畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-基于plc酸奶灌裝生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　專 科 畢 業(yè) 論 文</p><p>　　論文題目 基 PLC酸奶灌裝生產(chǎn) </p><p>　　流水線的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p>

2、<p>　　專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí) 機(jī)械及自動(dòng)化1班 </p><p>　　指導(dǎo)教師 李軍軍 </p><p>　　2015年4月21日</p><p><b>　　摘 要</b></p>

3、<p>　　本文主要介紹的是基于三菱FX1N-40MR可編程控制器（PLC）的飲料灌裝生產(chǎn)流水線的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。其中硬件設(shè)計(jì)包括三菱FX1N-40MR PLC外部電路的設(shè)計(jì)與安裝；軟件部分包括程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試。所設(shè)計(jì)系統(tǒng)最終能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：(1)能對(duì)空瓶進(jìn)行運(yùn)送、灌裝，灌裝量可根據(jù)空瓶大小設(shè)定；（2）對(duì)滿瓶進(jìn)行運(yùn)送及計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值包括累計(jì)計(jì)數(shù)、單位包裝計(jì)數(shù)，單位包裝計(jì)數(shù)量可根據(jù)包裝大小設(shè)定

4、；（3）能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。該系統(tǒng)主要運(yùn)用了三菱PLC、傳感器、繼電器、行程開(kāi)關(guān)等器件，利用PLC良好的自動(dòng)控制性能，實(shí)現(xiàn)飲料罐裝生產(chǎn)過(guò)程的無(wú)人控制。</p><p>　　關(guān) 鍵 詞：PLC；飲料灌裝；生產(chǎn)流水線</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　This paper mainly introduces t

5、he control system of beverage filling production line based on Mitsubishi FX1N-40MR PLC.The system design consists of hardware and software design. The hardware design includes Mitsubishi FX1N-40MR PLC’s external circuit

6、 design and installation; software design includes the design and debugging of program. The system can achieve the following functions: (1) The bottles can be transported and filled and the filling volume can be set acco

7、rding to the size of bottles; </p><p><b>　　.</b></p><p>　　KEY WORDS: PLC; Beverage filling; Production line</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b&g

8、t;　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題研究背景1</p><p>　　1.2 課題研究?jī)?nèi)容1</p><p>　　2 飲料罐裝生產(chǎn)流水線總體方案設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.1 任務(wù)的分析3</p><p>　　2.2 硬件方案設(shè)計(jì)3</p><p&g

9、t;　　2.3 軟件方案設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.3.1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法4</p><p>　　2.3.2 邏輯設(shè)計(jì)法4</p><p>　　3 系統(tǒng)元件的選擇5</p><p>　　3.1 PLC的選型5</p><p>　　3.2 電動(dòng)機(jī)的選型5</p><p>　　3.3 接

10、觸器的選型6</p><p>　　3.4 熱繼電器的選型6</p><p>　　3.5 開(kāi)關(guān)電器、熔斷器的選型6</p><p>　　3.6 傳感器的選型6</p><p>　　4 系統(tǒng)的硬件電路實(shí)現(xiàn)9</p><p>　　4.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖9</p><p>　　4.2 主電

11、路的設(shè)計(jì)9</p><p>　　4.3 控制電路的設(shè)計(jì)10</p><p>　　4.4 操作面板的設(shè)計(jì)10</p><p>　　5 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)13</p><p>　　5.1 控制要求和控制過(guò)程分析13</p><p>　　5.2 I/O端口分配13</p><p>　　5.3

12、梯形圖15</p><p>　　5.3.1 初始化程序15</p><p>　　5.3.2 裝箱選擇程序15</p><p>　　5.3.3 流水線主控程序16</p><p>　　5.3.4 閃爍報(bào)警程序18</p><p>　　5.3.5 記數(shù)程序18</p><p>　　5.3

13、.6 數(shù)據(jù)傳送程序19</p><p><b>　　6 程序調(diào)試21</b></p><p>　　6.1 裝箱選擇程序的仿真21</p><p>　　6.2 主控制程序的仿真21</p><p>　　6.3 閃爍報(bào)警程序的仿真24</p><p>　　6.4 記數(shù)程序的仿真24<

