飲料灌裝生產(chǎn)流水線PLC控制

1、 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作 者： 學(xué) 號(hào)：系 部： 電 氣 工 程 系專 業(yè)： 電氣自動(dòng)化技術(shù)題 目： 飲料灌裝生產(chǎn)流水線 PLC 控制 校內(nèi)指導(dǎo)教師：企業(yè)指導(dǎo)教師評(píng)閱者：2015 年 5 月 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要 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(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，近年來在工業(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)揮著越來越重要的作用。鑒于

2、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)。文章剛開始介紹了PLC的相關(guān)知識(shí)，接著以飲料灌裝流水線為例，采用三菱公司的FX系列可編程序控制器，介紹了PLC 在飲料灌裝流水線中的應(yīng)用，給出了詳細(xì)的程序設(shè)計(jì)過程。利用PLC控制飲料灌裝生產(chǎn)過程，可有效提高灌裝生產(chǎn)效率，并顯著增加控制系統(tǒng)的可靠性和柔性。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：可編程控制器、灌裝流水線、順序功能圖、梯形圖AbstractWith the increasing level of industrial automation, many industrial enterprises are faced with th

3、e transformation of traditional production line and re-design problem. PLC (programmable logic controller) is a microprocessor as the core of industrial control devices, it will relay the traditional control system combined with computer technology in recent years in industrial automation, mechanica

4、l and electrical integration, the transformation of traditional industries such as generally applied. As a general-purpose industrial control computer, the realization of industrial control wiring logical leap in logic to storage, industrial control in the world is playing an increasingly important

5、role. In view of this, the designers of the use of PLC functions and features designed a beverage filling production line control system. The article introduced the PLC beginning of the relevant knowledge, and then to drink bottling line as an example, the use of Mitsubishi FX series programmable lo

6、gic controller, PLC, introduced in the beverage bottling line in the application, given a detailed program design process. PLC control of the use of beverage filling production process, which can effectively improve the production efficiency of filling, and significantly increase the reliability of

7、control systems and flexible. Key words: programmable logic controller, filling lines, Sequential Function Chart, Ladder Diagram目目 錄錄前言 .5 5第一章 可編程控制器概述 .6 61.11.1 PLCPLC 的定義的定義 .61.21.2 PLCPLC 的基本組成的基本組成 .61.31.3 PLCPLC 的功能與特點(diǎn)的功能與特點(diǎn) .71.41.4 PLCPLC 的應(yīng)用范圍的應(yīng)用范圍 .7第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) .8 8第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) .9 93.13.1

8、傳感器的選擇傳感器的選擇 .93.23.2 PLCPLC 控制部分硬件設(shè)計(jì)控制部分硬件設(shè)計(jì) .93.2.13.2.1 PLCPLC 控制系統(tǒng)外部接線圖控制系統(tǒng)外部接線圖.103.2.23.2.2 輸入輸入/ /輸出接口（輸出接口（I/OI/O）功能量）功能量 .10第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .11114.14.1 控制系統(tǒng)順序功能圖控制系統(tǒng)順序功能圖 .114.24.2 梯形圖梯形圖 .124.34.3 指令表指令表 .13第五章 程序調(diào)試 .1414第六章 結(jié)論和展望 .1717參考文獻(xiàn) .1818前言前言一、一、 課題研究背景課題研究背景幾年前，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

9、50%以上，大量使用了微電腦設(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。本設(shè)計(jì)的目的是利用“PLC”技術(shù)平臺(tái)自主開發(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，構(gòu)成實(shí)用的飲料灌裝生產(chǎn)線模擬系統(tǒng)。二、二、課題研究內(nèi)容課題研究內(nèi)容根據(jù)控制要求，以 PLC 為核心，設(shè)計(jì)出一款飲料灌裝生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制硬件電路，編寫軟件控制系統(tǒng)程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)飲料灌裝流水線的控制。三、三、課程研究意義課程研究意義本設(shè)計(jì)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)自主開發(fā)

10、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，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。四、課題研究方法四、課題研究方法步驟如下：1.控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)：分析控制要求，了解系統(tǒng)工作過程。2.控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)：PLC 型號(hào)、相關(guān)元器件的選擇以及外部接口電路的設(shè)計(jì)。3.控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：繪制順序功能圖和梯形圖4.系統(tǒng)調(diào)試：利用仿真軟件對(duì)所編制的程序進(jìn)行軟件調(diào)試。第

