PLC可编程控制器在饮料灌装生产线中的应用本科毕业论文.docx
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PLC可编程控制器在饮料灌装生产线中的应用本科毕业论文
摘要
伴着自动化的水准日趋进步，越来越多的企业面临着生产线的改革和从新计划的难题。
可编程程序控制器PLC是凭借微处理器为中心的控制装置，它将传统的继电器控制系统与计算机技术联系在一起，近年来，已广泛应用于工业自动化，电气自动化，传统产业的改造。
本文论述了PLC可编程控制器在饮料灌装生产线中的应用。
重点剖析了系统的各个设计部分，软件、硬件方案设计，系统流程图，PLC控制系统的I/O分配，增加了出产效率，降低了劳动强度。
关键词：
PLC；灌装流水线控制；系统硬件接线图
ABSTRACT
WiththeAutomationLevelMore progress，MoreandmoreEnterpriseFacingProductionlineThereformand thenewPlanning problemProgrammable controllerPLCByvirtueofMicroprocessorAsthecenterofControldeviceItwillThetraditionalRelayControlsystemWiththecomputerTechnologyTogetherInrecentyearsHasbeenwidelyBeappliedtoIndustrialautomationElectricalautomationThetraditionalindustryReformIntheDrinksFillingProductionlineIntheapplicationof
ThispaperDiscussesPLCprogrammable controllerAkeyAnalyseSystemSoftwarewithhardwarePlanPartAndgivenSystemHardwareWiringAllocationAndTheFlowchartEtc.CompletedBeveragefillingAutomationIncreasedProductionEfficiencyReducedLaborStrength.
Keywords：
PLC；FillingAssemblylineControl；SystemHardwareWiringFig
目录
摘要...................................................................1
ABSTRACT..............................................................2
绪论..................................................................．5
1.饮料灌装生产流水线总体设计......................................6
1.1任务的分析........................................................．．6
1.2硬件方案设计....................................................．61.3软件方案设计....................................................．7
1.3.1经验设计法...................................................．．．．7
1.3.2逻辑设计法...................................................．．．．7
2.系统元件的选择.....................................................9
2.1PLC的简介........................................................．．．9
2.1.1PLC的选择原则...............................................．．．．．10
2.1.2PLC的型号确定..............................................．．．．．11
2.2电动机的选择...................................................．．11
2.3接触器的选择...................................................．122.4热继电器的选择.................................................．12
2.5开关电器、熔断器的选择.........................................．13
2.6传感器的选择...................................................．13
3.系统的硬件电路....................................................14
3.1系统硬件结构...................................................．143.2主电路的设计...................................................．14
