張磊畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、專(zhuān)科畢業(yè)論文論文題目基PLC酸奶灌裝生產(chǎn)流水線的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)128041162專(zhuān)業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)機(jī)械及自動(dòng)化1班指導(dǎo)教師李軍軍2015年4月21日本文主要介紹的是基于三菱 FX1N-40MF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(jì)。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。其中硬件設(shè)計(jì)包括三 菱FX1N-40MR PLC卜部電路的設(shè)計(jì)與安裝；軟件部分包括程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試。所設(shè)計(jì) 系統(tǒng)最終能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：（1）能對(duì)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(duì)滿(mǎn)瓶進(jìn)行運(yùn)送及計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值包括累計(jì)計(jì)數(shù)、單位包裝計(jì)數(shù)，單位包裝計(jì) 數(shù)量可根據(jù)包裝大小設(shè)定；（3

2、）能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)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(kāi)關(guān)等器件，利用 PLC良好的自動(dòng)控制性能，實(shí)現(xiàn)飲料罐裝生產(chǎn) 過(guò)程的無(wú)人控制。a）關(guān)鍵詞：PLC;飲料灌裝；生產(chǎn)流水線ABSTRACTThis paper mai nly in troduces the con trol system of beverage filli ng product ion line based on Mitsubishi FX1N-40MR PLC.The system desig n con sists of hardware and software desig n. The hardware d

3、esign includes Mitsubishi FX1N-40MR PLC sexternal circuit design and in stallati on; software desig n in cludes the desig n and debuggi ng of program. The system can achieve the follow ing functions: (1) The bottles can be tran sported and filled and the filli ng volume can be set accord ing to the

4、size of bottles; (2) the full bottles can be tran sported and coun ted, the count in cludes total count and the count of unit package and the total nu mber of unit packag ing can be set accord ing to package size; (3) the system can achieve manu ally reset. The system mainly uses the Mitsubishi PLC,

5、 sen sors, relays, switches and so on and uses the good automatic con trol performa nee of PLC to achieve the no control of beverage filli ng producti on lineKEY WORDS : PLC; Beverage filling; Production line1緒論11.1課題研究背景11.2課題研究?jī)?nèi)容22飲料罐裝生產(chǎn)流水線總體方案設(shè)計(jì) 42.1任務(wù)的分析42.2硬件方案設(shè)計(jì)42.3軟件方案設(shè)計(jì)42.3.1經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法52.3.2邏輯設(shè)計(jì)法

6、53系統(tǒng)元件的選擇63.1 PLC的選型63.2 電動(dòng)機(jī)的選型 63.3接觸器的選型73.4熱繼電器的選型73.5開(kāi)關(guān)電器、熔斷器的選型 73.6傳感器的選型74系統(tǒng)的硬件電路實(shí)現(xiàn)94.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖94.2主電路的設(shè)計(jì)94.3控制電路的設(shè)計(jì) 104.4操作面板的設(shè)計(jì)105系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)125.1控制要求和控制過(guò)程分析 125.2 I/O 端口分配125.3梯形圖145.3.1初始化程序145.3.2裝箱選擇程序145.3.3流水線主控程序 155.3.4閃爍報(bào)警程序 175.3.5記數(shù)程序 175.3.6數(shù)據(jù)傳送程序 186程序調(diào)試206.1裝箱選擇程序的仿真 206.2主控制程序的仿真

7、206.3閃爍報(bào)警程序的仿真 236.4記數(shù)程序的仿真237結(jié)論與展望24致謝25參考文獻(xiàn)26附錄27即可）：Equation Chapter 1 Section 11緒論1.1課題研究背景我國(guó)的飲料灌裝自動(dòng)化相對(duì)于西方發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)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(gè)嚴(yán)重問(wèn)題。鑒于這些問(wèn)題，我國(guó)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(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)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(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和 算術(shù)

8、運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī) 械或生產(chǎn)過(guò)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(gè)整體， 易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。隨著工業(yè)自動(dòng)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(jì)問(wèn)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(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，近年來(lái)在工業(yè)自動(dòng)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(jì)算機(jī)，其實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲(chǔ)邏 輯的飛躍，在世界工業(yè)控制中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用 .幾年前，自動(dòng)化技術(shù)只占包裝機(jī)械設(shè)計(jì)的30%，現(xiàn)在已占50%以上，大

