PLC控制的自动灌装机系统的设计Word格式文档下载.docx
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可编程控制器（PLC）；
灌装机；
自动控制；
变频器控制
FillingMachineBssedonthePLCSystemDesignoftheAutomaticFillingMachine
Abstract
Inrecentyears,socialdevelopmentandprogresstakehigherandhigherrequirementsforthevarioustrades.Mechanicalprocessingenterprisestakestheintroductionofmechanizedproductionlineoperationsandtheproductsofdifferentcompositionsoftheautoassemblylineinordertoimproveproductionefficiencyandmarketcompetitiveness.Productsarecontinuouslyupgradingwhichalsorequiredalongthecorrespondingcontrolsystemchangetoimproveproductionefficiency.Inthiscase,thehard-wiredwayofrelaycontactcontrolsystemcannotmeettherequirementsofaregularupdate.Thisisbecause,first,highcosts,andsecond,alongcycle.Alsoappearedsequenceofmatrixtransistorlogiccontrollersandcontrolsystemsintheearly,asthesedevicesarebulky,featurelittleinitselfhasmanydeficiencies,althoughthecontrolsystemcanimprovetheversatilityandflexibilitybutwerenotwidelyshouldbe.
The
programmable
preface
in
PLC
controller
is
a
kind
of
new
industry
methodsofcontiol
the
device,it
regard
microprocessor
as
foundation,
synthesizing
calculator
technique,
automatic
control
technique
to
develop
with
communication
.It
has
construction
simple,
plait
distance
convenient,
high
etc.
dependable
advantage,
already
extensive
used
for
process
position
inside.According
covariance,
equipments
that
automate
equip
inside
application
atthemost.The
expert
thinks,
will
become
main
means
aftertime
one
important
foundation
equipm
entses,
major
pillar
produce.Because
strong
characteristic
adaptability
environment
usage,
its
inner
part
settles
at
same
time
machine
resources
abundant
verymuch.Liquidfillingmachineobjectsdevelopedrapidly,thedevelopmenthaslongbeenrealizedbymanualfillingmachineautomaticfilling,andtheincreasinglevelofautomation.Withthedevelopmentofscienceandtechnologyandproduction,nowPLCwillbeusedmoreandmoreandmorefillingmachinesystem.
Thisdesigncompositeintegratedprogrammablecontrollerandinvertercontrolofthemanyadvantagesoftheprogrammablecontrollertocontroltheinverteroutputmulti-speedgovernor,sothatmotorspeedfeedbacksignaltofollowthedetectionofchange,torealizethespeedoffillingbeerbeltautomaticcontrol,andfillertomatchthespeedandimprovetheefficiencyofindustrialproduction.Thisdesignwillbeprogrammablecontrollerandinvertercontrolofthecombinationoffulluseoftheprogrammablecontrollerswitchoutputterminaldirectlyconnectedtotheinverterswitchinput,reflectedbythenewcontrollerbringsnewcontrolconceptsofthinking.