3.3控制电路的设计.................................................．14
3.4操作面板的设计.................................................．15
4.系统程序的设计....................................................16
4.1控制要求以及控制过程的分析.....................................．17
4.1.1系统流程图..................................................．．．．174.1.2饮料灌装生产线的PLC控制系统的I/O分配.......................．．．．．18
4.2程序.............................................................．．18
4.2.1初始化程序..................................................．．．．18
4.2.2装箱选择程序................................................．．．．19
4.2.3流水线主控程序.............................................．．．．20
4.2.4闪烁报警程序...............................................．．．．.21
4.2.5计数程序....................................................．．．．21
4.2.6数据传送程序................................................．．．．22
5.程序的调试.......................................................23
5.1装箱选择程序的仿真.............................................．．23
5.2主控制程序的仿真...............................................．24
5.3闪烁报警程序的仿真............................................．.27
5.4计数程序的仿真................................................．．27
结束语..............................................................28
参考资料............................................................30
绪论
近年来，饮料行业的迅速发展，层出不穷的各种饮料，品种不断丰富，对设备的市场需求日益增长的需求量将继续增加。
传统的继电器是用来对传统的生产线的控制，在使用过程中会出现，出产效率低，响应速度慢，故障率高，可靠性差，系统的工作状态，故障处理，设备状态监测与维修只能经历一个被动查找故障点。
并且第二次污染极易发生，产品的通过率也很低，从而使生产成本变多。
然而，跟着时期的成长，饮料灌装生产线进程正朝着智能化和自动化的目标发展。
和关怀的电气控制技术和习惯的维修工人，以及PLC程序，不需要计算机编程知识是故意的，但用一套基于单指令模式的梯形图，使用户程序编制形象。
易学；调试与查错也很方便。
本文论述了PLC强大功能在工厂生产流水线中的应用---可编程控制器PLC在饮料灌装生产线中的应用。
并给出了相关的结构图，地址分配表等。
1.饮料灌装生产流水线总体设计
1.1任务的分析
本次设计使用PLC作为流水线控制处理的核心，处理器将处理来自各个设置好的设备的发送过来的信号。
这些数据和计算信号通过PLC，然后饮料灌装生产线的有效输出信号，准确的操作。
整体设计思想控制：
该生产线是全自动控制，启动时，PLC将第一预定控制软件流程线后。
输出继电器的动作来控制输送带停止和饮料的饮料瓶灌装，并通过PLC内计数器已灌装瓶数。
1.2硬件方案设计
该生产流水线是运用饮料灌装机对瓶子进行饮料灌装，它能够连续的、不间断的实现饮料的灌装和封装，并且这一过程是稳定、高效的。
使用继电器计数充填。
生产线模型图填充如图1-1所示。
图1-1饮料灌装生产流水线模型
该系统的工作原理：
一旦启动，传送带将由旋转电机运行驱动，当瓶检测传感器检测空瓶，行程开关闭合，电机停止，饮料通过预置时间填充空瓶的灌装设备，当满瓶传感器检测电动机回收瓶全自动控制，如此反复循环，实现生产线。
为解决饮料瓶大小，但使用反射式光电传感器相关。
图1-2饮料灌装生产流水线结构图
1.3软件方案设计
PLC软件解决方案的设计，有设计经验，逻辑设计法。
1.3.1经验设计法
在少许典范电路的基础上，按照被控目标对控制系统的具体要求，不断地修正和完竣梯形图。
偶尔必需屡次重复地调试和修正梯形图，增添少许中央编程元件和触电，最终才获到一个较为满足的成果[3].[12]。
此方法没有通用的规则可以遵循，也产生了很大的随机性，最终的结果是不是唯一的，设计时，有一个伟大的关系质量与设计者的经验，这种方法称为经验设计法。
1.3.2逻辑设计法