14、/p><p>　　7 結(jié)論與展望25</p><p><b>　　致 謝26</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p><p><b>　　附 錄28</b></p><p><b>　　即可）：</b&g

15、t;</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題研究背景</b></p><p>　　我國(guó)的飲料灌裝自動(dòng)化相對(duì)于西方發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)講還有很大的差距。設(shè)備陳舊，技術(shù)落后，成為阻礙我們灌裝行業(yè)發(fā)展的一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題。鑒于這些問(wèn)題，我國(guó)企業(yè)不斷發(fā)展自身的實(shí)力，逐步朝著生產(chǎn)高速化、設(shè)備結(jié)構(gòu)合理化、

16、設(shè)備的多功能化、設(shè)備的綠色化、控制的智能化等方向發(fā)展。</p><p>　　PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 &

17、lt;/p><p>　　隨著工業(yè)自動(dòng)化水平日益提高，眾多工業(yè)企業(yè)均面臨著傳統(tǒng)生產(chǎn)線的改造和重新設(shè)計(jì)問(wèn)題。PLC是以微處理器為核心的工業(yè)控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，近年來(lái)在工業(yè)自動(dòng)控制、機(jī)電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到普遍應(yīng)用。作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍，在世界工業(yè)控制中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用.</p><p>　　幾年前

18、，自動(dòng)化技術(shù)只占包裝機(jī)械設(shè)計(jì)的30%，現(xiàn)在已占50%以上，大量使用了微電腦設(shè)計(jì)和機(jī)電一體化控制。提高包裝機(jī)械自動(dòng)化程度的目的：一是為了提高生產(chǎn)率；二是為了提高設(shè)備的柔性和靈活性；三是為了提高包裝機(jī)械完成復(fù)雜動(dòng)作的能力。 </p><p>　　飲料灌裝機(jī)用于灌裝各種各樣的瓶裝飲料，適合大中型飲料生產(chǎn)廠家，早期的灌裝機(jī)械大多數(shù)采用容積泵式、蠕動(dòng)泵式作為計(jì)量方法。這些方法存在一些缺點(diǎn)。例如：灌裝精度和穩(wěn)定性難

19、以保證、更換灌裝規(guī)格困難等。本系統(tǒng)采用的飲料分裝計(jì)量是通過(guò)時(shí)間和單位時(shí)間流量來(lái)確定的，計(jì)量精度由PLC控制確定。PLC控制具有編程簡(jiǎn)單、工作可靠、使用方便等特點(diǎn)，在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。專為PLC應(yīng)用而實(shí)際的觸摸屏集主機(jī)、輸入和輸出設(shè)備于一體，適合在惡略的工業(yè)環(huán)境中使用.</p><p>　　飲料灌裝裝置主要包括兩部分：恒壓儲(chǔ)液罐灌液和計(jì)數(shù)部分。在恒壓儲(chǔ)液罐灌液不封，里面有上限液位和下線液位傳感器，它們淹沒(méi)

20、時(shí)是1狀態(tài)。液面低于下線液位時(shí)恒壓儲(chǔ)液罐為空。飲料通過(guò)進(jìn)液電磁閥流入恒壓儲(chǔ)液罐，液面達(dá)到上限位時(shí)進(jìn)液電磁閥斷電關(guān)閉，使液位保持恒定。 </p><p>　　鑒于PLC可靠性高、耐惡劣環(huán)境能力強(qiáng)、使用極為方便三大特點(diǎn)，利用PLC技術(shù)平臺(tái)自主開(kāi)發(fā)創(chuàng)新，將機(jī)械、電氣和自動(dòng)化等技術(shù)有機(jī)結(jié)合，將傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制功能用PLC代替，構(gòu)成實(shí)用、可靠的飲料灌裝生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)可節(jié)省大量電氣元件、導(dǎo)

21、線與原材料,縮短設(shè)計(jì)周期,減少維修工作量, 提高加工零件合格率,進(jìn)而提高生產(chǎn)率，而且程序調(diào)整修改方便靈活，提高了設(shè)備的柔性和靈活性。具有整體技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　隨著工業(yè)自動(dòng)化水平日益提高，眾多工業(yè)企業(yè)均面臨著傳統(tǒng)生產(chǎn)線的改造和重新設(shè)計(jì)問(wèn)題。目前，飲料的灌裝伸長(zhǎng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，適應(yīng)產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的要求，產(chǎn)品生產(chǎn)正向縮短生產(chǎn)周期、降低成本、提高生產(chǎn)質(zhì)量等方面

