不超过99999999瓶。可以手动对计数值清零。 设计中包括PLC硬件结构设计及PLC控制软件部分设计。 硬件设计部分：1.分析控制要求，选择对应的传感器及其他部件、并写出I/O量功能表；2.选择合适的PLC机型；3.画出PLC控制系统外部接线图。 软件设计部分：1.控制系统顺序功能图；2.梯形图；3.指令表。 系统设计程序的基本结构 灌装流水线示意图如下： 2.2灌装流水线的工作原理 灌装流水线的运作是通过电机和灌装设备来控制的。通过电动机的运转，带动流水线的工作。而灌装设备的开通则直接控制饮料流通。通过输入PLC软件程序，直接控制电机及流水线的运作.。流水线由传感器实时监控，由PLC控制，控制准确。自动化程度高。 第三章  系统硬件设计 3.1 传感器的选择 信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。微处理器现在已经在测量和控制系统中得到了广泛的应用。随着这些系统能力的增强，作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用越来越重要。传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件。 广义地说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。它获得的信息正确与否，直接关系到整个系统的精度。 外界进入传感器的信号幅度是很小的，而且混杂有干扰信号和噪声。为了方便随后的处理过程，首先要将信号整形成具有最佳特性的波形，有时还需要将信号线性化，该工作是由放大器、滤波器以及其他一些模拟电路完成的。成形后的信号随后转换成数字信号，并输入到微处理器。 传感器的组成如图2-2所示： 针对本课题的控制要求，在设计中我选用了两个光电传感器（空瓶检测传感器、灌装设备处的有无瓶传感器）用来检测有无饮料瓶通过；还选用了一个重量传感器来检测瓶子是否灌满。 3.2 PLC控制部分硬件设计 分析对象的控制要求，确定输入/输出接口（I/O）数量，选择适合的PLC机型及外设，完成PLC硬件结构配置，并绘制PLC控制电路硬件接线图，编制I/O接口功能表。 3.2.1 PLC控制系统外部接线图 如图4-2所示： 图4-2  饮料罐装流水线控制系统的PLC控制电路硬件接线图 3.2.2 输入/输出接口（I/O）功能量 如下表4-1、4-2所示： 表4-1 饮料罐装生产流水线控制系统的PLC输入接口功能表 序号 工位名称 文字符号 输入口 1 起动按钮 SB1 X000 2 停止按钮 SB2 X001 3 空瓶检测传感器开关信号 P0 X002 4 瓶子检测传感器开关信号 P1 X003 5 满瓶检测传感器开关信号 P2 X004 6 空瓶计数器手动复位开关 SB3 X005 7 满瓶计数器手动复位开关 SB4 X006         表4-2 饮料罐装生产流水线控制系统的PLC输出接口功能表 序号 工位名称 文字符号 输入口 1 电机驱动传送带工作 KM1 Y000 2 灌装设备工作 KM2 Y001 3 灌装过程报警显示灯 L0 Y002         根据确定后的输入/输出接口（I/O）数量，本设计选择的PLC机型为FX2N-16MR-001。 第四章  系统软件设计 根据控制要求，建立饮料罐装生产流水线PLC控制系统的顺序功能图，表达出各控制对象的动作顺序，并画出梯形图，写出指令表。 4.1 控制系统顺序功能图 顺序功能图如4-1图所示： 图4-1  饮料罐装流水线控制系统的顺序功能图 定时器选择：根据已确定的PLC型号FX2N-16MR-001以及题目要求，该设计中的定时器选用T0、T1 计数器选择：控制要求中提到计数器最大计数值99999999，可见必须选择32位计数器，再根据已确定的PLC型号FX2N-16MR -001可选择C200、C201。 4.2 梯形图 手动复位部分梯形图： 4.3 指令表 第五章  程序调试 启动系统： 当按下启动按钮X0，则程序由S0步变换到S20步，图中准确地表示出此时S20变为活动步，并驱动传送带电机运行，而S0则变为不活动步。 空瓶计数器计数： 设置位置传感器检测到达预定罐装位置： 当灌装设备下的光电传感器检测到有瓶子到达预定位置时则传送带驱动电机停转，定时器T0定时1s,为灌装做准备，与图中相符。 灌装过程、定时器T1定时、满瓶计数器计数及报警灯闪： 定时器T1定时时间到传送带自动启动： 当定时器T1定时5s时间到，则程序跳转到S20步即实现了传送带自动启动。 第六章 设计小结 通过饮料罐装生产流水线的PLC控制课程设计，掌握了什么是设计程序，设计程序工作的基本过程及各阶段的基本任务，熟悉了设计程序总流程图，加深了对PLC的理解，课本上的知识是机械的，表面的。通过努力把课本上的知识变得更为简单，对实验原理也有了更深的理解。通过这次课程设计，使我更为全面系统的了解PLC的构造原理和基本实现方法。把课本的知识变得生动有趣，激发了我们的学习积极性，把学过的原理加以强化，把课堂学过的知识通过自己的设计程序表示出来，加深了对理论知识的理解。现在通过自己的动对手做实验，理论联系实际，对PLC的原理认识更加深刻。在调试时应该很仔细，一步一步调试下来，做到准确无误。 这次课程使我意识到只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才是正确的，才能提高自己动手能力和独立思索的能力。同时对于PLC发展历史、强大功能、应用领域以及系列知识得到了大概的系统认识，也初步了解了一个完整的系统开发的过程，本次课设，对于创造思维的培养和开发能力的锻炼有很大的帮助。 在编程过程中，领略到了熟能生巧的含义。编程不仅要求有良好的基础，而且要求对各种程序有深刻的了解，同时深切感受到团队合作的重要性，尤其是在查资料的过程中，人多力量大，大家一起努力，查找资料的效率就提高了许多，大家在一起探讨，相互学习，分工细化，互相提高，解决问题的速度就快多了。 老师知识的帮助，经验的传授，也是本次课设的一道美丽的风景线，真正起到了抛砖引玉的目的。这次课设让我的动手能力得到了大大的锻炼，解决实际问题的能力得到了大大的提高，为以后学习和工作奠定了一定的基础。在此，非常感谢李老师对我们的帮助和悉心的指导。 参考文献 [1]徐正达.机电传动控制[M].武汉：华中科技大学出版社，2015. 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