在继电接触式控制电路的逻辑设计方法，以获得最佳的设计解决方案，更方便，使控制电路的设计与技术要求，以及实现电路简单，可靠，经济适用[3].[12]。
采用逻辑设计法设计程序一般分为四步：
第一步：
确定执行元件和检测元件，分布的I/O点，使致动器的时刻表和检测元件状态表。
第二步：
找出需要的线圈所有开关边界线，并建立相应的中间线圈。
第三步：
列写中间线圈及执行元件逻辑函数式，并画出梯形图。
第四步：
进一步查找和修正梯形图，使其契合PLC的规定和要求。
逻辑设计步骤图如图1-3。
图1-3PLC逻辑设计步骤图
2.系统元件的选择
2.1PLC的简介
可编程控制器是一种数字电子计算机的操作系统，专为在工业环境下应用而设计。
控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器和相关的配置，应该是形成便于控制系统生产的一个总体，并且能够容易增加其功能[3].[16].[11]。
综上所述，PLC就是一个可以通过设计出来的程序来控制产业生产的微型计算机，除了能实现许许多多的功能外，另有与其他计算机通信联网的功能。
（1）PLC的结构：
PLC是由CPU、输入、输出模块和编程器组成，此外另有给PLC里面的电路供应电源的电源部件[3]。
输入接口部件
输出接口部件
接触器
电磁阀
指示灯等
按钮
继电器触点
行程开关等
接受
驱动
中央处理
单元
CPU（板）
现场信号
受控元件
电源部件
图2-1PLC的基本结构框图
（2）PLC的主要特点：
编程方式易学：
梯形图是利用很多的PLC的编程语言，其电路标记和表达方式与继电器电路道理图相似，梯形图语言形象直觉，易学易懂，熟识继电器电路图的电气技术人员只须花几天时间就能够熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序；
②功效强，机能比高：
一台小的PLC内有成千上百个可供用户利用的编程元件，有很强的功能，能够完成非常复杂的控制功能。
与相似效能的继电器控制系统相对比，具有很高的机能比；
硬件配套完全，用户使用方便，适应性强:
PLC产物早已标志化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各类硬件装配供用户采用，用户能机动方便地开始系统配置，构成不一样的功能、不同范围的体系。
PLC的安设接线也很简易，正常用衔接端子连接外部接线。
PLC有较强的带负载本领，能够直接启动正常的电磁阀和小的交流接触器。
；
④可靠性高，抗干扰本领强：
PLC用软件取代很多的中间继电器和时间继电器，PLC外部仅剩下与输入和输出相关的少许硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100,因触电接触不良形成的阻碍大为缩小；
⑤系统的设计、安装、调试工作量少；
⑥维修工作量小，维修方便；
⑦体积小，耗能低。
（4）PLC的工作原理：
工作方式——周期循环扫描
进展中的工作——自诊断，输入样本，扫描过程中，输出刷新阶段
输出处理
程序处理
输入处理
输出映像寄存器
内部存储器刷新
输入映像寄存器
输出信号
输出端子
执行用户程序
输入端子
输入信号
图2-2PLC的工作过程示意图
（5）PLC的应用领域：
数字量逻辑控制；
②运动控制；
闭环过程控制；
④数据处理；
⑤通信联网。
2.1.1PLC的选择原则
PLC选取的基本原则：
功能复合要求的前提下，选用最可靠、方便维修、性能价格比最好的机型。
在相对固定的过程。
良好的环境条件（少量修复）的场合，应选用PLC的总体结构；
在其他情况下，最好是使用PLC的模块化结构。
开关量控制和开关控制，用少量的工程项目的模拟控制，控制速度不考虑，因此，因此，低档机的选择也可以是A/D转换，D/A转换，加法和减法的数据传输功能，满足要求。
而在控制相对复杂，条件要求较高的条件下（如完成ＰＩＤ运算、闭环控制、通讯联网等），可视控制的规模和复杂性来选用相对应的机器。
2.1.2PLC的型号确定
三菱在1991年推出了FX2N系列的PLC,FX系列PLC中利用最广泛的产物,受到广大用户的青睐。
FX2N系列PLC是一个整体，模块式组合堆叠结构。
它具有以下特点：
的标准功能耐受的最大范围，程序执行速度快，通信功能的完整，在世界不同国家的适用，电力供应和满足个性化需求的具体功能模块，最大的灵活性和控制能力是它能够提供的[10]。
上述相关信息，结合实际情况，采用FX2N-32MRPLC系统模型：
继电器输出模式，基本单位的16输入/16继电器输出。
可以满足设计的需要，而且便于以后的修改和升级。
图2-3三菱FX2N-32MR型号的PLC
2.2电动机的选择
目前市场上的电动机品种多种多样，对于不同场所也有许多不同的电动机类型。
了解该体系的各项控制规则以后，再联系各个电动机的结构特点和合用的场所，并考虑到价钱和实用性[13].[14]。
所以在该系统选用Y132M-4型号的电动机。
表2-1Y132M-4型电动机的性能参数
电流
电压
堵转转矩
最大转矩
额定转速
极数
频率
额定功率
15.4A
380V
2.2n.m
2.3n.m
1440r/min
4
50Hz
7.5KW
2.3接触器的选择
接触器：
交流接触器、直流接触器两种。
工业用电：
线圈流过电流产生磁场一般是指接触器，该接触器触头紧闭，以控制电器负载。
CJ系列：
CJX2、CJ20、CJT1、3TB、B等系列是在交流接触器内，结合设计，CJ10-40接触器为选用的：
额定电压为380V，额定电流为40A.
图2-4CJ10-40接触器