9、量使用了微電腦設(shè)計(jì)和機(jī)電一體化控制。提高包裝機(jī)械自動(dòng)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(dòng)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(dòng)泵式作為計(jì)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(jì)量是通 過(guò)時(shí)間和單位時(shí)間流量來(lái)確定的，計(jì)量精度由PLC控制確定。PLC控制具有編程簡(jiǎn)單、 工作可靠、使用方便等特點(diǎn)，在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。專(zhuān)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)

10、境中使用飲料灌裝裝置主要包括兩部分：恒壓儲(chǔ)液罐灌液和計(jì)數(shù)部分。在恒壓儲(chǔ)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(méi)時(shí)是1狀態(tài)。液面低于下線液位時(shí)恒壓儲(chǔ)液罐為空。飲料通過(guò)進(jìn)液電磁閥流入恒壓儲(chǔ)液罐，液面達(dá)到上限位時(shí)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(tái)自主開(kāi)發(fā)創(chuàng)新，將機(jī)械、電氣和自動(dòng)化等技術(shù)有機(jī)結(jié)合，將傳統(tǒng)的繼電器 -接觸器 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(jì)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

11、，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(dòng)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(jì)問(wèn)題。目前，飲料的灌裝伸長(zhǎng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(dòng)化灌裝生產(chǎn)線中有越來(lái)越多的及其在使用先 進(jìn)的灌裝技術(shù)來(lái)提高及其的自動(dòng)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(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，近年來(lái)在 工業(yè)自動(dòng)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)

12、控制 計(jì)算機(jī)，其實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍，在世界工業(yè)控制中發(fā)揮 著越來(lái)越重要的作用。鑒于此，設(shè)計(jì)者利用 PLC的功能和特點(diǎn)設(shè)計(jì)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(guò)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(guò)，隨著時(shí)代的發(fā)展，飲料灌裝生 產(chǎn)線的控制過(guò)程正朝著智能化和自動(dòng)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(chǎng)電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是

13、 PLC的程序編制，不需要專(zhuān)門(mén)的計(jì)算機(jī) 編程語(yǔ)言知識(shí)，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡(jiǎn)單指令形式，使用戶(hù)程序 編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯(cuò)也都很方便。用戶(hù)在購(gòu)到所需的PLC后，只需按說(shuō)明書(shū)的提示，做少量的接線和簡(jiǎn)易的用戶(hù)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?jī)?nèi)容本課題對(duì)飲料罐裝生產(chǎn)流水線的硬件和軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。其中硬件設(shè)計(jì)包括三菱 FX1N-40MR 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)與調(diào)試。根據(jù)系統(tǒng) 的要求對(duì)PLC、電動(dòng)機(jī)、傳感器等外部設(shè)備進(jìn)行選型。設(shè)計(jì)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(guò)開(kāi)關(guān)設(shè)定為自動(dòng)

14、操作模式，一旦啟動(dòng)，則傳送帶的 驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)并一直保持到停止開(kāi)關(guān)動(dòng)作或待灌裝的飲料瓶被傳送至灌裝設(shè)備下時(shí)停 止；瓶子裝滿(mǎn)飲料并上蓋后，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)待灌裝 的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)瓶子定位在灌裝設(shè)備下時(shí)，停頓1s,灌裝設(shè)備開(kāi)始工作，對(duì)于大瓶灌裝 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。整個(gè)灌裝和上蓋過(guò)程應(yīng)有報(bào)警顯示，待 上蓋完畢后不再顯示報(bào)警；報(bào)警方式為紅燈以 0.5s間隔閃爍；（3）包裝上，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

15、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)器清零0Equation Chapter (Next) Section 12飲料罐裝生產(chǎn)流水線總體方案設(shè)計(jì)2.1任務(wù)的分析本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是以三菱FX1N系列PLC作為處理核心，用行程開(kāi)關(guān)、傳感器將 生產(chǎn)過(guò)程中的信號(hào)（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(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)過(guò)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(dòng)控制的，生產(chǎn)線一旦上電，PLC將通過(guò)軟件對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)控制：通過(guò)輸出繼電器控制傳送帶的停轉(zhuǎn)和對(duì)飲料瓶灌裝的控制， 實(shí)現(xiàn)

