流水线自动灌装PLC控制系统设计毕业设计Word格式.docx

1、3流水线灌装自动化PLC控制系统硬件设计73.1 PLC设计介绍73. 2饮料灌装流水线的基本结构73.3 PLC的选择83.3. 1 PLC选择原则83.3. 2 PLC机型选择83.4流水线灌装自动化PLC硬件选择83.5 PLC外部硬件设计 103. 5. 1 PLCI/0地址分配表 103. 5.2 PLC外部接线图114流水线灌装自动化PLC控制系统软件设计 124.1PLC程序设计方法 124.2顺序功能图设计124.3系统梯形图程序设计134.4语句表155流水线自动灌装175.1PLC程序仿真175.2硬件调试20总结21参考文献221毕业设计背景与思路1.1设计背景随着工业自

2、动化水平日益提高，众多工业企业均面临着传统生产线的改造和重新设 计问题。PLC （可编程序控制器）是以微处理为核心的工业控制装置，它将传统的继电器 控制系统与计算机技术结合在一起，在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方 面得到普遍应用。饮料灌装机用于灌装各种各样的瓶装饮料，适合大中型饮料生产厂家，早期的灌装 机械大多数采用容积泵式、蠕动泵式作为计量方法。本系统采用的饮料分装计量是通过 时间和单位时间流量来确定的，计量精度由课编程控制器（PLC）控制确定。PLC控制具 有编程简单、工作可靠、使用方便等特点，在工业自动化控制领域中广泛应用。1.2设计思路1.2. 1流水线自动灌装PLC控制系

3、统分析分析流水线自动灌装PLC控制系统如图1-1图1-1流水线自动灌装PLC控制系统分析图1.2.2流水线自动灌装PLC控制系统功能分析（1）用光电传感器检测空瓶，当空瓶到达储罐下方时，流水线电机停止，料仓口打开, 开始灌料，3秒后，料仓口关闭，电机运转，在下一次灌料时，用微波测位移传感器检 测瓶中灌料分量是否合格，若合格则到下个环节，若不合格机械手取走瓶。（2）保证料仓中物料的补给，流水线电机单方向运转。此设计是对流水线自动灌装PLC控制的设计。根据任务书，先对任务书进行分析， 根据设计任务书，先对设计题目进行分析，把握整体思路，分析该如何满足设计要求， 再对相关注意事项进行改动与任务书相符

4、合。任务书分析后，针对控制需要对编程控制器进行选择，确定编程控制器PLC。根据 PLC和任务需要对元器件进行选择，确定需要哪些元器件。随后进行I/O分表的分配， 建立PLC外部接线图。根据设计题目，编写流程分析图。针对流程分析图，在PLC编程软件上进行分步编 写梯形图，逐步完成梯形图的编写；再整体把握设计对控制要求，完善梯形图的编写； 最后进行语句表的转换，初步完成设计。PLC编程软件上完成梯形图后导出，在PLC仿真软件上进行仿真，看是否能达到设 计要求。根据仿真效果再次修改设计，逐步达到要求，完成设计。2基础知识2.1PLC简介2.1.1PLC 定义可编程控制器，简称PLC （Program

5、mable logic Controller），是指以计算机技术 为基础的新型工业控制装置。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。它能执行各种形式和各种级别的复杂控 制任务，应用面广，功能强大，使用方便，是当代工业自动化的主要支柱之一。2.1.2PLC的基本结构PLC主要是由CPU模块、输入模块、输出模块、编程计算机和编程软件组成，其控 制系统示意图如图2-1所示。图2-1 PLC控制系统示意（1）CPU模块CPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。在

6、CPU控制系统中，CPU模 块相当于人的大脑和心脏，它不断的采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出。 存储器用来储存程序和数据。（2）储存器PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两种。系统存储器用于存放PLC的系统 程序，用户存储器用于存放PLC的用户程序。现在的PLC 一般均采用可电擦除的E2PR0M 8存储器来作为系统存储器和用户存储器。（3）输入、输出模块输入（Input）模块和输出（Output）模块简称为I/O模块，它们是系统的眼、耳、 手和脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。输入接口电路的作用是将按钮、行程 开关或传感器等产生的信号输入CPU；输出接口电路的作用是将CP

7、U向外输出的信号转 换成可以驱动外部行元件的信号，以便控制接触器线圈等电器的通、断电。PLC的输入 输出接口电路一般采用光耦合隔离技术，可以有效地保护内部电路。（4）电源PLC 一般使用220V交流电源或24V直流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理 器、存储器等电路提供5V、12V、24V直流电源，使PLC能正常工作。2.1.3 PLC的工作原理PLC的工作方式为循环扫描方式，当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶 段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描 周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。（1）输入采样阶段