2.4热继电器的选择
进入热元件的电流会制造热量，然后让拥有不一样的膨胀指数的两个金属薄片产生外形的变化，一旦这种变化达到一定地步是，就会推动连接的杆子动起来，让控制电路断开，然后让接触器没电，主电路就会断开，电动机会发生的过载将会得以保护，这个就是热继电器。
额定频率：
一般而言，其额定频率按照45~62HZ设计。
整定电流范围：
整定电流是它自身的一些特点而决定的。
本设计：
主电动机M1（15A额定电流）、热元件（电流20A）、电流改变后的值（14-22A）、系统正在运行的额定电流（15A）。
2.5开关电器、熔断器的选择
行程开关，行程开关（也叫限位开关），是一个很小的电流主电器。
以生产机械零件的接触作用实现连接或断开控制电路的碰撞，控制一定的目的。
选用LXK2-131型号。
熔断器选用RL1-15型号，额定电流为30A。
2.6传感器的选择
系统设计中，使用反射式光电传感器对饮料瓶的大小进行分辨[15]。
图2-5反射式光电传感器原理图
该设计选用PM2-LF10型号。
表2-2型号为PM2-LF10的反射式光电传感器性能参数
性能
参数
检测距离
2.5～8mm（中心：
5mm）白色无光泽纸（15×15mm）
最小检测物体
φ0.05mm铜线（设定距离：
5mm）
应差
使用白色无光泽纸（15×15mm）工作距离的20%以下
重复精度
（垂直于检测轴）
0.08mm以下
电源电压
5～24VDC±10%脉动P-P5%以下
消耗电流
平均：
25mA以下，峰值：
80mA以下
输出
NPN开路集电极晶体管
·最大流入电流：
100mA
·外加电压：
30VDC以下（输出和0V之间）
·剩余电压：
1V以下（流入电流为100mA时）
0.4V以下（流入电流为16mA时）
反应时间
0.8ms以下
3.系统的硬件电路
3.1系统硬件结构
该设计系统组成部分：
主电路、控制电路、辅助电路。
3.2主电路的设计
传送带：
电动机M1带动，电机的运转和停止：
接触器KM1来控制。
热继电器FR1过载保护电路。
断路器QF1、QF2、QF3将三相电源引入，同时QF1、QF2、QF3对电路进行短路保护。
主控制电路控制的饮料灌装生产线如图3-1所示。
图3-1主控制电路图
3.3控制电路的设计
该系统的PLC控制有9个为开关量的输入信号。
其中包括各种单操作按钮开关为6个，依次是SB0：
启动按钮、SB1：
停止按钮、SB4：
大包、SB5：
中包、SB6：
小包、SB7：
散装、SB10：
手动复位按钮。
系统设置了行程开关、传感器开关各位1个。
10个输出信号是该系统所拥有的，驱动传送带电机的接触器KM1拥有一个输出信号，大的饮料瓶的加盖有一个电磁阀，小的饮料瓶的加盖有一个电磁阀，饮料灌装也有一个电磁阀，生产线上的显示有六个。
图3-2为外部接线图。
图3-2系统外部接线图
3.4操作面板的设计
操作面板的设计要建立在确实的实际基础上，要体现操作方便，明了，能够显示灌装生产线上每一个步骤，方便工作人员的操作。
图3-3为操作面板的示意图。
图3-3操作面板示意图
4.系统程序的设计
4.1控制要求以及控制过程的分析
系统开始启动时，驱动电机将会带动传送带运转，直到停止按钮被按下或者是检测到下一个瓶子才会停止；瓶子灌满后，驱动电动机能够自行启动。
当瓶灌装设备传送到1s，暂停，然后灌装设备开始灌装，灌装过程将5S的小瓶，瓶8S，然后密封时间设定为2S，灌装和封盖报警处理，封盖结束之后将不再显示报警；报警模式设置为红色的光的频率为0.5s间歇性的闪烁。
同时，已灌装满的饮料瓶将由系统对其进行打包与计数，小瓶：
大包：
40、中包：
30、小包：
20；大瓶：
大包：
20、中包：
15、小包：
10。
该系统在生产过程中能够手动清零，系统设置为每7小时记录的所有数据到指定的存储，并在同一时间重置计数器。
考虑到安全因素，按下停止按钮，系统会立即停止，而当生产线进行到灌装和封盖过程中时，按下停止按钮，系统不会马上停止，而是要等到封盖完成之后，系统才会停止工作。
4.1.1系统流程图
图4-1系统流程图
4.1.2饮料灌装生产线的PLC控制系统的I/O分配
表4-2为饮料灌装生产线的PLC控制系统的I/O分配表
输入
输出
X0
启动
Y0
驱动电动机转动
X1
停止
Y1
灌装饮料
X2
行程开关
Y2
小瓶封盖
X3
传感器
Y3
大瓶封盖
X4
选择大包包装
Y4
显示大包包装
X5
选择中包包装
Y5
显示中包包装
X6
选择小包包装
Y6
显示小包包装
X7
选择散装
Y7
显示散装
X10
手动复位
Y10
系统上点显示
Y11
灌装和封盖过程显示
4.2程序
4.2.1初始化程序
系统启动前，要对系统进行初始化，按下复位按钮，并对计数器清零
图4-3为初始化程序图
4.2.2装箱选择程序
图4-4为装箱选择程序图
4.2.3流水线主控程序
图4-5为流水线主控程序图
4.2.4闪烁报警程序
图4-6为闪烁报警程序
4.2.5计数程序
图4-7计数程序图
4.2.6数据传送程序
图4-8为数据传送程序图
5.程序的调试
5.1装箱选择程序的仿真
不同的按钮对应相关的包装。
图5-1为装箱选择程序仿真图
5.2主控制程序的仿真
在开始按钮X0Y0功率继电器线圈通电并自锁，输送带运行到行程开关电源，X2，y0停电，输送带，填充电磁阀Y1电，填充5S，Y1失电，停止灌装，封盖装置Y2通电，封盖时间为2s。
图5-2为主控制程序仿真图
输送带的运行，X2，X3（对应于光电传感器）得电同时，表
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