基于plc饮料灌装生产流水线控制系统设计本科学士毕业论文(编辑修改稿)

基于plc饮料灌装生产流水线控制系统设计本科学士毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

务 和 技 术 条 件修 改 软 件 ， 硬 件联 机 调 试局 部 模 拟 运 行安 装 P L C程 序 检 查 调 试I / O 配 线编 制 程 序制 作 控 制 区系 统 总 体 设 计P L C 机 型 选 择 是 否 满 足 要 求。 交 付 使 用整 理 系 统 文 件系 统 试 运 行程 序 备 份否是 图 22PLC 逻辑设计步骤图 Equation Chapter (Next) Section 1 6 3 系统元件的选择 的选型 根据饮料罐装自动生产线的工艺流程图， PLC 控制系统的输人信号有 9 个，且均为开关量。 PLC 控制系统的输出信号有 10 个。 FX1N 系列的 PLC 只有继电器输出方式和晶体管输出方式两种 , 继电器输出方式其特点是：可使用交直流电源，其动作慢，但安全隔离效果好，可靠性高；晶体管输出方式其特点是：只能使用直流电源，其响应速度最快 —— 场效应管输出模块的工作频率可达 20kHz，但过载能力较差。 综合以上信息，并结合经济实用性的考虑，控制系统选用 FX1N40MR001 型号的PLC：继电器输出 ,输人点数输出点数均为 16 点，可以满足工艺要求，且留有一定的余量。 便于以后的修改和扩展。 根据系 统的性能与要求， PLC 输入 /输出端口地址的分配如表 31 所示。 表 31 PLC I/O 端地址编号对照表 输入信号 输出信号 名称 功能 编号 名称 功能 编号 SB0 启动按钮 X0 KM1 传送带电动机 Y0 SB1 停止按钮 X1 YV1 灌装电磁阀 Y1 ST0 行程开关 X2 YV2 小瓶封盖 Y2 S0 光电传感器 X3 YV3 大瓶封盖 Y3 SB4 大包 X4 HL4 大包 Y4 SB5 中包 X5 HL5 中包 Y5 SB6 小包 X6 HL6 小包 Y6 SB7 散装 X7 HL7 散装 Y7 SB10 手动复位 X10 HL10 系统上电显示 Y10 HL11 灌装过程显示 Y11 电动机的选型 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的类型也数不胜数 [1314]。 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为 Y132M4，其性能参数如表 32 所示。 7 表 32 Y132M4 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 A 380V 1440 r/min 4 50 Hz 接触器的选型 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 CJ0CJ1 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 35 倍。 所以接触器的额定电流为： 4IN=36A (31) 综上所述，本系统选用 CJ1040 接触器：额定电流为 40A,额定电压为 380V。 热继电器的选型 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。 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 1422A 工作时将额定电流调整为 15A。 开关电器、 熔断器的选型 行程开关是一种由物体的位移来决定电路通断的开关，选用型号为 LXK2131 型。 熔断器 选用 RL115 型熔点器，熔体的额定电流为 30A。 传感器的选型 系统中运用传感器对饮料瓶的大小进行 区别，根据设计需要选择 反 射式光电传感器 [15]。 反射式光电传感器的工作原理如图 31 所示。 8 反 射 式 光 电 传 感 器反射物发 光接 收 图 31 反射式光电传感器原理图 该系统选择的反射式光电传感器型号为 PM2LF10,其性能参数如表 33 所示。 表 33 PM2LF10 反射式光电传感器的性能参数 性能 参数 检测距离 ～ 8mm(中心： 5mm)白色无光泽纸 (1515mm) 最小检测物体 φ 铜线 (设定距离： 5mm) 应差 使用白色无光泽纸 (1515mm) 工作距离 的 20%以下 重复精度 (垂直于检测轴 ) 电源电压 5～ 24V DC177。 10% 脉动 PP5%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： 30V DC以下 (输出和 0V之间 ) 剩余电压： 1V以下 (流入电流为 100mA时 ) (流入电流为 16mA时 ) 短路保护 装 备 反应时间 Equation Chapter (Next) Section 1 9 4 系统的硬件电路实现 系统硬件结构框图 系统的硬件分为主电路、控制电路、辅助电路三大部分，控制电路控制主电路，辅助电电路起辅助信号显示的作用，它们之间的关系如图 41 所示： 控制电路主 电 路辅 助 电 路 图 41 硬件电路关系图 主电路的设计 传送带用电动机 M1 来运行，并用接触器 KM1 来控制电动机的运行与停止。 由热继电器 FR1 实现过载保护。 