机械毕业设计1608饮料灌装生产流水线PLC控制系统设计论文主体

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1、 第1章 绪 论 设计目的近年来，饮料工业发展迅猛，碳酸饮料、果汁饮料、蔬菜汁饮料、含乳饮料、瓶装饮用水、茶饮料等品种不断丰富，产量上的不断需求使得对设备市场的需求也不断增加。目前饮料灌装生产线的控制过程主要是继电器接触控制，这种电路接线复杂，可靠性低，使得工业生产的效率得不到提高。不过，随着时代的发展，饮料灌装生产线的控制过程正朝着智能化和自动化的方向发展。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统重的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不

2、需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学，调试与查错也很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。 设计意义本设计鉴于PLC可靠性高、耐恶劣环境能力强、使用极为方便三大特点，利用PLC技术平台自主开发创新，将机械、电气和自动化等技术有机结合，将传统的继电器-接触器控制功能用PLC代替，构成实用、可靠的饮料灌装生产线PLC控制系统。采用PLC控制饮料灌装生产线，实现了饮料生产线的自动化、智能化。对劳动生产率的提高，饮料质量和产量的提高具有

3、深远的意义。 国内外发展趋势近年来，饮料工业发展迅猛，碳酸饮料、果汁饮料、蔬菜汁饮料、含乳饮料、瓶装饮用水、茶饮料等品种不断丰富，产量上的飘红使得对设备市场的需求也呈牛市。国外灌装与封口设备高速、多用、高精度方向发展，目前部分灌装生产线已可以在玻璃瓶与塑料容器（聚酯瓶）、碳酸饮料与非碳酸饮料、热灌装与冷灌装等不同要求和环境下作用。目前碳酸饮料灌装机灌装速度最高已达2000罐/分，德国HK公司灌装机的灌装阀多达165头，SEN公司144头，Krones公司178头，灌装机直径大至5米，灌装精度以下。非碳酸饮料灌装机灌装阀50100头，灌装速度最高达1500罐/分，灌装机料槽转速2025转/分，速

4、度提高1倍。可以进行茶饮料、咖啡饮料、豆乳和果汁饮料等多种饮料的热灌装，国外热灌装饮料封口后不再进行二次杀菌。碳酸饮料常温灌装已酝酿20多年，常温碳酸化可以降低饮料成本，有利环保。非碳酸饮料充氮系统采用加压方式或液氮滴入方式向铝罐或PET瓶内灌注液氮惰性气体，可以保护内容物，减少营养素的损失。目前PET瓶装茶饮料通常采用热灌装方法，为了降低灌装温度，提高茶饮料风味，确保产品卫生安全，已开发PET树脂成型使用130蒸汽杀菌和特殊灌装头灌装的简便式无菌包装机，同时正在开发冰咖啡等低酸性饮料两片薄壁罐的无菌包装技术，以实现薄壁罐的无菌包装。国内灌装生产线全方位发展我国饮料灌装设备基本是在引进设备和技

5、术的基础上发展起来的，八十年代，引进各种饮料灌装生产线300多条，包括啤酒灌装线达500多条。引进灌装生产线主要分为以下几类：玻璃瓶饮料灌装线80年代引进116条玻璃瓶饮料灌装线，主要用于碳酸饮料，其中80多条是以记账贸易方式从东欧国家引进的，包括罗马尼亚35条、西德30条、波兰、捷克8条。以外汇方式引进的灌装线包括西德23条、日本3条、美国6条、意大利1条。生产线主要设备有卸箱机、洗瓶机、灌装机、压盖机、贴标机、喷码机、气水混合机、装箱机等。在线检测设备有真空检测仪、液面检测仪、灌装能力150、200、300400瓶/分。设备主要生产厂家有德国SEN、HK、OH、日本三菱重工、意大利希莫拉兹

6、（Simonazzi）、美国迈耶等。1984年广东轻机厂引进德国SEN公司和HK公司啤酒灌装线制造技术，制造每小时2万瓶的瓶装啤酒灌装线，南京轻机厂和合肥轻机厂以日本三菱重工技术，制造每小时18万瓶/分的汽水灌装线。其他还有重庆轻机厂（测绘三菱重工32/8设备，14000瓶/分）和廊坊包装设备制造总公司（测绘德国SEN公司24/6设备，60008000瓶/时）的灌装线。易拉罐饮料灌装线八五期间，我国引进易拉罐饮料灌装线15条，同时引进易拉罐啤酒灌装线14条。主要是德国SEN、美国迈耶公司的设备，包括卸罐机、洗罐机、灌装机、封罐机、温罐机、码垛机，其他还有混合机、喷码机、薄膜收缩机、液位检测仪等

