飲料灌裝生產(chǎn)流水線PLC控制

1、-. z. - - . .可修編. .*機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文作 者： 學(xué) 號：系 部： 電 氣 工 程 系專 業(yè)： 電氣自動化技術(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)教師評閱者：2015 年 5 月-. z. - -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(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

2、作用。鑒于此，設(shè)計者利用PLC的功能和特點設(shè)計出了一款飲料灌裝生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)。文章剛開場介紹了PLC的相關(guān)知識，接著以飲料灌裝流水線為例，采用三菱公司的F*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：可編程控制器、灌裝流水線、順序功能圖、梯形圖畢業(yè)設(shè)計論文中文摘要AbstractWith the increasing level of industrial automation, many industrial enterprises are faced

3、 with the 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 bined with puter technology in recent years in industrial automation, mechani

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

5、ole. 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 e*ample, the use of Mitsubishi F* series programmable log

6、ic 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 c

7、ontrol systems and fle*ible. Key words: programmable logic controller, filling lines, Sequential Function Chart, Ladder Diagram目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc219120279HYPERLINK l _Toc219120283前言 PAGEREF _Toc219120283 h 5HYPERLINK l _Toc219120284第一章可編程控制器概述 PAGEREF _Toc219120284 h 6HYPERLINK l _

8、Toc2191202851.1 PLC的定義 PAGEREF _Toc219120285 h 6HYPERLINK l _Toc2191202861.2 PLC的根本組成 PAGEREF _Toc219120286 h 6HYPERLINK l _Toc2191202871.3 PLC的功能與特點 PAGEREF _Toc219120287 h 7HYPERLINK l _Toc2191202881.4 PLC的應(yīng)用*圍 PAGEREF _Toc219120288 h 7HYPERLINK l _Toc219120289第二章系統(tǒng)總體設(shè)計 PAGEREF _Toc219120289 h 8HY

9、PERLINK l _Toc219120290第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc219120290 h 9HYPERLINK l _Toc2191202913.1 傳感器的選擇 PAGEREF _Toc219120291 h 9HYPERLINK l _Toc2191202923.2 PLC控制局部硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc219120292 h 9HYPERLINK l _Toc2191202933.2.1 PLC控制系統(tǒng)外部接線圖 PAGEREF _Toc219120293 h 10HYPERLINK l _Toc2191202943.2.2 輸入/輸出接口I/O功能量

10、PAGEREF _Toc219120294 h 10HYPERLINK l _Toc219120295第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc219120295 h 11HYPERLINK l _Toc2191202964.1 控制系統(tǒng)順序功能圖 PAGEREF _Toc219120296 h 11HYPERLINK l _Toc2191202974.2 梯形圖 PAGEREF _Toc219120297 h 12HYPERLINK l _Toc2191202984.3 指令表 PAGEREF _Toc219120298 h 13HYPERLINK l _Toc219120299第五章程序

11、調(diào)試 PAGEREF _Toc219120299 h 14HYPERLINK l _Toc219120300第六章結(jié)論和展望 PAGEREF _Toc219120300 h 17HYPERLINK l _Toc219120301參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc219120301 h 18-. z.前言一、 課題研究背景幾年前，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。本設(shè)計的目的是利用PLC技術(shù)平臺自主開發(fā)創(chuàng)新，將機(jī)械、

12、電氣和自動化等技術(shù)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成實用的飲料灌裝生產(chǎn)線模擬系統(tǒng)。二、課題研究內(nèi)容根據(jù)控制要求，以PLC為核心，設(shè)計出一款飲料灌裝生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)。設(shè)計系統(tǒng)控制硬件電路，編寫軟件控制系統(tǒng)程序，實現(xiàn)對飲料灌裝流水線的控制。三、課程研究意義本設(shè)計鑒于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，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-接觸器控制功能用PLC代替，構(gòu)成實用、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

13、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、課題研究方法步驟如下：1.控制系統(tǒng)總體設(shè)計：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：PLC型號、相關(guān)元器件的選擇以及外部接口電路的設(shè)計。3.控制系統(tǒng)軟件設(shè)計：繪制順序功能圖和梯形圖4.系統(tǒng)調(diào)試：利用仿真軟件對所編制的程序進(jìn)展軟件調(diào)試。第一章 可編程控制器概述1.1 PLC的定義可編程控制器，簡稱PLCProgrammable logic Controller,是指以計算機(jī)技術(shù)為根底的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會International Electrical mittee公布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義：

