饮料罐装生产流水线的PLC控制课程设计说明

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1、机电综合课程设计说明书 饮料罐装生产流水线的PLC控制 院（系） 机械工程学院 专 业 机械电子工程 班 级 2011级机电2班 学生姓名 李家峰 傅立毅 指导老师 朱鹰 学生姓名李家峰本课程设计要解决的问题有哪些？1、方案流程设计缺乏经验 2、电机和传感器的选择3、编程 4、流水线基本结构设计 5、做PPT我做了哪些工作来解决这些问题的？1、 同学讨论，参考书上案例，网上搜集资料，最终得出方案。2、 查书和上网查资料，通过比较几个不同电机的差别择优而选3、 综合考虑所选用的方案，选择与之想适合的传感器4、 平时少做PPT，真正要做唯有亲力亲为，不懂就问同学，上网问。我在本次课程设计取得了哪些

2、成果？有哪些收获？本次课程设计让我提前感受毕业设计论文的编写过程，由方案设计开始，先要有一个整体构思，然后再到硬件选择，控制电路设计，最后到编程。每个步骤都有根有据，必须严谨对待。另外由于平时少接触PPT，但是到时我们毕业设计，必然要做PPT答辩的，所以现在开始就要锻炼自己在这方面的技能，为将来答辩做好准备。指导教师评语及成绩评定评语：成绩评定：指导教师 年 月 日 目录摘要1第一章 可编程控制器概述21.1 PLC的定义21.2 PLC的基本组成21.3 PLC的功能与特点31.4 PLC的应用范围3第二章 任务设计42.1课题内容42.2控制要求4第三章 设计方案53.1饮料灌装流水线的基

3、本结构5第四章 系统硬件设计64.1 PLC的选择64.2传感器的选择74.3选择电器元件8第五章 系统流程图10第六章 电气控制电路设计116.1电控系统与原理图设计11第七章PLC设计137.1确定PLC型号137.2 I/O点的编号分配和PLC外部接线图147.3控制面板图157.4梯形图157.5指令表17第八章 调试过程及结果18第九章 总结19参考文献20摘要目前，饮料的灌装生产已经实现自动化，为了提高产品质量，缩短生产周期，适应产品迅速更新换代的要求，产品生产正向缩短生产周期、降低成本、提高生产质量等方面发展。因此，饮料厂的自动化灌装生产线中有越来越多的机器在使用先进的灌装技术来

4、提高机器的自动化控制水平和生产效率。而应用PLC完成电气部分的控制是工业自动化电气控制的主要发展方向。本次课设主要介绍全自动灌装生产线的基本概念。全自动灌装生产线是由数台自动灌装机械经控制系统进行集中控制，并按照各自功能完成一定任务进行顺序、连续生产的一系列机器组合。通过对饮料罐装自动控制的介绍，使我们对灌装这个行业有了更深的了解，也对自动化这个名词有了进一步的了解。我国的饮料罐装自动化相对于西方发达国家来讲还有很大的差距。设备陈旧，技术落后，成为阻碍我们灌装行业发展的一个严重问题。鉴于这些问题，我国企业不断发展自身的实力，逐步朝着生产高速化、设备结构合理化、设备的多功能化、设备的绿色化、控制

5、的智能化等方向发展。推出适合自己需求的产品来。本次课设就是朝着这个方向进行研究和设计。关键词：可编程控制器、灌装流水线、顺序功能图、梯形图第一章 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标准草案中对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

6、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FX2N系列PLC实物如下图:图1-1 FX2N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。另外，还必须有编程器将用户程序写进规定的存储器内。PLC的基本组成框图如图1-2所示：图1-2 PLC的基本组成

7、框图1.3 PLC的功能与特点功能：1.逻辑控制2.定时控制3.计数控制4.步进(顺序)控制、5.PID控制、数据控制6.PLC具有数据处理能力、通信和联网特点：1.可靠性高，抗干扰能力强2.功能完善，适用性强3.易学易用，深受工程技术人员欢迎4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造1.4 PLC的应用范围目前，在国内外PLC已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。第二章 任务设计2.1课题内容饮料罐装生产流水线梯形图控制程序设计并画出电气接线图。2.2控制要求（1）统通过开关设定为自动