11、一章第一章 可編程控制器概述可編程控制器概述1.11.1 PLCPLC 的定義的定義可編程控制器，簡(jiǎn)稱 PLC（Programmable logic Controller）,是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在 1987 年國際電工委員會(huì)（International Electrical Committee）頒布的 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì) PLC 做了如下定義：“PLC 是一種專門為在工業(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)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

12、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(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。”具體一款 FX2N 系列 PLC 實(shí)物如下圖:圖 1-1 FX2N 系列 PLC 實(shí)物圖1.21.2 PLCPLC 的基本組成的基本組成PLC 的基本組成可歸為四大部件：1中央處理單元（CPU 板）控制器的核心；2. 輸入部件連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與 CPU 之間的接口電路；3. 輸出部件送出 PLC 運(yùn)算后得出的控制信息；4. 電源部件為 PLC 內(nèi)部電路提供能源。另外，還必須有編程器將用戶程序?qū)戇M(jìn)規(guī)定的存儲(chǔ)器內(nèi)。PLC 的基本組成框圖如圖 1-2 所示：圖 1-2 PLC 的基本組成框圖1.31.

13、3 PLCPLC 的功能與特點(diǎn)的功能與特點(diǎn)功能：1.邏輯控制2.定時(shí)控制3.計(jì)數(shù)控制4.步進(jìn)(順序)控制、5.PID 控制、數(shù)據(jù)控制6.PLC 具有數(shù)據(jù)處理能力、通信和聯(lián)網(wǎng)7.其它 PLC 還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如定位控制模塊、CRT 模塊。特點(diǎn)：1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)2.功能完善，適用性強(qiáng)3.易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎4.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造五.體積小，重量輕，能耗低1.41.4 PLCPLC 的應(yīng)用范圍的應(yīng)用范圍目前，在國內(nèi)外 PLC 已廣泛應(yīng)用冶金、石油、化工、建材、機(jī)械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)，隨著 PL

14、C 性能價(jià)格比的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。從應(yīng)用類型看，PLC 的應(yīng)用大致可歸納為以下幾個(gè)方面：1.開關(guān)量邏輯控制 2.運(yùn)動(dòng)控制 3.過程控制 4.數(shù)據(jù)處理第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)通過開關(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)備開始工作，灌裝過程為 5s，灌裝過程應(yīng)有報(bào)警顯示，5s 后停止并不再顯示報(bào)警。用兩個(gè)傳感器和兩個(gè)計(jì)數(shù)器檢測(cè)并記錄空瓶數(shù)和滿瓶數(shù)，一旦系統(tǒng)啟動(dòng)，便開始記錄空、滿

15、瓶數(shù)，且空、滿瓶數(shù)都最多不超過 99999999 瓶?？梢允謩?dòng)對(duì)計(jì)數(shù)值清零。設(shè)計(jì)中包括 PLC 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及 PLC 控制軟件部分設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)部分：1.分析控制要求，選擇對(duì)應(yīng)的傳感器及其他部件、并寫出 I/O 量功能表；2.選擇合適的 PLC 機(jī)型；3.畫出 PLC 控制系統(tǒng)外部接線圖。軟件設(shè)計(jì)部分：1.控制系統(tǒng)順序功能圖；2.梯形圖；3.指令表。灌裝流水線示意圖如下：第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 傳感器的選擇信息處理技術(shù)取得的進(jìn)展以及微處理器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，都需要在傳感器的開發(fā)方面有相應(yīng)的進(jìn)展。微處理器現(xiàn)在已經(jīng)在測(cè)量和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著這些系統(tǒng)能力的增強(qiáng)，作為信息采集

16、系統(tǒng)的前端單元，傳感器的作用越來越重要。傳感器已成為自動(dòng)化系統(tǒng)和機(jī)器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件。廣義地說，傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件。它獲得的信息正確與否，直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的精度。外界進(jìn)入傳感器的信號(hào)幅度是很小的，而且混雜有干擾信號(hào)和噪聲。為了方便隨后的處理過程，首先要將信號(hào)整形成具有最佳特性的波形，有時(shí)還需要將信號(hào)線性化，該工作是由放大器、濾波器以及其他一些模擬電路完成的。成形后的信號(hào)隨后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并輸入到微處理器。傳感器的組成如圖 2-2 所示：針對(duì)本課題的控制要求，在設(shè)計(jì)中我選用了兩個(gè)光電傳感器（空瓶檢測(cè)傳感器、灌裝設(shè)備處的有無瓶傳感器）用來檢測(cè)有無飲料瓶