7、。灌装能力为150、300、400、500罐/分，最高575罐/分。目前广东轻机厂、南京轻机厂、合肥轻机厂等都有自己的易拉罐灌装线。聚酯瓶灌装生产线引进的聚酯瓶饮料灌装线共67条，包括脱箱机、卸箱机、洗瓶机、灌装机、旋盖机、温瓶机、装箱机等。灌装能力为250ml瓶为400500瓶/分，1250ml瓶为50280瓶/分。主要设备厂家有美国迈耶和德国SEN公司。合肥轻机厂利用德国Krones公司技术，制造聚酯瓶饮料灌装线，目前合肥轻机厂、南京轻机厂均能制造玻璃瓶和聚酯瓶两用的饮料灌装线。软包装饮料灌装线我国先后从瑞典、美国、德国、法国等国家引进软包装饮料灌装线，主要有：瑞典利乐包无菌包装机八五期间

8、引进40多条，现全国有160多条，而利乐公司在我国北京、广东佛山、江苏昆山设有复合纸板制造线。现有各种容量的利乐纸盒，AB型最高灌装能力7500盒/时。美国屋顶形纸盒无菌包装机，灌装能力4500盒/时；法国百利包，灌装能力80袋/分；立袋饮料灌装机，德国BOSCH、日本东洋、日本印刷等制造；德国zupack纸盒成形-灌装-封口饮料热灌装线；德国PKL，采用预成形纸盒，包括开盒、灌装、封口。灌装能力6300盒/时。以上前三种为无菌灌装，后三种采用热灌装，灌装封口后用喷淋冷水冷却，德国zupack卧式复合纸盒成形热灌装机已由合肥通用机械所和南京第二商业机械厂研制成功，并批量生产。碳酸饮料灌装线经过

9、引进和消化吸收，我国饮料装备水平已有很大提高，特别是150瓶（罐）/分以上生产能力的灌装生产线基本可以成套供应，目前南京轻工机械厂、合肥轻工机械厂和广东轻工机械厂已能提供生产能力高达600瓶/分的玻璃瓶和600罐/分的易拉罐饮料或啤酒灌装生产线，主要设备包括半自动卸垛机、冲罐机（洗瓶机）、灌装机、封罐机（压盖机、旋盖机）、温罐机（温瓶机）、混合机、纸箱包装机和杀菌机、灌装能力如下：灌装机/封罐机头数：18/430/640/660/8灌装速度（罐或瓶/分）：聚酯瓶灌装生产线基本与玻璃瓶灌装机通用，经过调整后，可以一机两用，灌装能力为250ml瓶为24000瓶/时；1250ml瓶为720瓶/时。中

10、小规模饮料灌装生产线水平不高，成套能力差，制造厂较多，主要有廊坊张家港、靖江、上海奉贤、胡桥、海门、沈阳、河南新乡以及北京等地的灌装设备制造厂，大部分仅提供洗瓶（洗罐）、灌装压盖（封罐）设备。廊坊包装设备制造公司将水处理、制冷、糖化、配料以及管路系统的制造厂组成集团公司，供应成套饮料灌装设备。瓶装饮用水生产线主要包括冲瓶、灌装、封口，还有水处理和消毒设备，山东安丘轻机厂、廊坊包装设备制造公司、张家港美星等都能成套供应。果汁饮料灌装生产线中小规模的非充气饮料灌装线包括玻璃瓶灌装生产线和易拉罐灌装生产线，生产能力40200瓶（罐）/分。其中灌装速度低的果茶灌装机是宝坻包装厂的产品，近年来采用活塞式