8、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（报警方式为红灯以0.3S时间间隔闪烁）。（3） 灌装完一瓶须进行称重比较：若大于或等于700克为正品，并计数1次，计数满24瓶为一箱，并令蜂鸣器报警一次（鸣响1s）；若小于700克则为次品，同时也计数1次，计满24瓶为一箱，并令蜂鸣器报警一次（鸣响2s）瓶装饮料的重量以模拟量的形

9、式自模拟量通道A/D输入（重量Kg与模拟量电压输入及数字量的对应值可以自己设定）。（4） 可以手动对计数值及定时器清零（复位）3、 课题要求（1） 根据课题的控制要求完成设计（2） 对电机、传感器、到位开关选型并列出选型依据（3） 画出电气连线图，写出程序流程图及代码（4） 完成课程设计说明书第三章 设计方案3.1饮料灌装流水线的基本结构整个灌装流水线的基本结构如图1、图2、图3所示。整个流水线由主传送带、次品传送带、灌装装置、次品推动装置、定位传感器、次品检测传感器等组成。电动机的启动和停止，灌装装置向上、向下移动和灌装，次品的检测、推动都是由PLC控制的。流水线由传感器实时监控，由PLC控

10、制，控制准确，自动化程度高。第四章 系统硬件设计4.1 PLC的选择（1）PLC的结构与特点：PLC的构成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。PLC编程简介体积小，重量轻，耗电少，接线编程简单，可靠性高，反应快，可靠性高，抗干扰能力强。PLC一经出现，由于它的自动化程度高、可靠性好，设计周期短、使用和维护简便等独特优点，备受国内外工程技术人员和工商业界厂商的极大关注，生产PLC的厂商

11、孕起。随着大规模集成电路和微处理器在PLC中应用，是PLC的功能不断得到增强，产品得到飞速发展。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。PLC常用程序设计语言简介方源 可编程控制器程序设计语言。在可编程控制器中有多种程序设计语言，它们是梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。其中梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。是最广泛，最受欢迎的一种编程语言。它采用梯形图程序设计语言，程序采用梯形图的形式描述。这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条

12、件和结果。每个梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在后面。梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言。它来源于继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。（2）选择PLC：三菱公司是日本生产PLC的主要厂家之一。该公司生产的FX2N系列机型属于高性能叠装式机型，是三菱公司上网典型产品，FX2N系列PLC具有数十种编程元件。FX2N系列PLC编程元件的编号分为两部分：第一部分是代表功能的字母。如输入继电器勇“X”表示、输出继电器用“Y”表

13、示。第二部分为数字。数字为该器件的序号。根据所需的用户输入输出设备及I/O点数，选择FX2N系列型的PLC就可以满足控制系统的要求。4.2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。

14、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：敏感元件转换元件接口电路辅助电源电信号非物理量图2-2 传感器组成针对本课题的控制要求，通过对各个传感器的工作环境和用途的分析确定各个传感器的型号为1、 灌装监测传感器选型为：光电传感器（热型红外线传感器）2、 称重监测传感器的选型为：压力传感器（压阻式）3、 采用红外线传感器来监测空瓶子的到来后动作，起到接通开关的作用。它是利用被测物体热辐射引起敏感元件温度的变化进行测量。常温下

15、工作且价格更便宜，不受可见光的影响。4、 压电电阻型半导体压力传感器，灵敏度高，输出信号大，响应速度快，性能稳定且电阻值可在较宽的范围内调整以适应不同需要。4.3选择电器元件（1）电动机的选择电动机M1型号为Y132M-4，额定电压为交流380V，额定电流为15A，频率为50HZ，功率为7.5KW，转速为1440r/min。Y132M-4型三相异步电动机功率：7.5KW 电压：380V 电流：15A 绝缘：B 噪音：83dB(A) 转速 2900 r/min。广泛适用于不含易燃、易爆或腐蚀性气体的一般场合和无特殊要求的机械设备上，如金属切削机床、泵、风机、运输机械、搅拌机、农业机械和食品机械等

16、。电动机M2型号为Y90S-4，额定电压为交流380V，额定电流为2.8A，频率为50HZ，功率为1.1KW，转速为1440r/min。电动机M3选与电动机M2一样的型号即可。（2）断路器的作用：断路器的作用是切断和接通负荷电路，以及切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行。而高压断路器要开断1500V，电流为1500-2000A的电弧，这些电弧可拉长至2m仍然继续燃烧不熄灭。故灭弧是高压断路器必须解决的问题。 吹弧熄弧的原理主要是冷却电弧减弱热游离，另一方面通过吹弧拉长电弧加强带电粒子的复合和扩散，同时把弧隙中的带电粒子吹散，迅速恢复介质的绝缘强度。 断路器选用原则；1）空开额定工作电压大于