22、發(fā)展。因此，飲料廠的自動(dòng)化灌裝生產(chǎn)線中有越來(lái)越多的及其在使用先進(jìn)的灌裝技術(shù)來(lái)提高及其的自動(dòng)化電氣控制水平和生產(chǎn)效率。PLC是以微處理器為核心的工業(yè)控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，近年來(lái)在工業(yè)自動(dòng)控制、機(jī)電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到普遍應(yīng)用。作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍，在世界工業(yè)控制中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。鑒于此，設(shè)計(jì)者利用PLC的功能和特點(diǎn)設(shè)計(jì)出了一款飲料灌裝生產(chǎn)

23、流水線控制系統(tǒng) </p><p>　　目前飲料灌裝生產(chǎn)線的控制過(guò)程主要是繼電器接觸控制，但這種電路接線復(fù)雜，可靠性低，使得工業(yè)生產(chǎn)的效率得不到提高[3-4]。不過(guò)，隨著時(shí)代的發(fā)展，飲料灌裝生產(chǎn)線的控制過(guò)程正朝著智能化和自動(dòng)化的方向發(fā)展。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)

24、場(chǎng)電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言知識(shí)，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡(jiǎn)單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯(cuò)也都很方便。用戶在購(gòu)到所需的PLC后，只需按說(shuō)明書(shū)的提示，做少量的接線和簡(jiǎn)易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐[5-12]。</p><p><b>　　1.2課題研究?jī)?nèi)容</b><

25、/p><p>　　本課題對(duì)飲料罐裝生產(chǎn)流水線的硬件和軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。其中硬件設(shè)計(jì)包括三菱FX1N-40MR PLC外部電路的設(shè)計(jì)與安裝；軟件部分包括程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試。根據(jù)系統(tǒng)的要求對(duì)PLC、電動(dòng)機(jī)、傳感器等外部設(shè)備進(jìn)行選型。設(shè)計(jì)好的飲料灌裝生產(chǎn)流水線能夠?qū)崿F(xiàn)以下目的：（1）系統(tǒng)通過(guò)開(kāi)關(guān)設(shè)定為自動(dòng)操作模式，一旦啟動(dòng)，則傳送帶的驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)并一直保持到停止開(kāi)關(guān)動(dòng)作或待灌裝的飲料瓶被傳送至灌裝設(shè)備下時(shí)停止；瓶子裝滿飲料并上

26、蓋后，傳送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須自動(dòng)啟動(dòng)，并保持到下一個(gè)待灌裝的飲料瓶被傳送至灌裝設(shè)備下或停止開(kāi)關(guān)動(dòng)作；（2）當(dāng)瓶子定位在灌裝設(shè)備下時(shí)，停頓1s，灌裝設(shè)備開(kāi)始工作，對(duì)于大瓶灌裝8秒鐘，小瓶則灌裝5秒鐘，待灌裝過(guò)程完畢再對(duì)飲料瓶進(jìn)行上蓋，上蓋時(shí)間為2秒鐘。整個(gè)灌裝和上蓋過(guò)程應(yīng)有報(bào)警顯示，待上蓋完畢后不再顯示報(bào)警；報(bào)警方式為紅燈以0.5s間隔閃爍；（3）包裝上，對(duì)于小瓶：40瓶為一大包，30瓶為一中包，20瓶為一小包；對(duì)于大瓶：20瓶為一大包，15

27、瓶為一中包10瓶為一小包；（4）能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)記數(shù)并可以手動(dòng)對(duì)計(jì)數(shù)器清零。</p><p>　　2 飲料罐裝生產(chǎn)流水線總體方案設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1任務(wù)的分析</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是以三菱FX1N系列PLC作為處理核心，用行程開(kāi)關(guān)、傳感器將生產(chǎn)過(guò)程中的信號(hào)（如空瓶的運(yùn)行的位置、飲料瓶的大小等等