Keywords:
Relaycontactcontrolsystem；
Programmablelogiccontroller；
Fillingmachine；
Automaticcontrol；
Invertercontrol
第一章绪论1
研究背景及课题来源1
研究现状1
2
第二章PLC介绍3
2.1PLC的发展3
2.2PLC的应用领域3
2.3PLC的特点3
2.4PLC控制灌装机系统的优点4
第三章设计方案5
5
第四章罐装传送带调速系统分析9
4.1罐装传送带调速系统工艺流程9
4.2输入信息分析10
4.3输出信息分析11
第五章罐装传送带调速控制系统硬件设计12
罐装传送带系统总图设计12
电器元件的选型13
第六章罐装传送带调速控制系统硬件设计14
14
15
19
结论22
参考文献23
谢辞24
第一章绪论
研究背景及课题来源
近几年，由于PET/HDPE塑料瓶被越来越多地应用到液态食品包装领域，扩大了其在液态食品包装领域中的应用范围。
据不完全统计，全球每年用于饮料瓶的塑料容器消费量为1000多万吨，并且其产销量正在以每年10%～19%的速度增长。
茶饮料、果汁饮料以及功能性饮料经过几年的苦心经营，已经成为饮料市场上稳定、成熟的产品，现在高速中温热灌装技术为众多饮料企业提供了最佳的解决方案，既满足了产品的增长率和安全性，又降低了饮料企业的包材成本和运行成本。
随着高速中温热灌装机技术的日臻成熟，将为更多的国内大、中型饮料生产企业提供先进、稳定、可靠的饮料灌装机设备，带来更为直接的成本效益。
灌装机主要是包装机中的一小类产品，
随着我国酒业的快速发展，啤酒、葡萄酒、黄酒、白酒等酒类产量持续增长，我国饮料酒（不含果露酒、发酵酒精）总产量已达2878万千升,同比增长8.2%。
有关专家指出，我国饮料行业是高成长性的行业，成熟饮品增长稳定，新的热点和增长点不断涌现，新兴饮品的增长更快。
同时，中国包装机械已发展成世界液态食品行业中有重大影响和极大市场占有率行业。
因此，液体灌装机市场发展潜力巨大。
1.2研究现状
要把灌装机产品国产化，要走相当一段的路程，国内现状是“互仿”--互相仿造，在国内仿造，也叫做“内仿”。
水平大概一致，今天你有的，明天别人就仿去了。
一个灌装机行业也就那么几家有自己的机械设计能力来开发新产品。
其他的制造商就跟进过来。
所以在互联网上我们查找灌装机会看到很多产品，但大多雷同。
相比较而言，在国外我们考察一些灌装机械厂家，他们的产品不论是在外观还是的设计原理上都有比较大的区别。
这就是很多国内一些想创新的厂家努力去学习国外产品的原因，操作方法是到国外参加展会，拍些设备图片或直接购买一个设备样品，拿来仿造就可以了。
这就是“外仿”，仿造国外的。
不管是“内仿”还是“外仿”都是在仿造。
自己没有太多的创新和设计。
产品就会一直在跟进，跟着别人前进。
要想超越和创新就必须有自己的机械设计能力，机械设计和研发是灌装机最终能国产化的根本前提。
1.3解决方法
我国液体灌装机要满足包装行业快速发展的需求，并积极参与国际竞争，就必须打破“小而散”的行业态势，在“高精尖”的方向上不断前进。
业内人士认为，未来液体灌装机将配合产业自动化趋势，在技术发展上朝着机械功能多元化，结构设计标准化、模组化，控制智能化，结构高精度化等几个方向发展液体。
因此灌装机的发展为食品、药品的现代化加工和大批量生产提供了必要的保证。
本设计就是针对以上而设计的一种以PLC可编程控制系统为主导的灌装机系统。
灌装生产线有两条传送带，空桶传送带和灌装传送带。
生产线分为四个工位，这四个工位完成桶的清洗、吹干、灌装、和剔出没有正常完成各个工位操作的桶。
生产线启动后，空桶传送带送过来的空桶依次完成上述功能。
并进一步通过可编程控制器输出来控制变频器的多段速调速，让电动机转速跟随检测的反馈信号而变化，实现对灌装啤酒传送带速度的自动控制，使其与灌装机的速度相匹配，提高工业生产的效率。
第二章PLC介绍
2.1PLC的发展
PLC在60年代末到70年代中期出现，这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。
从70年代中期到80年代中后期，微处理器的出现使PLC发生了巨大变化。
美国，日本，德国等一些厂家开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元（CPU）。
这样，使PLC的功能大大增强。
在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。