16、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(duì)于飲料瓶大小的區(qū)別是通過(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)實(shí)現(xiàn)對(duì)所生產(chǎn)產(chǎn)品的計(jì) 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(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，待空飲料瓶行至行程 開(kāi)關(guān)，行程開(kāi)關(guān)閉合，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，灌裝設(shè)備通過(guò)閥門(mén)的關(guān)斷來(lái)控制飲料灌裝的時(shí)間, 待飲料灌裝過(guò)程完畢后電動(dòng)機(jī)恢復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，如此循環(huán)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線上的自動(dòng)控制。對(duì)于傳 送帶上的飲料瓶大小的區(qū)分，是

17、通過(guò)下圖中所在位置的反射式光電傳感器工作來(lái)實(shí)現(xiàn) 的。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)傳送帶行程開(kāi)關(guān)圖2-1生產(chǎn)流水線結(jié)構(gòu)圖2.3軟件方案設(shè)計(jì)PLC軟件方案設(shè)計(jì)的方法有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，邏輯設(shè)計(jì)法等。1.1.1 231經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法梯形圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法是比較廣泛的一種方法。這種方法沒(méi)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(yàn)設(shè)計(jì)方法的基本步驟：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.確定與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)前面的對(duì)

18、應(yīng)關(guān)系畫(huà)出梯形圖。1.1.2 232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。看一 個(gè)電氣控制線路都會(huì)發(fā)現(xiàn)，線路的接通和斷開(kāi)，都是通過(guò)繼電器等元件的觸點(diǎn)來(lái)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(kāi)，合兩種狀態(tài)。因此電氣控制電路從 本質(zhì)上說(shuō)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：整理系統(tǒng)文件明確設(shè)計(jì)任務(wù)和技術(shù)條件PLC機(jī)型選擇1-系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)i*制作控制區(qū)編制程序1JI/O配線程序檢查調(diào)試1安裝PLC局部模擬運(yùn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試卜L|修改軟件，硬件交付使用圖2-2PLC邏輯設(shè)計(jì)步驟圖Equation Chapter (Next) Se

19、ction 13系統(tǒng)元件的選擇3.1PLC的選型根據(jù)飲料罐裝自動(dòng)生產(chǎn)線的工藝流程圖，PLC控制系統(tǒng)的輸人信號(hào)有9個(gè)，且均為開(kāi)關(guān)量。PLC控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)有10個(gè)。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(dòng)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)速度最快一一場(chǎng)效應(yīng)管輸出模塊的工作 頻率可達(dá)20kHz，但過(guò)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(hào)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(mǎn)足工藝要求，且留有一定的余量。便 于以后的

20、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(hào)對(duì)照表輸入信號(hào)輸出信號(hào)名稱(chēng)功能編號(hào)名稱(chēng)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Y4SB5中包X5HL5中包Y5SB6小包X6HL6小包Y6SB7散裝X7HL7散裝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(lèi)型多種多樣，用于驅(qū)動(dòng)傳送帶傳送的電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型也數(shù)不 勝數(shù)13-1

21、4。基于該系統(tǒng)的控制要求與各類(lèi)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)為丫132M-4，其性能參數(shù)如表3-2所示表3-2 Y132M-4型電動(dòng)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 A380V2.3 n.m1440 r/mi n450 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容量控制電路的自動(dòng)化 切換器，主要控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)。通用接觸器可大致分以下兩類(lèi)。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

22、流電器設(shè)備，線圈中通以直流電，直流接觸器的 動(dòng)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(dòng)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(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。熱繼電器是采用雙金屬熱元件，動(dòng)作機(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)旋鈕等構(gòu)

23、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(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)行區(qū)別，根據(jù)設(shè)計(jì)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。發(fā)光接收?qǐng)D3-1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