11、定量的灌装机制造厂有铭瑞、乐惠和黄岩飞云机械厂等。安丘轻机厂是原轻工业部的非充气饮料灌装机定点厂，加工精度高，但主要生产玻璃瓶压盖式玻璃瓶灌装设备。易拉罐灌装生产线制造厂遍及温州、杭州、汕头等多家制造厂、生产能力400012000罐/分，主要提供洗罐、灌装、封罐设备，成套能力较差。浓缩果汁设备除引进的浓缩果汁生产线外，我国已基本能生产浓缩果汁设备。第一条国产果汁生产线诞生于1994年底，使用厂是山东平原宝原果汁饮品公司，当时的主要设备是卧式螺旋沉降式离心机和降膜管式三效蒸发器，采用传统方法生产浓缩果汁。浓缩设备除降膜管式蒸发器外，还有兰州石化装备工程总公司的板式蒸发器，目前606所已能成套提供

12、浓缩果汁设备。用于果汁澄清的超滤装置目前都依靠进口，相信不久的将来，将会有自动化程度高的国产果汁超滤设备。1.4 基本内容1.设计饮料灌装的工艺方案；2.设计控制系统的总体结构；3.PLC控制程序的编写：写出指令表。1.5 拟解决问题1.控制系统总体设计：分析控制要求，了解系统工作过程。2.控制系统硬件的设计：PLC型号、相关元器件的选择以及外部接口电路的设计.3.控制系统软件设计：绘制顺序功能图和梯形图。1.6 研究方法1.阅读和查阅相关资料和文献全面地学习和研究参考国内外相关项目设计从中学习饮料灌装生产流水线PLC控制系统设计的控制原理。完成基本的知识结构体系；2.确定PLC型号、相关元器

13、件的选择以及硬件电路的设计；系统框图、系统电气原理图、PLC控制系统的外部接线图以及PLC控制程序清单及注释；4.撰写毕业论文。 第2章 总体设计方案2.1 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2.1、图2.2、图2.3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控制，控制准确，自动化程度高。 图2.1 灌装流水线基本结构图（主视图） 图2.2 灌装流水线基本结构图（侧视图）2.2 饮料灌装流水线的工作过程启

14、动传送带的驱动电机，一直保持到灌装设备下的光电传感器检测到一个瓶子时停止，饮料灌装设备开始工作，瓶子装满饮料后主传送带驱动机启动，到又检测到一个瓶子时停止；灌装后的瓶子经微波传感器检测饮料是否灌满；是则推动装置不工作；否则未灌满饮料的瓶子被推动装置推到次品传送带上。 图2.3 灌装流水线的基本结构图（俯视图）2.3 流水线灌装的工作原理灌装流水线的运作是通过电机和灌装设备来控制的。通过电动机的运转，带动流水线的工作。而灌装设备的开通则直接控制饮料流通。通过输入PLC软件程序，直接控制电机及流水线的运作。流水线由传感器实时监控，由PLC控制，控制准确。自动化程度高。2.4 系统流程图流程图说明：

15、系统分自动和手动两种模式，在手动模式下，由SB2按钮控制启动传送带电动机，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，往传送带再次运动。系统流程图如下图2.4。2.5 本章小结本章主要介绍了饮料灌装流水线的主要组成结构；并对饮料灌装流水线的工作过程和原理进行了说明。绘制了系统流程图。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。图2.4 系统流程图第3章 系统硬件设计分析对象的控制要求，确

16、定输入/输出接口（I/O）数量，选择适合的PLC机型及外设，完成PLC硬件结构配置，并绘制PLC控制电路硬件接线图，编制I/O接口功能表。3.1 选择电器元件3.1.1 电动机的选择目前市面上的电动机类型多种多样，用于驱动传送带传送的电动机和灌装设备的类型也数不胜数。基于该系统的控制要求与各类型电动机的结构特点和工作场合，并考虑到经济性和实用性，本系统选择的电动机型号如下：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。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，

17、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。3.1.2 接触器的选择接触器是一种用来接通或断开带负载的交直流主电路或大容量控制电路的自动化切换器，主要控制对象是电动机。通用接触器可大致分以下两类。（1）交流接触器。主要有电磁机构、触头系统、灭弧装置等组成。常用的是CJ1、0CJ12、CJ12B等系列。（2）直流接触器，一般用于控制直流电器设备，线圈中通以直流电，直流接触器的动作原理和结构基本上与交流接触器是相同的。接触器的选型有诸多因素外与负载密切相关一般三相异步电机的起动电流为额定电流的3-5倍。所以接触器的额定电流为： 4IN=36A (3.1)综上