28、）處理后送給PLC處理器，由PLC對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，然后輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)（如接觸器、電磁閥等等）來(lái)完成飲料罐裝生產(chǎn)過(guò)程的流水線操作。</p><p>　　該系統(tǒng)的總體思路：此生產(chǎn)線為全自動(dòng)控制的，生產(chǎn)線一旦上電，PLC將通過(guò)軟件對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)控制：通過(guò)輸出繼電器控制傳送帶的停轉(zhuǎn)和對(duì)飲料瓶灌裝的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的顯示，并且通過(guò)PLC內(nèi)部的計(jì)數(shù)器對(duì)所生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)。</p><p><

29、;b>　　2.2硬件方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　飲料的灌裝是采用了飲料灌裝機(jī)，飲料灌裝機(jī)將灌裝裝置以及封蓋裝置集合在一起，使飲料的灌裝穩(wěn)定、高效的完成。對(duì)于飲料瓶大小的區(qū)別是通過(guò)反射式光電傳感器工作來(lái)實(shí)現(xiàn)的。利用輔助繼電器對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行正電平觸發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)所生產(chǎn)產(chǎn)品的計(jì)數(shù)。生產(chǎn)流水線結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。</p><p>　　系統(tǒng)的工作原理：系統(tǒng)一旦上電，傳送帶驅(qū)動(dòng)電

30、動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，待空飲料瓶行至行程開(kāi)關(guān)，行程開(kāi)關(guān)閉合，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，灌裝設(shè)備通過(guò)閥門的關(guān)斷來(lái)控制飲料灌裝的時(shí)間，待飲料灌裝過(guò)程完畢后電動(dòng)機(jī)恢復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，如此循環(huán)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線上的自動(dòng)控制。對(duì)于傳送帶上的飲料瓶大小的區(qū)分，是通過(guò)下圖中所在位置的反射式光電傳感器工作來(lái)實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　圖2-1生產(chǎn)流水線結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　2.3軟件方案設(shè)計(jì)</b></p

31、><p>　　PLC軟件方案設(shè)計(jì)的方法有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，邏輯設(shè)計(jì)法等。</p><p>　　2.3.1經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法</p><p>　　梯形圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法是比較廣泛的一種方法。這種方法沒(méi)有普遍的規(guī)律可以遵循,具有很大的試探性很隨意性,最后的結(jié)果不是唯一的。該方法的核心是輸出線圈。以下是經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的基本步驟：</p><p>　　1.了解和熟悉被控設(shè)備

32、的工藝過(guò)程和機(jī)械的動(dòng)作情況。</p><p>　　2.確定PLC的輸入信號(hào)和輸出負(fù)載，畫出PLC的外部接線圖。</p><p>　　3.確定與繼電器電路圖的中間繼電器，時(shí)間繼電器對(duì)應(yīng)的梯形圖中的輔助繼電器（M）和定時(shí)器（T）的元件號(hào)。</p><p>　　4.根據(jù)前面的對(duì)應(yīng)關(guān)系畫出梯形圖。</p><p>　　2.3.2邏輯設(shè)計(jì)法</p

33、><p>　　邏輯設(shè)計(jì)法的理論基礎(chǔ)是邏輯代數(shù)。而繼電器控制系統(tǒng)的本質(zhì)是邏輯線路。看一個(gè)電氣控制線路都會(huì)發(fā)現(xiàn),線路的接通和斷開(kāi),都是通過(guò)繼電器等元件的觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,故控制線路的種種功能必定取決于這些觸點(diǎn)的開(kāi)，合兩種狀態(tài)。因此電氣控制電路從本質(zhì)上說(shuō)是一種邏輯線路,它符合邏輯運(yùn)算的基本規(guī)律。具體步驟如下圖3-1所示:</p><p>　　圖2-2PLC邏輯設(shè)計(jì)步驟圖</p><p

34、><b>　　3系統(tǒng)元件的選擇</b></p><p>　　3.1PLC的選型</p><p>　　根據(jù)飲料罐裝自動(dòng)生產(chǎn)線的工藝流程圖，PLC控制系統(tǒng)的輸人信號(hào)有9個(gè)，且均為開(kāi)關(guān)量。PLC控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)有10個(gè)。</p><p>　　FX1N系列的PLC只有繼電器輸出方式和晶體管輸出方式兩種, 繼電器輸出方式其特點(diǎn)是：可使用交直流電