24、號(hào)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(cè)距離2.5 8mm中心：5mm）白色無(wú)光澤紙（15 x 15mm）最小檢測(cè)物體0 0.05mm銅線（設(shè)定距離：5mm）應(yīng)差使用白色無(wú)光澤紙（15 x 15mm工作距離的20%以下重復(fù)精度0.08mm以下（垂直于檢測(cè)軸）電源電壓5 24V 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)路集電極晶體管短路保護(hù)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

25、16mA時(shí)）裝備反應(yīng)時(shí)間0.8ms以下Equation Chapter (Next) Section 14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 輔助電電路起輔助信號(hào)顯示的作用，它們之間的關(guān)系如圖，控制電路控制主電路,4-1所示:4.2主電路的設(shè)計(jì)控制電路主電路輔助電路圖4-1硬件電路關(guān)系圖傳送帶用電動(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4-2所示。QF1 JQF2 ,rLI

26、QF3KM1圖4-2主控制電路圖4.3控制電路的設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的輸人信號(hào)有9個(gè)，且均為開(kāi)關(guān)量。其中各種單操作按鈕開(kāi)關(guān)6個(gè), 分別SBO啟動(dòng)按鈕、SB1停止按鈕、SB4大包、SB5中包、SB6小包、SB7散裝、 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4-3所示。圖4-3三菱PLC外部接線圖4.4操作面板的設(shè)計(jì)操作面板本著操作簡(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為原則而設(shè)計(jì)。如圖

27、 4-4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、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啟啟啟啟啟啟啟啟啟啟啟Pr Pr Pr Pr Pr Pr Pr Pr 啟啟啟啟 啟啟啟啟啟啟 啟啟啟啟啟啟啟啟圖4-4操作面板外形圖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)通過(guò)開(kāi)關(guān)設(shè)定為自動(dòng)操作模式，一旦啟動(dòng)，則傳送帶的驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)并一直保持到停止開(kāi)關(guān)動(dòng)作或灌裝設(shè)備下的傳感器檢測(cè)到一個(gè)瓶

28、子時(shí)停止；瓶子裝滿(mǎn)飲料后，傳送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須自動(dòng)啟動(dòng)，并保持到又檢測(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1s，灌裝設(shè)備開(kāi)始工作，灌裝過(guò)程為小瓶裝 5s鐘，大瓶裝 8S鐘，然后均上蓋時(shí)間為2秒，灌裝和上蓋過(guò)程應(yīng)有報(bào)警顯示，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間隔閃爍。與此同時(shí)對(duì)生產(chǎn)的飲料進(jìn)行打包并計(jì)數(shù)， 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。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 8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

29、停止工作：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(guò)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(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 :選擇小包包裝Y6 :顯示小包包裝X7 :選擇散裝丫7 :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)程顯示開(kāi)始初始化疋傳送帶運(yùn)仃是I是否按下停止按鈕A小瓶停頓1s大瓶停頓

30、1s否是否到灌裝位置僉測(cè)飲料罐大小上蓋2秒灌裝飲料T是否裝滿(mǎn)灌裝飲料是否裝滿(mǎn)上蓋2秒圖5-1過(guò)程流程圖圖5-2順序功能圖5.3梯形圖1.1.3 531初始化程序初始化，啟動(dòng)時(shí)、按下復(fù)位鈕和8小時(shí)將程序中用到的計(jì)數(shù)器置零T卜T卜C20T卜HSTASTRSTRSTRSTRSTRSTRSTRSTRSTClC7C31.1.4 532裝箱選擇程序?qū)ιa(chǎn)好的飲料進(jìn)行裝箱選擇：X4 X5 X6 X7所對(duì)應(yīng)的按鈕SB4 SB5 SB6 SB7分 別用于選擇包裝的類(lèi)型：大包 中包 小包 散裝。X6M11 MIO M13 H5X4K?Xi期一I_井_屛_扭_站_妬_KM12IMM12Y6M0h(Y1OM7M13Y

31、7XO XI 錚IpKMO72 T IpH1M7X7 Mil M12 MIO M5X4XII H-pK_Mt3i M1.1.5 533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)通過(guò)開(kāi)關(guān)設(shè)定為自動(dòng)操作模式，一旦啟動(dòng)， 則傳送帶的驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)并一直保持到停止開(kāi)關(guān)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；瓶子裝滿(mǎn)飲料并上蓋后，傳送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須自動(dòng)啟動(dòng)，并保持到又 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1s,灌裝設(shè)備開(kāi)始工作，對(duì)于大瓶灌裝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