17、通過；還選用了一個(gè)重量傳感器來檢測(cè)瓶子是否灌滿。3.2 PLC 控制部分硬件設(shè)計(jì)分析對(duì)象的控制要求，確定輸入/輸出接口（I/O）數(shù)量，選擇適合的 PLC 機(jī)型及外設(shè)，完成 PLC 硬件結(jié)構(gòu)配置，并繪制 PLC 控制電路硬件接線圖，編制 I/O 接口功能表。3.2.13.2.1 PLCPLC 控制系統(tǒng)外部接線圖控制系統(tǒng)外部接線圖敏感元件轉(zhuǎn)換元件接口電路輔助電源電信號(hào)非物理量圖 2-2 傳感器組成如圖 4-2 所示：圖 4-2 飲料罐裝流水線控制系統(tǒng)的 PLC 控制電路硬件接線圖3.2.23.2.2 輸入輸入/ /輸出接口（輸出接口（I/OI/O）功能量）功能量如下表 4-1、4-2 所示： 表

18、4-1 飲料罐裝生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)的 PLC 輸入接口功能表序號(hào)工位名稱文字符號(hào)輸入口1起動(dòng)按鈕SB1X0002停止按鈕SB2X0013空瓶檢測(cè)傳感器開關(guān)信號(hào)P0X0024瓶子檢測(cè)傳感器開關(guān)信號(hào)P1X0035滿瓶檢測(cè)傳感器開關(guān)信號(hào)P2X0046空瓶計(jì)數(shù)器手動(dòng)復(fù)位開關(guān)SB3X0057滿瓶計(jì)數(shù)器手動(dòng)復(fù)位開關(guān)SB4X006表 4-2 飲料罐裝生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)的 PLC 輸出接口功能表序號(hào)工位名稱文字符號(hào)輸入口1電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳送帶工作KM1Y0002灌裝設(shè)備工作KM2Y0013灌裝過程報(bào)警顯示燈L0Y002根據(jù)確定后的輸入/輸出接口（I/O）數(shù)量，本設(shè)計(jì)選擇的 PLC 機(jī)型為 FX2N-16MR-001

19、。第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)根據(jù)控制要求，建立飲料罐裝生產(chǎn)流水線 PLC 控制系統(tǒng)的順序功能圖，表達(dá)出各控制對(duì)象的動(dòng)作順序，并畫出梯形圖，寫出指令表。4.1 控制系統(tǒng)順序功能圖順序功能圖如 4-1 圖所示：圖 4-1 飲料罐裝流水線控制系統(tǒng)的順序功能圖定時(shí)器選擇：根據(jù)已確定的 PLC 型號(hào) FX2N-16MR-001 以及題目要求，該設(shè)計(jì)中的定時(shí)器選用 T0、T1計(jì)數(shù)器選擇：控制要求中提到計(jì)數(shù)器最大計(jì)數(shù)值 99999999，可見必須選擇 32 位計(jì)數(shù)器，再根據(jù)已確定的 PLC 型號(hào) FX2N-16MR -001 可選擇 C200、C201。4.2 梯形圖手動(dòng)復(fù)位部分梯形圖：4.34.3 指令表指令表第五章第五章 程序調(diào)試程序調(diào)試啟動(dòng)系統(tǒng)：當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕 X0，則程序由 S0 步變換到 S20 步，圖中準(zhǔn)確地表示出此時(shí) S20 變?yōu)榛顒?dòng)步，并驅(qū)動(dòng)傳送帶電機(jī)運(yùn)行，而 S0 則變?yōu)椴换顒?dòng)步?？掌坑?jì)數(shù)器計(jì)數(shù)：設(shè)置位置傳感器檢測(cè)到達(dá)預(yù)定罐裝位置：當(dāng)灌裝設(shè)備下的光電傳感器檢測(cè)到有瓶子到