35、源，其動(dòng)作慢，但安全隔離效果好，可靠性高；晶體管輸出方式其特點(diǎn)是：只能使用直流電源，其響應(yīng)速度最快——場(chǎng)效應(yīng)管輸出模塊的工作頻率可達(dá)20kHz，但過(guò)載能力較差。</p><p>　　綜合以上信息，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)實(shí)用性的考慮，控制系統(tǒng)選用FX1N-40MR型號(hào)的PLC：繼電器輸出,輸人點(diǎn)數(shù)輸出點(diǎn)數(shù)均為16點(diǎn)，可以滿足工藝要求，且留有一定的余量。便于以后的修改和擴(kuò)展。根據(jù)系統(tǒng)的性能與要求，PLC輸入/輸出端口地址的分配如

36、表3-1所示。</p><p>　　表3-1 PLC I/O端地址編號(hào)對(duì)照表</p><p><b>　　3.2電動(dòng)機(jī)的選型</b></p><p>　　目前市面上的電動(dòng)機(jī)類型多種多樣，用于驅(qū)動(dòng)傳送帶傳送的電動(dòng)機(jī)的類型也數(shù)不勝數(shù)[13-14]?；谠撓到y(tǒng)的控制要求與各類型電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作場(chǎng)合，并考慮到經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，本系統(tǒng)選擇的電動(dòng)機(jī)型

37、號(hào)為Y132M-4，其性能參數(shù)如表3-2所示。</p><p>　　表3-2 Y132M-4型電動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)</p><p><b>　　3.3接觸器的選型</b></p><p>　　接觸器是一種用來(lái)接通或斷開(kāi)帶負(fù)載的交直流主電路或大容量控制電路的自動(dòng)化切換器，主要控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)。通用接觸器可大致分以下兩類。 </p>&

38、lt;p>　　1）交流接觸器。主要有電磁機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置等組成。常用的是CJ1、0CJ12、CJ12B等系列。</p><p>　　2）直流接觸器，一般用于控制直流電器設(shè)備，線圈中通以直流電，直流接觸器的動(dòng)作原理和結(jié)構(gòu)基本上與交流接觸器是相同的。</p><p>　　接觸器的選型有諸多因素外與負(fù)載密切相關(guān)一般三相異步電機(jī)的起動(dòng)電流為額定電流的3-5倍。所以接觸器的額定電流為：

39、</p><p>　　IN=36A (3-1)</p><p>　　綜上所述，本系統(tǒng)選用CJ10-40接觸器：額定電流為40A,額定電壓為380V。</p><p>　　3.4熱繼電器的選型</p><p>　　熱繼電器由兩部分組成，每一部分安裝的位置不同。一部分是主觸點(diǎn)，接在電動(dòng)機(jī)與接觸

40、器KM之間。另一部分是接在控制電路中，與接觸器KM的線圈電路相串聯(lián)。熱繼電器在控制線路中起過(guò)載保護(hù)的功能。熱繼電器是采用雙金屬熱元件，動(dòng)作機(jī)構(gòu)，常閉觸頭和常開(kāi)觸頭，復(fù)位按鈕及整定電流調(diào)節(jié)旋鈕等構(gòu)成。根據(jù)雙金屬熱元件的數(shù)目可分為兩極和三極型熱器，而三極型又分帶斷相保護(hù)和不帶斷相保護(hù)兩種。</p><p>　　主電動(dòng)機(jī)M1的額定電流15A，F(xiàn)R1可以選用JR16，熱元件電流為20A，電流整定范圍為14-22A工作時(shí)將

41、額定電流調(diào)整為15A。</p><p>　　3.5開(kāi)關(guān)電器、熔斷器的選型</p><p>　　行程開(kāi)關(guān)是一種由物體的位移來(lái)決定電路通斷的開(kāi)關(guān)，選用型號(hào)為L(zhǎng)XK2-131型。</p><p>　　熔斷器選用RL1-15型熔點(diǎn)器，熔體的額定電流為30A。</p><p><b>　　3.6傳感器的選型</b></p&g

42、t;<p>　　系統(tǒng)中運(yùn)用傳感器對(duì)飲料瓶的大小進(jìn)行區(qū)別，根據(jù)設(shè)計(jì)需要選擇反射式光電傳感器[15]。反射式光電傳感器的工作原理如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1反射式光電傳感器原理圖</p><p>　　該系統(tǒng)選擇的反射式光電傳感器型號(hào)為PM2-LF10,其性能參數(shù)如表3-3所示。</p><p>　　表3-3 PM2-LF10反射式光電傳感