32、 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)。1.1.6 534閃爍報(bào)警程序罐裝和上蓋過(guò)程中閃爍報(bào)警T5 M0納1卜T6緞 |M3T6I卜M411 IM5I IMET P1.1.7 535記數(shù)程序?qū)τ谛∑浚?0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。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)M3M1C曲T I1卜CW223 _| |K40 C10KMM0 COM3M11I1 卜C11Z38T 卜RSTCIO匚”K100001247M121卜RST C11K20C12K1000C2K20 C13M3 Mt3 跡I II卜KIOCOC7K1

33、000K1000Kmom1RST C15K15cu)KIOCO口；RSTCUK10丸jK10W)K1000CBM13 聊HH卜1.1.8 536數(shù)據(jù)傳送程序設(shè)定8小時(shí)傳輸一次數(shù)據(jù)，將各記數(shù)器中所記數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到指定的存儲(chǔ)器中MOVP G909ENCi6程序調(diào)試?yán)密浖釶LC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Y6Y5X6X4 X5 X6 X7分別對(duì)應(yīng)大包 中包小包和散裝的按鈕，選擇不同的按鈕按下，在 控制面板上會(huì)顯示出相應(yīng)的包裝。眄丿丁曲1 1 |BW立件（I）軟元件監(jiān)視址）iWlf監(jiān)揑停止廠目動(dòng)金手動(dòng)W Idc XI廠住r X5廣X10荷X2O-2

34、C0180 160140 -120 -100-8060-0-20 廠6.2主控制程序的仿真X0 （對(duì)應(yīng)啟動(dòng)按鈕）上電后Y0 （對(duì)應(yīng)繼電器線圈）上電并自鎖，傳送帶運(yùn)行，待寫(xiě)X2 （對(duì)應(yīng)行程開(kāi)關(guān)）上電后，Y0失電，傳送帶停止，Y1 （對(duì)應(yīng)灌裝電磁閥）上電,加飲料5秒鐘后，Y1失電，停止加料，丫2 （對(duì)應(yīng)上蓋裝置）上電，上蓋時(shí)間為 2秒文件 軟元件監(jiān)觀軟元件登錄圉表表示范國(guó)監(jiān)控停止廣自動(dòng)席手動(dòng)廣 Xi 廣 X2 r X5 r xio200-180 J 和 -140-120-100*60-60Y3Y220Y1YOX3I2X1XO在傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，X2X3(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

35、裝加料過(guò)程為8秒較遷件登錄廠自動(dòng) a手動(dòng)c X1 X2廠X5r 池 a X20舉觀扶態(tài)監(jiān)控諄止 4_一1114-_4k-41 11I111141j，1141“200-1801Q -140 120-100 知 -GO -40-20 廠廠Y1YOX3I2 FXO戟元件登錄監(jiān)控停止 O20601404jo0090604020.14IIIIB1IBIIiiiFii!iiiiI mmmwXhmmmwromimNimim mm wiwmsLir I卜*MlI在傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，按下停止按鈕（即 X1上電）系統(tǒng)馬上停止工作圉表表示范圍r xi r X? r X5 廣 xio 忖 X20在灌裝加料和上蓋時(shí)按下停止

36、按鈕，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)軟元件登錄閣鳶表亦范圍自動(dòng)席手動(dòng)r xi r X2 r xs X10 歯 X20XD丈件世）軟元悴）監(jiān)視迪）甲觀狀鑫 監(jiān)控停止 Y3Y21Y0X3X26.3閃爍報(bào)警程序的仿真系統(tǒng)灌裝加料（丫1上電）和上蓋（丫2上電）時(shí)，發(fā)光二極管報(bào)警器（丫11）會(huì)閃 爍報(bào)警。 b田文件（E）軟元件（0）監(jiān)視廻）軟元件登錄-團(tuán)表表乎汨圍廠自動(dòng) a手動(dòng)r xi r X2xsr xi o *l X20甲視伏戀監(jiān)住停止 Y11Y2Y1Y0-50-45-403530-2520 訂 5-105廠ETX06.4記數(shù)程序的仿真M3217 M10C10223