断路器 QF QF QF3 将三相电源引入，同时 QF QFQF3 为电路提供短路保护。 饮料罐装生产的主控制电路如图 42 所示。 3M 1L NP L C2 2 0 V2 4 VQ F 1K M 1Q F 3Q F 2 图 42 主控制电路图 10 控制电路的 设计 PLC 控制系统的输人信号有 9 个，且均为开关量。 其中各种单操作按钮开关 6 个，分别 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。 行程开关 1 个，传感器开关 1 个。 PLC 控制系统的输出信号有 10 个，其中 1 个用于驱动传送带电动机的接触器 KM1, 3 个电磁阀分别用于大瓶和小瓶的封盖及饮料罐装， 6 个用于生产线上的状态显示。 如图 43 所示。 FX 2 N 32 MR 001PLCX 10Y 0X 7X 6X 5X 3X 4X 2X 0X 1Y 4Y 3Y 2Y 124 VCO MCO M 2CO M 1Y 11Y 10Y 7Y 6Y 5???AC?? SB 0?? SB 1????SB 10???? ST 0????? S 024 V??????? KM 1????? HL 4?? SB 7?? SB 6?? SB 5?? SB 4????? YV 1???? YV 3???? YV 2?? HL 5?? HL 7?? HL 6???? HL 10???? HL 11???图 43 三菱 PLC 外部接线图 操作面板的设计 操作面板本着操作简单，直观明了的，对饮料罐装自动生产线的每一步都能准确显示，方便工作人员的工作为原则而设计。 如图 44 所示。 面板 中的按钮有停止、启动和手动复位按钮，以及选择大包、中包、小包和散装 11 的按钮。 显示灯有大包、中包、小包和散装的显示灯，还有上电显示和灌装过程显示。 本系统还设置了两种灌装模式即大瓶、小瓶灌装，四种包装方式即大瓶的大、中、小包装和散装及小瓶的大、中、小包装和散装。 这样做有利于不同层次的需要。 启 启启 启 启 启 启 启 启 启 启 启 启 启启 启启 启启 启启 启启 启启 启 启 启启 启S B 0 S B 7S B 6S B 5S B 1 S B 4S B 1 0图 44操作面板外形图 12 5 系统程序的设计 控制要求和控制过程分析 系统通过开关设定为自动操作模式，一旦启动，则传送带的驱动电 机启动并一直保持到停止开关动作或灌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。 当瓶子定位在灌装设备下时，停顿 1s，灌装设备开始工作，灌装过程为 小瓶装 5s 钟 ，大瓶装8S 钟 ， 然后均上盖时间为 2 秒， 灌装 和上盖 过程应有报警显示， 上盖过程 停止并不再显示报警；报警方式为红灯以 间隔闪烁。 与此同时对生产的饮料进行打包并计数，对于小瓶： 40 瓶为一大包， 30 瓶为一中包， 20 瓶为一小包；对于大瓶： 20 瓶为一大包， 15 瓶为一中包， 10 瓶为一小包。 在生产过程中可以对各计数器手动清零，系统每8 小时将所记数据送入指定的存储器中，然后将记数器清零。 在电动机运转时按下停止按钮，系统会马上停止工作：而在系统进行灌装和加盖时按下停止按钮，系统不会马上停止工作，而要待加盖工作完成后，系统最终停止工作。 系统过程流程图和顺序功能图分别如下图 51 和图 52 所示。 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：小瓶上盖 X3：传感器 Y3：大瓶上盖 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：系统上电显示 Y11：灌装和上盖过程显示 13 开 始上 盖 2 秒灌 装 饮 料停 顿 1 s上 盖 2 秒灌 装 饮 料停 顿 1 s初 始 化传 送 带 运 行检 测 饮 料 罐 大 小 大 瓶小 瓶是 否 按 下 启 动 按 钮是 否 到 灌 装 位 置是 否 按 下 停 止 按 钮是 否 装 满装 罐 和 上 盖 时 是 否按 下 过 停 止 按 钮是 否 装 满是否是是是是是否否否否否 图 51 过程流程图 M 8T 2 K 8 0Y 1T 4 K 2 0Y 3M 6M 4T 3 K 2 0Y 2T 1 K 5 0Y 1M 5M 3M 2M 1 Y 0T 0 K 1 0X 0T 3T 2T 1T 0 X 3T 0 X3M 7 X 2M 8 0 0 2T 4M 7 M 7M 7 图 52 顺序功能图 14 梯形图 初始化程序 初始化，启动时、按下复位钮和 8 小时将程序中用到的计数器置零 装箱选择程序 对生产好的饮料进行装箱选择： X4 X5 X6 X7 所对应的按钮 SB4 SB5 SB6 SB7 分别用于选择包装的类型：大包 中包 小包 散装。 15 流水线主控程序 生产流水线主控电路的自动控制： 系统通过开关设定为自动操作模式，一旦启动，则传送带的驱动电机启动并一直保持到停止开关动作或灌装设备下的传感器检测到一个瓶子时停止；瓶子装满饮料并上盖后，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；当瓶子定位在灌装设备下时，停顿 1s，灌装设备开始工作，对于大瓶灌装 8 秒钟，小瓶则灌装 5 秒钟，待灌装过程完毕再对饮料瓶进行上盖，上盖。