17、等于线路额定电压2）空开额定电流大于等于线路负载电流3）空开电磁脱扣器整定电流大于等于负载最大峰值电流（负载短路时电流值达到脱扣器整定值时，空开瞬时跳闸。一般D型代号的空开出厂时，电磁脱扣器整定电流值为额定电流的8-12倍。）也就是说短路跳闸而电机启动电流是可以避开的。 根据三个电动机的额定电流，选择断路器QF1、QF2、QF3的型号如表 所示。并根据PLC和变压器选择QF4和QF5的型号。（3）热继电器FR1、FR2、FR3主电动机M1的额定电流15A，FR1可以选用JR16，热元件电流为20A，电流整定范围为1422A工作时将额定电流调整为15A。同理，FR2可选用JR10-10型热继电器

18、，热元件电流为2A，电流整定范围为0.452A工作时将额定电压调整为1.1A。FR3的型号和FR2相同。 表 1 电器元件明细表符 号名 称型 号数 量M1主传送带电动机Y132M41M2灌装装置电动机Y90S41M3次品传送带电动机Y90S41QF1断路器NS100N1QF2断路器NS80N1QF3断路器NS80NQF4断路器NS20N1QF5断路器NS10N1FR1热继电器JR161FR2热继电器JR10-101FR3热继电器JR10-101SB1SB3按钮LA10-1K3SB5SB7按钮LA10-1K3第五章 系统流程图流程图说明：系统分自动和手动两种模式，在手动模式下，由SB2按钮控制

19、启动主传送带电动机，到达灌装位置后，松开SB2，再按下按钮SB3，灌装装置开始动作；再自动模式下按下按钮SB5启动主传送带电动机，当定位传感器检测到饮料瓶后，主传送带停止，灌装装置开始动作，定时时间到达以后，灌装装置自动停止，住传送带再次运动。第六章 电气控制电路设计6.1电控系统与原理图设计图6中断路器QF1、QF2、QF3、QF4、QF5将三相电源引入，同时QF1、QF2、QF3、QF4、QF5为电路提供短路保护。电动机的过载保护分别由三个热继电器提供。 图 6电气控制原理图系统通过按钮设定为自动操作模式和手动操作模式。（1）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

20、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，传送带驱动电机自动启动，并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作。（2）手动操作模式手动模式下，由SB2按钮控制启动主传送带电动机，到达灌装位置后，松开SB2，再按下按钮SB3，灌装装置开始动作，通过定时器控制灌装时间，灌装时间到达后，整个流水线停止，直到再次按下启动按钮，流水线才运作。手动模式可以用于自动模式启动前的系统调整。（3）报警当灌装装置开始灌装饮料时，报警装置得到PLC输出信号，此时，报警灯亮，开始报警，5秒钟以后，灌装结束，同时报警结束。（4）计数过程计数过程需记录满瓶数和次品瓶数，主要是以红外发光二极管和微波液位计作

21、为传感器，记录所有瓶数的技术原理是当红外线接收管受到红外线的照射时，其本身的电阻很小，呈低阻值，电路导通，当红外发射头与接收头中间没有物品挡住时红外接收到红外线照射，呈现低电阻，发出一个高电平信号，计数装置计一次数。当有物体经过红外发射与接收的中间时，由于红外线被挡住，红外接收管呈现大的阻值，电路断开，这时红外接收管发出一个低电平信号。当物体过完之后又回到原来的状态。计数装置由8个十进制计数器组成，当计数到99999999时，再计数一次，计数器溢出。计数最多不超过99999999。记录次品瓶数的技术原理是当检测到有次品时，微波接受装置发出信号给PLC，PLC的寄存器值加一，同时，所有瓶数减去次