43、器的性能參數(shù)</p><p>　　4系統(tǒng)的硬件電路實(shí)現(xiàn)</p><p>　　4.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　系統(tǒng)的硬件分為主電路、控制電路、輔助電路三大部分，控制電路控制主電路，輔助電電路起輔助信號(hào)顯示的作用，它們之間的關(guān)系如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1硬件電路關(guān)系圖</p><p><

44、;b>　　4.2主電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　傳送帶用電動(dòng)機(jī)M1來(lái)運(yùn)行，并用接觸器KM1來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行與停止。由熱繼電器FR1實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。斷路器QF1、QF2、QF3將三相電源引入，同時(shí)QF1、QF2、QF3為電路提供短路保護(hù)。飲料罐裝生產(chǎn)的主控制電路如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2主控制電路圖</p><p>　　

45、4.3控制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)的輸人信號(hào)有9個(gè)，且均為開(kāi)關(guān)量。其中各種單操作按鈕開(kāi)關(guān)6個(gè)，分別 SB0 啟動(dòng)按鈕、SB1 停止按鈕、SB4 大包、SB5 中包、SB6 小包、SB7 散裝、SB10 手動(dòng)復(fù)位按鈕。行程開(kāi)關(guān)1個(gè)，傳感器開(kāi)關(guān)1個(gè)。</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)有10個(gè)，其中1個(gè)用于驅(qū)動(dòng)傳送帶電動(dòng)機(jī)的接觸器KM1, 3個(gè)電磁閥分別用于大瓶

46、和小瓶的封蓋及飲料罐裝，6個(gè)用于生產(chǎn)線上的狀態(tài)顯示。如圖4-3所示。</p><p>　　圖4-3三菱PLC外部接線圖</p><p>　　4.4操作面板的設(shè)計(jì)</p><p>　　操作面板本著操作簡(jiǎn)單，直觀明了的，對(duì)飲料罐裝自動(dòng)生產(chǎn)線的每一步都能準(zhǔn)確顯示，方便工作人員的工作為原則而設(shè)計(jì)。如圖4-4所示。</p><p>　　面板中的按鈕有停

47、止、啟動(dòng)和手動(dòng)復(fù)位按鈕，以及選擇大包、中包、小包和散裝的按鈕。顯示燈有大包、中包、小包和散裝的顯示燈，還有上電顯示和灌裝過(guò)程顯示。</p><p>　　本系統(tǒng)還設(shè)置了兩種灌裝模式即大瓶、小瓶灌裝，四種包裝方式即大瓶的大、中、小包裝和散裝及小瓶的大、中、小包裝和散裝 。這樣做有利于不同層次的需要。</p><p>　　圖4-4操作面板外形圖</p><p><b

48、>　　5系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.1控制要求和控制過(guò)程分析</p><p>　　系統(tǒng)通過(guò)開(kāi)關(guān)設(shè)定為自動(dòng)操作模式，一旦啟動(dòng)，則傳送帶的驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)并一直保持到停止開(kāi)關(guān)動(dòng)作或灌裝設(shè)備下的傳感器檢測(cè)到一個(gè)瓶子時(shí)停止；瓶子裝滿飲料后，傳送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須自動(dòng)啟動(dòng)，并保持到又檢測(cè)到一個(gè)瓶子或停止開(kāi)關(guān)動(dòng)作。當(dāng)瓶子定位在灌裝設(shè)備下時(shí)，停頓1s，灌裝設(shè)備開(kāi)始工作，灌裝

49、過(guò)程為小瓶裝5s鐘，大瓶裝8S鐘，然后均上蓋時(shí)間為2秒，灌裝和上蓋過(guò)程應(yīng)有報(bào)警顯示，上蓋過(guò)程停止并不再顯示報(bào)警；報(bào)警方式為紅燈以0.5s間隔閃爍。與此同時(shí)對(duì)生產(chǎn)的飲料進(jìn)行打包并計(jì)數(shù)，對(duì)于小瓶：40瓶為一大包，30瓶為一中包，20瓶為一小包；對(duì)于大瓶：20瓶為一大包，15瓶為一中包，10瓶為一小包。在生產(chǎn)過(guò)程中可以對(duì)各計(jì)數(shù)器手動(dòng)清零，系統(tǒng)每8小時(shí)將所記數(shù)據(jù)送入指定的存儲(chǔ)器中，然后將記數(shù)器清零。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)按下停止按鈕，系統(tǒng)會(huì)馬上停止工作