18、所述，本系统选用CJ10-40接触器：额定电流为40A,额定电压为380V。3.1.3 断路器的选择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

19、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3.1所示。并根据PLC和变压器选择QF4和QF5的型号。3.1.4 热继电器的选择热继电器由两部分组成，每一部分安装的位置不同。一部分是主触点，接在电动机与接触器KM之间。另一部分是接在控制电路中，与接触器KM的线圈电路相串联。热继电器在控制线路中起过载保护的功能。热继电器是采用双金属热元件，动作机构，常闭触头和常开触头，复位按钮及整定电流调节旋钮等构成

20、。根据双金属热元件的数目可分为两极和三极型热器，而三极型又分带断相保护和不带断相保护两种。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142A工作时将额定电压调整为1.1A。FR3的型号和FR2相同。3.1.5 传感器的选择微波液位仪原理图如图3.1所示：相距为S的发射天线和接收天线，相互构成一定角度。波长为的微波从被测液面反射后进入接收天线。接收天线接收到的微波功率将随着被测液面的高低不同而异。接收天线接收到的功率为 （3.2）式中，为发射天线的发射功率；为发射天线的增益；为接收天线的增益；d为两天线与被测表面间的垂直距离。当发射功率、波长、增益均

21、恒定时，上式可改写为 （3.3）式中，为取决于发射功率、天线增益与波长的常数；为取决于天线安装方法和安装距离的常数。由上式所知只要测到接收功率Po就可得到被测液面的高度。图3.1 微波液位仪原理图根据设计需要选择：定位传感器选择光电传感器，次品传感器选择微波测位仪（微波传感器）。3.1.6 红外发光二极管常用的红外发光二极管（如SE303PH303），其外形和发光二极管LED相似，发出红外光（近红外线约0.93m）。当红外线接收管收到红外线的照射时，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。当有物体经过红外

22、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。3.1.7 电器元件明细表电器元件及其型号如下表3.1所示。3.2 选择PLC3.2.1 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。表3.1 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

23、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JR161FR3热继电器JR10-101FR2热继电器JR10-101SB1SB3按钮LA10-1K3SB5SB7按钮LA10-1K3微波液位仪光电传感器发光二级管KM1接触器CJ10-401KM2接触器CJ10-401KM3接触器CJ10-401PLC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

24、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

25、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。3.2.2 PLC的选型三菱公司是日本生产PLC的主要厂家之一。该公司的生产的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

26、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。PLC主要主要考虑一下几点：I/O信号的点数：根据已确定的I/O设备统计所需要的I/O信号的点数，选择是否支持扩展机架的CPU。根据所需的用户输入输出设备及I/O点数，选择FX2N16MR001型PLC就可以满足控制系统的要求。 图3.2 PLC外部接线示意图3.3 I/O点的编号分配和PLC外部接线图3.3.1 I/0点的编号通过对输入输出设备的分析、分类和整理，进行相应的I/O地址分配，应尽量将相同类型的信号、相同电压等级的信号地址安排在一起，以便施工和布线，并绘

27、制I/O接线图。I/O点的编号分配如表3.1所示。表3.1 I/O点的编号分配表输入输出定位传感器 X000手动/自动切换SB1 X001 手动传送带SB2 X002手动灌装SB3 X003次品检测传感器 X004自动启动SB5 X005 停止SB6 X006复位SB7 X007传送带电动机KM1 Y000灌装电动机KM2 Y001报警灯 Y002下降电磁阀YV1 Y003上升电磁阀YV2 Y004次品推动电磁阀YV3 Y005灌装电磁阀YV4 Y006次品传送带电动机KM3 Y0073.3.2 PLC外部接线图PLC的外部接线图如下图3.3所示。3.4 控制面板图自动化生产线的控制台可以用普

28、通的控制面板实现，也可以用HMI（人机界面）设备实现。控制面板上有手动/自动切换、手动传送带、手动灌装、报警灯、启动自动、停止和复位。欲完成以上的控制动作，需要通过可编程控制器来对生产线的控制。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3.4所示。3.5 本章小结本章介绍了电器元件的选择和PLC的选型。列出I/O点的编号分配表和电器元件明细表，绘制出PLC外部接线图和控制面板图。电器元件的选择包括电动机、继电器、断路器、传感器。 图3.3 PLC的外部接线图 图3.4 控制面板图第4章 系统软件设计 4.1 电控系统与原理设计图4.1中主传送带用电动机M1来运行，并用接触器K