37、._| 卜對(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)Equation Chapter (Next) Section 17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(jì)。 該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)方面，根據(jù)系統(tǒng)的控制要求對(duì)各硬 件設(shè)備進(jìn)行了選型并對(duì)三菱 FX1N-40MR PLC外部電路接線進(jìn)行了設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)方 面對(duì)軟件設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行了概述，根據(jù)要求設(shè)計(jì)出梯形圖并對(duì)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(mǎn)足以下控制要求：（1）能對(duì)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(duì)滿(mǎn)瓶進(jìn)行運(yùn)送及計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值包括

38、累計(jì)計(jì)數(shù)、單位包裝計(jì) 數(shù)，單位包裝計(jì)數(shù)量可根據(jù)包裝大小設(shè)定；（3）能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。利用PLC良好的自動(dòng)控制性能，本文所設(shè)計(jì)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(guò)程的無(wú)人控制。但對(duì)于大型的生產(chǎn)流水線來(lái)說(shuō)，該系統(tǒng)就 無(wú)法滿(mǎn)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(cè)等 諸多方面作出改進(jìn)?；赑LC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(huì)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

39、。致謝首先感謝寧夏大學(xué)新華學(xué)院四年來(lái)對(duì)我的精心培養(yǎng)，這四年是我的一段比較快樂(lè) 的時(shí)光，也是人生中一段寶貴的經(jīng)歷。在本次課題設(shè)計(jì)中，指導(dǎo)教師丁莉君老師對(duì)我的幫助很大，雖然這段時(shí)間我的畢 業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程“停滯不前”可老師沒(méi)有將我放棄，一直不厭其煩的督促我，還不時(shí)地指 導(dǎo)我，這讓我很感動(dòng)。老師對(duì)我的悉心幫助為我打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)知識(shí)，提高個(gè)人 能力都非常有益，在此我對(duì)丁老師表示忠心的感謝和崇高的敬意。參考文獻(xiàn)1 孔凡真飲料無(wú)菌冷灌裝生產(chǎn)線的應(yīng)用是大勢(shì)所趨J.飲料工業(yè)，2007, 10(12)2 劉軍國(guó)外飲料灌裝機(jī)現(xiàn)狀為我國(guó)灌裝機(jī)指明發(fā)展方向J 中國(guó)包裝工業(yè)，2009. 9(10)3 袁任光可編程序控制器

40、(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(jì)應(yīng)考慮的若干因素M .輕工機(jī)械出版社2000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武少斌、殷際英、陳衛(wèi)自動(dòng)化生產(chǎn)線中的飲料灌裝技術(shù)J 中國(guó)科技博覽,2006(15)7 陳昌偉、胡國(guó)清、張冬至灌裝閥及旋蓋頭測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)】J 包裝工程,2009(3)8 黃睿峰.飲料生產(chǎn)線的自動(dòng)加盞器J 燃?xì)馄鬏喸囼?yàn)與研究.成都.1994, No. 4. P89 辛驀洪飲料生產(chǎn)設(shè)備的使用與維護(hù)M 機(jī)械工業(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，

41、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,200513 汪國(guó)梁電機(jī)學(xué)M北京機(jī)械工業(yè)出版社，200714 顧繩谷電機(jī)及拖動(dòng)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(cè)技術(shù)M高等教育出版社，2008指令表:01LDORXOX1087UU lLDT怙X52ORC2088ORMil3RSTCO89ANIMIO7RSTCl90ANIM1211RSTC291ANIM1315RSTC392ANIX419RSTC493ANIX623RETC594ANIX727RSTC695ANIXI21RSTC796OUTMU35RSTC897OUTY539RSTC998LDX6輕RSTCIO99ORM1247RSTCll100ANIMil51RSTCl 2101ANIMIO55RSTC13102ANIffll35SRSTCl 4103ANIX5S3RSTCIS104ANIX467LDxo105ANIX76SORKO106ANIXI69ANIXI107OUTMl 270OUTMO108OUTY671OUTY1O109LD1772LDXI110OR