在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。
并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC的应用范围得以扩大。
从80年代后期至今，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。
而且,为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。
这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化，使PLC的功能更强大。
2.2PLC的应用领域
目前，PLC已经广泛地应用于所有的工业部门，随着PLC性能价格比的不断提高，过去许多使用专用计算机控制设备的场合也可以使用PLC。
PLC的应用领域不断的扩大，主要有以下几个方面：
（1）开关量的逻辑控制；
（2）运动控制；
（3）闭环过程控制；
（4）数据处理；
（5）通信联网。
并不是所用的PLC都具有上述全部功能，有些小型PLC只具有上述部分的功能，但是价格较低。
2.3PLC的特点
（1）编程方法简单，易学；
（2）硬件配套齐全，用户使用方便；
（3）系统的设计、安装、调试工作量少；
（4）可靠性高抗、干扰能力强；
（5）通用性、适应面广、使用方便；
（6）故障率低、维修方便；
（7）体积小、能耗低；
（8）具有逻辑运算，计时、计数、顺控等功能。
2.4PLC控制自动灌装机系统的优点
将PLC用于对自动灌装机系统的控制，主要是其具有对使用环境适应性强、无故障运行时间长的特性，同时其内部定时器、计时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的自动灌装机系统进行精确控制，罐装传送带控制系统的系统设计目的是利用PLC和变频器控制电动机转动带动皮带传动，然后将要灌装的瓶传送给灌装机，达到瓶流速度和灌装速度的协调，从而提高工作效率。
基于PLC的这些好处，所以选择PLC为逻辑控制元件。
第三章设计方案
3.1自动灌装机系统方案设计
本设计有分两个步骤，第一个步骤如下，
控制要求：
生产线分为四个工位，这四个工位完成桶的清洗、吹干、灌装和剔出没有正常完成各个工位操作的桶。
各个工位的间隔距离相等（大于一个桶的直径），以保证灌装传送带电机运行一次，桶可以在各个工位准确到位。
输入：
生产线启动、停止信号分别为S1、S2；
灌装传送带空桶到位光电开关，1～4工位的桶到位光电开关依次为B0、B1、B2、B3、B4为1时桶到位，否则为0；
2工位的吹干检测传感器B21吹干时为1，否则为0；
3工位的灌装完成压力传感器B31灌装完成时为1，否则为0；
1～4工位推杆阀门（1～3工位用于将不合格的桶推出传送带后推杆收回）开到位信号V11＿OPENED、V21＿OPENED、V31＿OPENED、V41＿OPENED为1时开到位，否则为0；
1～4工位推杆阀门关到位信号V11＿CLOSED、V21＿CLOSED、V31＿CLOSED、V41＿CLOSED为1时关到位，否则为0；
1～3工位清洗、吹干、灌装阀门，开到位信号V12＿OPENED、V22＿OPENED、V32＿OPENED、V42＿OPENED为1时开到位，否则为0；
1～3工位清洗、吹干、灌装阀门，关到位信号V11＿CLOSED、V21＿CLOSED、V31＿CLOSED、V41＿CLOSED为1时关到位，否则为0。
输出：
M1、M2分别为空桶传送带和灌装传送带电机的启动、停止输出，为1时启动，为0时停止；
1～4工位推杆阀门V11、V21、V31、V41为1时打开，否则关闭；
灌装阀门V12、V22、V32为1时打开，否则关闭。
设计方法：
本步骤中的灌装传送带的控制流程是这样的：
首先按动启动按钮后，灌装传送带空桶位置的光电开关，当没有桶时其输入值为0，假如灌装传送带电机没有运行，则启动空桶传送带电机，知道灌装传送带空桶位置有桶为止，然后停止空桶传送带电机。
空桶传送带电机停止后，如果推杆全部收回，灌装传送带空桶为止的光电开关出现上升沿，或者在至少一个工位有桶的情况下，推杆全部收回出现上升沿，则启动灌装传送带电机（当按动启动按钮时，如果灌装传送带空桶位置有桶或至少一个工位有桶，也需要启动灌装传送带电机）。
当各个工位的的光电开关有任意一个（由于各个工位间隔距离相等，故灌装传送带上多于一个桶时，各个光电开关会同时检测到桶已经到位）检测桶已经到位时，停止灌装传送带电机，然后进行各个工位的的操作。
