國(guó)開作業(yè)《機(jī)電控制與可編程序控制器技術(shù)》專題報(bào)告（占20%）-2021-5參考535

1、PAGE17機(jī)電控制與可編程控制器技術(shù)課程專題報(bào)告課程題目： 飲料罐裝生產(chǎn)流水線PLC控制 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。利用P

2、LC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、梯形圖前言一、 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、課題研究?jī)?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

3、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、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)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)、

4、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)：利用STEP 7軟件編制出相應(yīng)的梯形圖程序。4.系統(tǒng)調(diào)試：實(shí)驗(yàn)室中連接硬件線路，模擬運(yùn)行，完成程序的調(diào)試。第一章 可編程控制器概述 PLC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(guó)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)

5、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)。 PLC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1-1所示：圖1-1 PLC的基本組成框圖 PLC的功能與特點(diǎn)功能：1.邏輯控制2.定時(shí)控制3

6、.計(jì)數(shù)控制4.步進(jìn)(順序)控制、控制、數(shù)據(jù)控制具有數(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 PLC的應(yīng)用范圍目前，在國(guó)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PLC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)的軟件設(shè)計(jì)及硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)通過開

7、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45s，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、滿瓶數(shù)，且空、滿瓶數(shù)都最多不超過8000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

8、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：梯形圖灌裝流水線示意圖如下：圖2-1飲料罐裝生產(chǎn)流水線 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

9、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：敏感元件轉(zhuǎn)換元件接口電路輔助電源電信號(hào)非物理圖2-2 傳感器組成針對(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)有無飲料瓶通過；還選用了一個(gè)重量傳感器來檢測(cè)瓶子是否灌滿。 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，

10、編制I/O接口功能表。 PLC控制系統(tǒng)外部接線圖如圖3-1所示：圖3-1 飲料罐裝流水線控制系統(tǒng)的PLC控制電路硬件接線圖 輸入/輸出接口（I/O）功能量如下表3-1、3-2所示： 表3-1 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3-2 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

11、作KM1Y0002灌裝設(shè)備工作KM2Y0013灌裝過程報(bào)警顯示燈L0Y002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)的梯形圖。 梯形圖 程序調(diào)試組態(tài)王監(jiān)控畫面第六章 結(jié)論和展望經(jīng)歷一周的方案設(shè)計(jì)、比較、論證、探討等步驟，經(jīng)過不懈的努力和反復(fù)的驗(yàn)證，積聚了同組同學(xué)的一致討論并通過，再加上指導(dǎo)老師的細(xì)心點(diǎn)撥和教誨，終于成功地完成了本次課程設(shè)計(jì)。但是，由于學(xué)識(shí)淺薄和資歷膚淺，對(duì)待解決問題還不成熟，望老師不吝糾正，深感謝意！和學(xué)別的學(xué)科一樣，在學(xué)完P(guān)LC理論課程后我們做了課程設(shè)計(jì)，此次課設(shè)使我們受益良多。由于平時(shí)大家都是學(xué)理論，沒有過實(shí)際開發(fā)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，拿到的時(shí)候都不知道

12、怎么做。但課通過各方面的查資料并學(xué)習(xí)。我們基本學(xué)會(huì)了PLC設(shè)計(jì)的步聚和基本方法。 通過這次設(shè)計(jì)實(shí)踐。我學(xué)會(huì)了PLC的基本編程方法，對(duì)PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對(duì)理論的運(yùn)用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒有做實(shí)踐設(shè)計(jì)以前，我們對(duì)知道的撐握都是思想上的，對(duì)一些細(xì)節(jié)不加重視，當(dāng)我們把自己想出來的程序與到PLC中的時(shí)候，問題出現(xiàn)了，不是不能運(yùn)行，就是運(yùn)行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。能過解決一個(gè)個(gè)在調(diào)試中出現(xiàn)的問題，我們對(duì)PLC 的理解得到加強(qiáng)，看到了實(shí)踐與理論的差距。 在設(shè)計(jì)的過程中我們得到了老師的幫助與意見。在學(xué)習(xí)的過程中，不是每一個(gè)問題都能自己解決，向老師請(qǐng)教或向同學(xué)討論是一個(gè)

13、很好的方法，不是有句話叫做思而不學(xué)者殆。做事要學(xué)思結(jié)合。通過本次設(shè)計(jì)，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實(shí)際，與具體項(xiàng)目、課題相結(jié)合開發(fā)、設(shè)計(jì)產(chǎn)品的能力。既讓我懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實(shí)際，又讓我懂得了在實(shí)踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。在本次設(shè)計(jì)中，我們還需要大量的以前沒有學(xué)到過的知識(shí)，于是圖書館和INTERNET成了我們很好的助手。在查閱資料的過程中，我們要判斷優(yōu)劣、取舍相關(guān)知識(shí)，不知不覺中我們查閱資料的能力也得到了很好的鍛煉。我們學(xué)習(xí)的知識(shí)是有限的，在以后的工作中我們肯定會(huì)遇到許多未知的領(lǐng)域，這方面的能力便會(huì)使我們受益非淺。在設(shè)計(jì)過程中，總是遇到這樣或那樣的問題。有時(shí)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題的時(shí)候，需要做大量的工作，花大量的時(shí)間才能解決。自然而然，我的耐心便在其中建立起來了。為以后的工作積累了經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)了信心。用PLC控制飲料灌裝生產(chǎn)流水線，考慮了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境，性能較穩(wěn)定，極大地提高了設(shè)備的可靠性，而且程序調(diào)整修改方便靈活。 以