29、M1来控制电动机的运行与停止。由热继电器FR1实现过载保护。灌装装置用电动机M2来运行，并用接触器KM2来控制电动机的运行与停止。由热继电器FR2实现过载保护。次品传送带用电动机M3来运行，并用接触器KM3来控制电动机的运行与停止。由热继电器FR3实现过载保护。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。系统通过按钮设定为自动操作模式和手动操作模式。手动模式用于设备的调试和计数统计的复位。自动模式下允许启动生产线运行。4.1.1 自动操作模式一旦启动，则传送带的驱动电机启动并一

30、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，传送带驱动电机自动启动，并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作。4.1.2 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。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。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为传

31、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，所有瓶数减去次品瓶

32、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。4.2 PLC常用编程元件4.2.1 输入继电器（X）PLC的输入端子是从外部开关接受信号的窗口，PLC内部与输入端子连接的输入继电器X是用光电隔离的电子继电器，它们的编号与接线端子编号一致（按八进制输入），线圈的吸合或释放只取决于PLC外部触点的状态。内部有常开/常闭两种触点供编程时随时使用，且使用次数不限。输入电路的时间常数一般小于10ms。各基本单元都是八进制输入的地址，输入为X00

33、0X007，X010X017，X020X027。它们一般位于机器的上端。4.2.2 输出继电器（Y）PLC的输出端子是向外部负载输出信号的窗口。输出继电器的线圈由程序控制，输出继电器的外部输出主触点接到PLC的输出端子上供外部负载使用，其余常开/常闭触点供内部程序使用。输出继电器的电子常开/常闭触点使用次数不限。输出电路的时间常数是固定的。各基本单元都是八进制输出，输出为Y000Y007，Y010Y017，Y020Y027。它们一般位于机器的下端。4.2.3 辅助继电器（M） PLC内有很多的辅助继电器，其线圈与输出继电器一样，由PLC内各软元件的触点驱动。辅助继电器也称中间继电器，它没有向外

34、的任何联系，只供内部编程使用。它的电子常开/常闭触点使用次数不受限制。但是，这些触点不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须通过输出继电器来实现。在FX2N中普遍采用M0M499，共500点辅助继电器，其地址号按十进制编号。辅助继电器中还有一些特殊的辅助继电器，如掉电继电器、保持继电器等，在这里就不一一介绍了。4.2.4 定时器（T）在PLC内的定时器是根据时钟脉冲的累积形式，当所计时间达到设定值时，其输出触点动作，时钟脉冲有1ms、10ms、100ms。定时器可以用用户程序存储器内的常数K作为设定值，也可以用数据寄存器（D）的内容作为设定值。在后一种情况下，一般使用有掉电保护功能的数据寄存器

35、。即使如此，若备用电池电压降低时，定时器或计数器往往会发生误动作。 定时器通道范围如下： 100ms定时器T0T199，共200点，设定值：0.13276.7秒； 10ms定时器T200TT245，共46点，设定值：0.01327.67秒；1ms积算定时器T245T249，共4点，设定值：0.00132.767秒；100ms积算定时器T250T255，共6点，设定值：0.13276.7秒。当定时器线圈T200的驱动输入X000接通时，T200的当前值计数器对10ms的时钟脉冲进行累积计数，当前值与设定值K123相等时，定时器的输出接点动作，即输出触点是在驱动线圈后的1.23秒（10*123ms

36、=1.23s）时才动作，当T200触点吸合后，Y000就有输出。当驱动输入X000断开或发生停电时，定时器就复位，输出触点也复位。每个定时器只有一个输入，它与常规定时器一样，线圈通电时，开始计时；断电时，自动复位，不保存中间数值。定时器有两个数据寄存器，一个为设定值寄存器，另一个是现时值寄存器，编程时，由用户设定累积值。定时器线圈T250的驱动输入X001接通时，T250的当前值计数器对100ms的时钟脉冲进行累积计数，当该值与设定值K345相等时，定时器的输出触点动作。在计数过程中，即使输入X001在接通或复电时，计数继续进行，其累积时间为34.5时触点动作。当复位输入X002接通，定时器就