8、在读取输入阶段，PLC把所有外部数字量输入电路的通、断状态读入过程映像输入 寄存器。夕卜接的输入电路闭合时，对应的过程映像输入寄存器为1状态（或称为ON）, 梯形图中对应的输入点的常开触点接通，常闭触点断开；外接的输入电路断开时，对应 的过程映像输入寄存器为0状态（或称为OFF）,梯形图中对应的输入点的常开触点断开, 常闭触点接通。如果没有启用模拟量输入滤波，CPU在正常扫描周期中不会读取模拟量 输入值。用户程序访问模拟量输入时，将立即从扩展模块中读取模拟量值。（2）用户程序执行阶段PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在储存器中顺序排列。在STOP模式，不 执行用户程序。在RUN模式的程序执

9、行阶段，如果没有跳转指令，CPU从第一条指令开 始，逐条顺序的执行用户程序。CPU在执行指令时，从I/O过程映像寄存器或别的位元 件寄存器中读出其0、1状态，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，将运算的结果写 入到线圈对应的映像储存器中，因此，各寄存器（只读的过程映像输入寄存器除外）的 内容随着程序的执行而变化。（3）输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象 区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时, 才是PLC的真正输出。2.1.4编程语言五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图

10、（FBD）三 种图形化语言和指令表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。顺序功能图是一种结构块 控制程序流程图，梯形图和功能模块图是图形化语言，指令表、结构文本两种文本语言, 梯形图的应用直观，与指令表可以相互转换。3流水线灌装自动化PLC控制系统硬件设计3.1 PLC设计介绍可编程控制器有较高的可靠性和叫较高的灵活性，该设计主要对PLC程序的结构、 特点、各器件的性能以及对被控对象的控制过程进行具体研究，并通过PLC来实现对流 水线灌装系统的控制，随着PLC功能的不断提高和完善，PLC几乎可以完成流水线灌装 控制系统所需要的要求，应用PLC控制系统是为了实现被控对象提出的各项性能指标和 工

11、艺要求。3.2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3-1、图3-2所示。整个流水线由主传送带、次品 传送带、灌装装置、机械手拿取装置、定位传感器、次品检测传感器等组成。电动机的 启动和停止，灌装装置的灌装，次品的检测、机械手的拿取都是由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3-2灌装流水线基本结构图3.3 PLC的选择3.3.1PLC选择原则（1）对输入/输出点的选择要先弄清楚控制系统的I/O总点数，再按实际所需总点数的1520%留出备用量（为系统的改造等留有余地）后确定所需PLC的点数。（2）对存储容量的选择对用户存储容量只能作粗略的

12、估算。（3）对I/O响应时间的选择对开关量控制的系统，PLC和I/O响应时间一般都能满足实际工程的要求，可不必考虑I/O响应问题。（4）根据输出负载的特点选型不同的负载对PLC的输出方式有相应的要求。3.3.2PLC机型选择选择西门子系列S7-200系列PLC,同时结合输入、输出量的个数，而S7-200系列 CPU模块的CPU224,有14输入，10输出，符合使用要求并且留有余量，故选S7-200系 列CPU224作为本设计的CPU模块。3.4流水线灌装自动化PLC硬件选择（1） 按钮按钮的选择原则：（1）根据使用场合，选择控制按钮的种类。（2）根据用途，选用合 适的型式。（3）按控制回路的要

13、求，确定不同的按钮数。（4）按工作状态指示和工作情况12的要求选择按钮及指示灯的颜色。（2）电动机电动机Ml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1440rmin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1440rmin（3）微波液位仪微波液位仪原理图如图3-3所示：相距为S的发射天线和接收天线，相互构成一定 角度。波长为入的微波从被测液面反射后进入接受天线。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。接受天线接收到的功率Po为：上式中

14、,Pt为发射天线的发射功率;Gt为发射天线的增益;Go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、增益均恒定时，上式可改写为:公式（3-2）上式中，K1为取决于发射功率、天线增益与波长的常数；K2为取决于天线安装方 法和安装距离的常数。由上式可知，只要测到接收功率P。，就可得到被测液面的高度。13公式（3-1）图3-3微波液位仪原理图（4）传感器的选择根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类。物理传感器应用的 是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电磁电等效应。被 测信号量的微小变化都将转换成电信号。化学传感器包括那些以化学吸附、电