假如灌装传送带上所有桶都已经灌装完毕，或者空桶传送带送桶不及时，所有光电开关检测不到桶的到位，将会导致电机一直运行下去。
为避免这种情况的发生，设置一个延时开型计时器时间设置为8s，8s时间到后停止电机运行，从而启动空桶传送带电机，使空桶能够送过来。
这里之所以用8s的时间是考虑到灌装传送带电机正常运行一次不会超过8s的缘故。
各个工位的操作流程是这样的，在1工位桶到位后，用推杆将桶推到清洗阀门入口进行桶内的清洗，时间为10s。
然后将清洗过的桶，用推杆收回到灌装传送带上。
2工位与此类似，只是将桶进行吹干。
3工位进行灌装，灌装时间为15s。
在2工位还有一个吹干检测传感器，用于吹干后检测桶内是否有水，如果有水则不能进行下一个工位的操作。
当到达4工位时将其推出灌装传送带。
同样，3工位操作完成后进行桶内的压力检测，如果压力低，则也要在4工位时将其推出灌装传送带。
按动停止按钮，则需停止灌装生产线工作，即停止所有电机运行并关闭所有阀门，以便将生产线恢复到初始状态。
第一步骤只在此简单叙述，本论文重点介绍第二步骤的设计。
要求PLC根据瓶流通过变频器调整输送带的速度，即PLC根据瓶流情况选择多段速控制，做到输送带速度与灌装机速度很好的匹配。
由光电检测开关检测瓶流速度，不同的瓶流速度对应变频器的不同速度，由PLC的输出端子去控制变频器的多段速控制端，实现速度的调整，实现与灌装速度相匹配。
基本原理：
PLC制
变频器
电动机
传输皮带带带
光电检测器
反馈控制信号
图方案方框图
通过变频器的多功能输入端的设定，即设定多级速度频率，可以实现多级调速运转，并可通过外部信号选择使用某一级速度，本次设计为3级速度频率。
用PLC的开关量输入输出模块控制变频器的多功能输入端，以控制电机的正转和转速等，实现有级调速。
图3.2多段速调速连线框图
变频器的多段速调速可以通过RH、RM、RL三个输入端子的不同组合来设定7个不同的速度，并且速度多可以单独的通过控制面板在0～120HZ之间任意设定，设定范围广。
第1、2、3速在出厂时分别设定为50HZ、30HZ、10HZ，第4～7速未设定，需通过手动进行相关的设定。
如果将设定参数P63设定为8：
REX（多段15速选择），就可以通过RH、RM、RL、REX四个端子的不同组合来设定15速选择，但此时变频只能单向运转，不能反转运行。
表3.1多段速调速速段分配表
REX
RH
RM
RL
转速编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
多段调速之渐次调解法，即用光电传感器检测瓶流速度并送入PLC与已知的罐装速度做差得到差值电压V，然后对V进行处理，将V与给定值进行比较，若小于一定范围，则速度降级，若大于一定范围，则速度升级，若在一定范围内，则速度级数不变。
另外，如果转速超越允许范围而过快，则PLC的Y3端口输出L1灯报警信号;
反之如果转速低于允许范围而过慢，则由PLC的Y4端口输出L2灯报警信号，整个转速控制过程由PLC输出以控制变频器的频率控制端，以使变频器改变输出频率驱动电动机，从而实现对电动机的调速即控制瓶流速度与罐装速度一致，达到设计目的。
在该方案中，我们还增加了变频器的故障反馈保护系统，由变频器的A端输出，当变频器发生故障时，反馈控制信号经A端传送到PLC的输入控制端口X9端，经PLC逻辑运算后由Y5端输出，控制接触器KM1动作，及时切断变频器的主电源，起到保护作用。
第四章灌装传送带调速系统分析
4.1灌装传送带调速系统工艺流程
图4.1系统工艺流程图
罐装传送带控制系统的系统设计目的是利用PLC和变频器控制电动机转动带动皮带传动，然后将要灌装的瓶传送给灌装机，达到瓶流速度和灌装速度的协调，从而提高工作效率。
本次设计的工艺流程图如图3.1所示，系统启动后按下电机正转开关，若电机出现异常马上切断工作电源进行保护，若电机情况正常则电开始下一步工作。
电机开始转动，带动皮带传动，待灌装的瓶子在皮带的传动作用下经过光电传感器，传感器对瓶子进行计数送往PLC进行数据处理，处理后得到的瓶流速度和PLC存储器里面设定的值进行比较，判断是否需要进行调速，如果不需要调速电机按照原来的速度运转，如果需要进行调速，则PLC输出控制信号给变频器多段速调速控制端，变频器接受到PLC传送过来的控制信号后经内部处理，输出特定频率的电压实现对电机的变频调速。
变频器异常输出端反馈信号给PLC输入，实现对变频器的保护。
输入信息分析
根据系统的功能需要，本系统的输入信号主要有10个，分别是启动按钮、停止按钮、自动、手动切换按钮、
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