37、复位，输出触点也复位。4.2.5 计数器（C）（1）FX2N中的16位增计数器，是16位二进制加法计数器，它是在计数信号的上升沿进行计数，它有两个输入，一个用于复位，一个用于计数。每一个计数脉冲上升沿使原来的数值减1，当现时值减到零时停止计数，同时触点闭合。直到复位控制信号的上升沿输入时，触点才断开，设定值又写入，再又进入计数状态。其设定值在K1K32767范围内有效。设定值K0与K1含义相同，即在第一次计数时，其输出触点就动作。通用计数器的通道号：C0C99，共100点。保持用计数器的通道号：C100C199，共100点。通用与掉电保持用的计数器点数分配，可由参数设置而随意更改。由计数输入X

38、011每次驱动C0线圈时，计数器的当前值加1。当第10次执行线圈指令时，计数器C0的输出触点即动作。之后即使计数器输入X011再动作，计数器的当前值保持不变当复位输入X010接通（ON）时，执行RST指令，计数器的当前值为0，输出接点也复应注意的是，计数器C100C199，即使发生停电，当前值与输出触点的动作状态或复位状态也能保持。 （2）32位增/减计数器（C200C234）共有35点32位加/减计数器，其中C200C219（共20点）为通用型，C220C234（共15点）为断电保持型。这类计数器与16位增计数器除位数不同外，还在于它能通过控制实现加/减双向计数。设定值范围均为-214783

39、648-+214783647（32位）。C200C234是增计数还是减计数，分别由特殊辅助继电器M8200M8234设定。对应的特殊辅助继电器被置为ON时为减计数，置为OFF时为增计数。计数器的设定值与16位计数器一样，可直接用常数K或间接用数据寄存器D的内容作为设定值。在间接设定时，要用编号紧连在一起的两个数据计数器。4.2.6 数据寄存器（D）PLC在进行输入输出处理、模拟量控制、位置控制时，需要许多数据寄存器存储数据和参数。数据寄存器为16位，最高位为符号位。可用两个数据寄存器来存储32位数据，最高位仍为符号位。数据寄存器有以下几种类型：1.通用数据寄存器（D0D199）共200点。当M

40、8033为ON时，D0D199有断电保护功能；当M8033为OFF时则它们无断电保护，这种情况PLC由RUNSTOP或停电时，数据全部清零。2.断电保持数据寄存器（D200D7999）共7800点，其中D200D511（共12点）有断电保持功能，可以利用外部设备的参数设定改变通用数据寄存器与有断电保持功能数据寄存器的分配；D490D509供通信用；D512D7999的断电保持功能不能用软件改变，但可用指令清除它们的内容。根据参数设定可以将D1000以上做为文件寄存器。3.特殊数据寄存器（D8000D8255）共256点。特殊数据寄存器的作用是用来监控PLC的运行状态。如扫描时间、电池电压等。未

41、加定义的特殊数据寄存器，用户不能使用。4.变址寄存器（V/Z）FX2N系列PLC有V0V7和Z0Z7共16个变址寄存器，它们都是16位的寄存器。变址寄存器V/Z实际上是一种特殊用途的数据寄存器，其作用相当于微机中的变址寄存器变，用于改变元件的编号（变址），例如V0=5，则执行D20V0时，被执行的编号为D25（D20+5）。变址寄存器可以象其它数据寄存器一样进行读写，需要进行32位操作时，可将V、Z串联使用（Z为低位，V为高位）。4.3 梯形图图4.2 梯形图4.4 指令表根据梯形图所得指令表如下：0 LD M80021 OR X0072 SET M23 MOV K0 D1008 LD M29

42、 MC N0 M212 LD X00513 OR M114 ANI X00615 ANI X00716 OUT M117 LD M118 ANI M3019 ANI M6020 OUT M1021 LD X00022 OR M3023 ANI T424 OUT M3025 OUT T0 SP K1028 OUT M5029 LD T030 MPS31 ANI TI32 OUT M1133 MRD ANI T135 OUT M12 36 MPP37 OUT T1 SP K5040 LD T1 41 OUT T4SP K1044 OUT M4045 MCR N047 LD M348 MC N1 M