15、化学反应 等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。本设计我们选用物理传感器。3.5 PLC外部硬件设计3.5.1 PLCI/O地址分配表根据流水线灌装自动化控制要求可得出系统的I/O接口分配情况，如表3-1所示。输入输出元件地址功能SB110. 1启动开关MlQ0. 1驱动电机SB210. 2停止开关M2Q0. 2机械手电机So10. 3光电传感器YVIQ0. 3补料阀门SL110. 4下液位传感器Q0. 4出料阀门SL210. 5上液位传感器S10. 6微波测位移表3-1 I/O地址分配表3.5.2 PLC外部接线图根据系统的控制要求及I/O分配情况可画出流水线灌装自

16、动化PLC外部接线图，如 图3-4所示图3-4外部接线图4流水线灌装自动化PLC控制系统软件设计4.1PLC程序设计方法PLC程序设计常用的方法：主要有顺序控制设计法、经验设计法。顺序控制设计法：根据功能流程图，以步为核心，从初始步开始一步一步地设计下 去，直至完成，其中又有置复位设计法、移位寄存器法、HRC编程法、比较指令法等。此 法的关键是画出功能流程图。经验设计法：经验设计法即在一些典型的控制电路程序的基础上，根据被控制对象 的具体要求，进行选择组合，并多次反复调试和修改梯形图，有时需增加一些辅助触电 和中间编程环节，才能达至U控制要求。这种方法没有规律可遵循，设计所用的时间和设 计质量

17、与设计者的经验有很大的关系，所以称为经验设计法。本设计用的是顺序控制法中的置复位设计法。4.2顺序功能图设计图4-1为流水线灌装PLC控制系统顺序功能图图4-1顺序功能图4.3系统梯形图程序设计梯形图是PLC使用得最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。梯图与 电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特 别适用于开关量逻辑控制；梯形图程序如图4-2所示。图4-2梯形图图片18194.4语句表图4-3语句表图片205流水线自动灌装5.1 PLC程序仿真图5-1开始前的仿真图5-2启动位置的仿真图5-3灌装的仿真图5-4检测合格的仿真图5-5检测不合格的仿

18、真图5-6自动补料的仿真5.2硬件调试首先安装硬件：PLC要与变压器、变频器等保持适当距离，组件位置有利于日后检 修，预留空间，供日后系统扩充使用。在装上电源模块前，必须要让电源线上与金属机 壳连结。接地不好的话，会导致静电、浪涌、外干扰等等。安装I/O模块时，先确保各 接触点是紧密结合的；模块固定螺丝锁紧；接线端子排插入后，其上下螺丝必须旋紧， 否则可能导致模块从机架中松开，造成威胁。其次，进行脱机调试，具体步骤如下：在样机加电之前，核对元器件的型号、规格 和安装是否符合要求。用万用表检测电源的走线是否正确，防止电源之间的短路和极性 错误，并重点检查各种短路现象，避免造成设备损坏和人身伤害。

19、在脱机运行成功的基 础上，进行联机加电调试。在每个关键测试点进行测量，包括电压、电流及其极性等参 数。特别是PLC电源部分，由于使用直流24V电压，需要先测试PLC电源是否为标准电 压，再接通电源。否则，可能损坏PLC,造成不必要的损失。在确保硬件连接正确的情况 下，对系统加电调试，同时对各个测试点进行参数测量。通过万用表测量，系统硬件运 行正常。总结通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还很欠缺。自己要学习的东西还太多， 以前老是觉得自己什么东西都会点，什么东西都懂点，有点眼高手低。通过这次毕业设 计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习， 努力提高自己知识

20、和综合素质。在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不 懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以里非常感谢帮助我 的同学。在此要感谢李红章老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我 通过查阅大量相关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了 不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也 培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的工作生活有 非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的 艰难和成功时的喜悦。参考文献1廖常初主编.S7-200 PLC基础教程M.北京:机械工业出版社，20014.2程玉华主编.西门子S7-200工程应用实例分析M.北京：电子工业出版社， 2008.3于庆广主编.可编程控制器原理及系统设计M.北京：清华大学出版社，2004.4王兆义主编.可编程序控制器教程M.北京:机械工业出版社，2004.5尹宏业主编.PLC可编程控制器教程M.北京：航空工业出版社，1997.6张万忠主编.可编程控制器应用技术M.北京：化学工业出版社，2001. 12.