14、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。具體一款F*2N系列PLC實物如下列圖:圖1-1 F*2N系列PLC實物圖1.2 PLC的根本組成PLC的根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

15、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)定的存儲器內(nèi)。PLC的根本組成框圖如圖1-2所示：圖1-2 PLC的根本組成框圖1.3 PLC的功能與特點功能：1.邏輯控制2.定時控制3.計數(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：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)人員歡送4.系統(tǒng)的設(shè)計、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1.4 PLC的應(yīng)用*圍目前，在國內(nèi)外PLC已廣泛

16、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PLC性能價格比的不斷提高，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方面：1.開關(guān)量邏輯控制 2.運(yùn)動控制 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頓開關(guān)動作或灌裝設(shè)備下的傳感器檢測到一個瓶子時停頓；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頓開關(guān)動作。當(dāng)瓶子定位在灌裝設(shè)備下時，停頓1s，灌裝設(shè)備開場工作，灌裝過程為5s，灌裝過程應(yīng)有報警顯示，5s后停頓并不再顯示報警。用

17、兩個傳感器和兩個計數(shù)器檢測并記錄空瓶數(shù)和滿瓶數(shù)，一旦系統(tǒng)啟動，便開場記錄空、滿瓶數(shù)，且空、滿瓶數(shù)都最多不超過99999999瓶?？梢允謩訉τ嫈?shù)值清零。設(shè)計中包括PLC硬件構(gòu)造設(shè)計及PLC控制軟件局部設(shè)計。硬件設(shè)計局部：1.分析控制要求，選擇對應(yīng)的傳感器及其他部件、并寫出I/O量功能表；2.選擇適宜的PLC機(jī)型；3.畫出PLC控制系統(tǒng)外部接線圖。軟件設(shè)計局部：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算機(jī)技術(shù)的高速開展，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)在測量和控制系統(tǒng)中

18、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的器件。它獲得的信息正確與否，直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的精度。外界進(jìn)入傳感器的信號幅度是很小的，而且混雜有干擾信號和噪聲。為了方便隨后的處理過程，首先要將信號整形成具有最正確特性的波形，有時還需要將信號線性化，該工作是由放大器、濾波器以及其他一些模擬電路完成的。成形后的信號隨后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并輸入到微處理器。傳感器的組成如圖2-2所示：敏感元件轉(zhuǎn)換元件接口電路輔助電源電信號非物理量圖2-2 傳感器

19、組成針對本課題的控制要求，在設(shè)計中我選用了兩個光電傳感器空瓶檢測傳感器、灌裝設(shè)備處的有無瓶傳感器用來檢測有無飲料瓶通過；還選用了一個重量傳感器來檢測瓶子是否灌滿。3.2 PLC控制局部硬件設(shè)計分析對象的控制要求，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硬件構(gòu)造配置，并繪制PLC控制電路硬件接線圖，編制I/O接口功能表。3.2.1 PLC控制系統(tǒng)外部接線圖如圖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3.2.2 輸入/輸出接口I/O功能量如下表4-1、4-2所示： 表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工位名稱文字符

20、號輸入口1起動按鈕SB1*0002停頓按鈕SB2*0013空瓶檢測傳感器開關(guān)信號P0*0024瓶子檢測傳感器開關(guān)信號P1*0035滿瓶檢測傳感器開關(guān)信號P2*0046空瓶計數(shù)器手動復(fù)位開關(guān)SB3*0057滿瓶計數(shù)器手動復(fù)位開關(guān)SB4*006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工位名稱文字符號輸入口1電機(jī)驅(qū)動傳送帶工作KM1Y0002灌裝設(shè)備工作KM2Y0013灌裝過程報警顯示燈L0Y002根據(jù)確定后的輸入/輸出接口I/O數(shù)量，本設(shè)計選擇的PLC機(jī)型為F*2N-16MR-001。第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計根據(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)出各控制對象的動作順序，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)的順序功能圖定時器選擇：根據(jù)已確定的PLC型號F*2N-16MR-001以及題目要求，該設(shè)計中的定時器選用T0、T1計數(shù)器選擇：控制要求中提到計數(shù)器最大計數(shù)值99999999，可見必須選擇32位計數(shù)器，再根據(jù)已確定的PLC型號F*2N-16MR -001可選擇C200、C201。4.2 梯形圖手動復(fù)位局部梯形圖：4.3 指令