22、品瓶数便得出了可满瓶数，把满瓶数也放入另一个寄存器中。这就是记录满瓶数和次品瓶数的技术原理。电路设置了手动复位按钮，计数器正常计数时是低电平，按下复位按钮后，复位端变成高电平，使计数器复位，实现手动对计数器清零。第七章PLC设计7.1确定PLC型号三菱公司是日本生产PLC的主要厂家之一。该公司的生产的系列机型，属于高性能叠装式机型，是三菱公司上网典型产品，系列PLC具有数十种编程元件。系列PLC编程元件的编号分为两部分：第一部分是代表功能的字母。如输入继电器用“X”表示、输出见电器用“Y”表示。第二部分为数字，数字为该类器件的序号。根据所需的用户输入输出设备及I/O点数，选择FX2N16MR0

23、01型PLC就可以满足控制系统的要求。 图 7 PLC外部接线示意图7.2 I/O点的编号分配和PLC外部接线图I/O点的编号分配如表所示类别元件PLC元件作用输入（I）SB0XO启动按钮SB1X1停止按钮SB2X2光电传感器SB3X3压力传感器1SB4X4压力传感器2SB5X5手动清零输出（O）KM1Y1启动传送带驱动电机KM2Y2驱动灌装设备KM3Y3启动正品传送带KM4Y4启动次品传送带HRY5报警显示HAY6蜂鸣器响PLC的外部接线图如图8所示。7.3控制面板图根据设计要求及考虑到工人工作的要求，设计控制面板布置情况如图9所示。7.4梯形图7.5指令表根据梯形图所得指令表如下：LD X

24、0 LD T2 OUT T4OR M0 ANI T1 K10OUT M0 OUT Y5 OUT M3LD M0 LD M2 LD C1OR Y1 AND X3 RST C1ANI X1 OR Y3 LD C2OUT M2 ANI X4 OR M4ANI M1 OUT Y3 ANI T5OUT Y1 LD X3 OUT T5LD X2 OUT C1 K20OR M1 K24 OUT M4ANI T1 LD M2 LD C2OUT M1 AND X4 RST C2LD M1 OR Y4 LD X5OUT T0 ANI X3 ZRST T0 K10 OUT Y4 T5LD T0 LD X4 ZRST

25、 C1OUT Y2 OUT C2 C2OUT T1 K24 ENDK50 LD M3LD T0 ANI T4ANI T3 LD M4OUT T2 ANI T5 K3 OUT Y6LD T2 LD C1OUT T3 OR M3 K3 ANI T4第八章 调试过程及结果 在电脑上安装GXDeveloper软件，程序编好后，将程序输入GXDeveloper软件中，在电脑上进行初步仿真调试。1、先将PLC程序传入程序控制器中。2、对各个输入I/O口给信号处理，看各个输出口是否有相应的输出，如果没有按照设计要求输出，对程序进行更改，直到各输出口有相应的输出。3、如果有条件的话，用编程软件将程序输入PLC

26、中，在确认PLC的电源、外部接线和程序输入无误的情况下，接通电源，按照流程图的顺序对系统进行调试，最后使整个系统能准确、可靠的工作。第九章 总结和学别的学科一样，在学完PLC理论课程后我们做了课程设计，此次设计以分组的方式进行，每组有一个题目。我们做的是一个由三个部分组成的浇灌系统。由于平时大家都是学理论，没有过实际开发设计的经验，拿到的时候都不知道怎么做。但通过各方面的查资料并学习。我们基本学会了PLC设计的步聚和基本方法。分组工作的方式给了我与同学合作的机会，提高了与人合作的意识与能力。 通过这次设计实践。我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理

27、论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC 的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。 通过合作，我们的合作意识得到加强。合作能力得到提高。上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，和提出意见，同时我们还向别的同学请教。在此过程中，每个人都想自己

28、的方案得到实现，积极向同学说明自己的想法。能过比较选出最好的方案。在这过程也提高了我们的表过能力。 在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做思而不学者殆。做事要学思结合。通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和INTERNET成了我们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知

29、不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心。参考文献1廖常初.FX系列PLC编程及应用M.北京：机械工业出版社，2005.2谢克明.可编程控制器原理与程序设计M.北京：电子工业出版社，2002.3戴一平.可编程控制器技术及应用M.北京：机械工业出版社，2004.4阮友德.电气控制与PLC实训教程M.北京：人民邮电出版社，20015高安邦.机电传动控制M.北京：高等教育出版社，20036黄明琪.冯济缨，王福平.可编程控制器M.重庆：重庆大学出版社，20037王延才.电子技术M.北京：高等教育出版社，20018胡学林.可编程控制器教程（实训篇）M.北京：电子工业出版社，2001