43、351 LD X00252 ANI M3153 ANI M6054 OUT M2055 LD X00356 OR M3157 ANI T558 OUT M3159 OUT T2SP K1062 OUT M5163 LD T264 MPS65 ANI T366 OUT M2267 MRD68 ANI T369 OUT M2170 MPP71 OUT T3SP K5074 LD T375 OUT T5 SP K1078 OUT M4179 MCR N181 LD X00182 SET M383 RST M284 LD M3085 OR M3186 OUT C200 K9999999991 ADDP

44、 D101 K1 D10198 LD X00499 ADDP D100 K1106 SUBP C200 D100113 SET M60114 LD M60115 OUT T6 SP K10118 LD T6119 RST M60120 LD M20121 OR M10122 OUT Y000123 LD M30124 OR M31125 OUT Y001126 LD M12127 OR M22128 OUT Y002129 LD M11130 OR M21131 OUT Y006132 LD M40133 OR M41134 OUT Y004135 LD M50136 OR M51137 OU

45、T YOO3138 LD M60139 OUT Y005140 OUT Y007141 LD X007142 OR C200143 RST M3144 RST C200146 END4.5 本章小结本章介绍电气系统与原理图设计并绘制出电气原理图；同时阐述了自动和手动操作模式下的工作状态以及报警和计数过程。了解PLC常用编程元件，并编写PLC控制系统程序，绘制出梯形图并写出指令表。总 结本设计主要阐述饮料灌装的PLC控制系统设计，实现饮料灌装的全过程。其系统结构简单，运行稳定可靠。使用了三菱FX2N-16MR-001型号PLC，设计了控制程序。本系统基于PLC饮料灌装生产流水线。作为饮料灌装生产

46、流水线系统它具备一般生产流水线功能采用自动操作模式。本设计中还用到了计数器、寄存器这大大减少了人的运作。用PLC控制饮料灌装生产流水线，考虑了工业现场的环境，性能较稳定，极大地提高了设备的可靠性，而且程序调整修改方便灵活。以上程序可根据控制要求的改变很方便地做出调整与扩充，能适应控制要求的不断更新变化，具有良好的应用前景。参考文献1高安邦.机电一体化系统设计实例精解M.北京:机械工业出版社，20082皮壮行.可编程序控制器的系统设计与应用实例M.北京:机械工业出版社，20003杨旭东，王天杰，刘海生.PLC在饮料灌装机控制系统中的应用J.机床与液压，20054孔凡真.饮料无菌冷灌装生产线的应用

47、是大势所趋J.饮料工业，20075武少斌，殷际英，陈卫.自动化生产线中的饮料灌装技术J.中国科技博览，20067M.北京:化学工业出版社，20078陈昌伟、胡国清、张冬至.灌装阀及旋盖头测试实验装置设计J.包装工程 ,20099肖清.王忠峰.电器与PLC控制技术实验指导书M.江西理工大学应用科学学院.2005M.北京：机械工业出版社，200511周潮生,自动灌装机J.包装与食品机械，200712李道霖.电气控制与PLC原理及应用M北京:电子工业出版社，2004M.北京：化学工业出版社教材出版中心，200514张聪.灌装机的安装调试及维护J.自动化食品包装机，2003M，北京：中国电力出版社，2

48、00416郝永兴.苗满香 罗小燕主编，机电传动控制M.湖北：华中科技大学出版社，200617廖常初.可编程序控制器应用技术M.重庆：重庆大学出版社，2005M.北京：中国电力出版社，200719刘军.国外饮料灌装机现状为我国灌装机指明发展方向J.中国包装工业, 200920黄睿峰饮料生产线的自动加盏器J.燃气器轮试验与研究成都200521Ghanem R,Filling machine turns up the juice J. Machine Design,200622Benaroya H,Festo helps the filling machine clean itself J.Machine Design，2005致 谢首先感谢黑龙江工程学院对我四年的培养，在这四年当中，是一段比较快乐的时光，也是人生一段宝贵的经历。在本次毕业设计中，指导老师刘财勇老师对我的帮助很大，虽然这段时间我的毕业设计进程“停滞不前”可老师没有将我放弃，一直不厌其烦的督促我，还不是的指导我让我很感动。刘老师对于我的悉心帮助为我打下坚实的理论基础知识，提高个人能力都非常有益，在此我对刘老师表示忠心的感谢和崇高的敬意。