50、：而在系統(tǒng)進(jìn)行灌裝和加蓋時(shí)按下停止按鈕，系統(tǒng)不會(huì)馬上停止工作，而要待加蓋工作完成后，系統(tǒng)最終停止工作。系統(tǒng)過(guò)程流程圖和順序功能圖分別如下圖5-1和圖5-2所示。</p><p>　　5.2I/O端口分配</p><p>　　X0：?jiǎn)?dòng) 　　 Y0：驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)</p><p>　　X1：停止

51、 Y1：灌裝飲料</p><p>　　X2：行程開(kāi)關(guān) Y2：小瓶上蓋</p><p>　　X3：傳感器 Y3：大瓶上蓋</p><p>　　X4：選擇大包包裝

52、Y4：顯示大包包裝</p><p>　　X5：選擇中包包裝 Y5：顯示中包包裝</p><p>　　X6：選擇小包包裝 Y6：顯示小包包裝</p><p>　　X7：選擇散裝 Y7：顯示散裝</p>&

53、lt;p>　　X10：手動(dòng)復(fù)位 Y10：系統(tǒng)上電顯示</p><p>　　Y11：灌裝和上蓋過(guò)程顯示</p><p><b>　　圖5-1過(guò)程流程圖</b></p><p><b>　　圖5-2順序功能圖</b></p><p><b

54、>　　5.3梯形圖</b></p><p>　　5.3.1初始化程序</p><p>　　初始化，啟動(dòng)時(shí)、按下復(fù)位鈕和8小時(shí)將程序中用到的計(jì)數(shù)器置零</p><p>　　5.3.2裝箱選擇程序</p><p>　　對(duì)生產(chǎn)好的飲料進(jìn)行裝箱選擇：X4 X5 X6 X7所對(duì)應(yīng)的按鈕SB4 SB5 SB6 SB7分別用于選擇包裝的類

55、型：大包 中包 小包 散裝。</p><p>　　5.3.3流水線主控程序</p><p>　　生產(chǎn)流水線主控電路的自動(dòng)控制：系統(tǒng)通過(guò)開(kāi)關(guān)設(shè)定為自動(dòng)操作模式，一旦啟動(dòng)，則傳送帶的驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)并一直保持到停止開(kāi)關(guān)動(dòng)作或灌裝設(shè)備下的傳感器檢測(cè)到一個(gè)瓶子時(shí)停止；瓶子裝滿飲料并上蓋后，傳送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須自動(dòng)啟動(dòng)，并保持到又檢測(cè)到一個(gè)瓶子或停止開(kāi)關(guān)動(dòng)作；當(dāng)瓶子定位在灌裝設(shè)備下時(shí)，停頓1s，灌裝設(shè)備開(kāi)

56、始工作，對(duì)于大瓶灌裝8秒鐘，小瓶則灌裝5秒鐘，待灌裝過(guò)程完畢再對(duì)飲料瓶進(jìn)行上蓋，上蓋時(shí)間為2秒鐘。當(dāng)系統(tǒng)正在運(yùn)行裝罐時(shí)，按下停止按鈕，系統(tǒng)并不會(huì)馬上停止運(yùn)行，待上蓋工作結(jié)束后，系統(tǒng)最終停止運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　5.3.4閃爍報(bào)警程序</p><p>　　罐裝和上蓋過(guò)程中閃爍報(bào)警</p><p><b>　　5.3.5記數(shù)程序</b><

57、;/p><p>　　對(duì)于小瓶：40瓶為一大包，30瓶為一中包，20瓶為一小包；對(duì)于大瓶：20瓶為一大包，15瓶為一中包10瓶為一小包。并且對(duì)所裝箱和所生產(chǎn)飲料的數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)。</p><p>　　5.3.6數(shù)據(jù)傳送程序</p><p>　　設(shè)定8小時(shí)傳輸一次數(shù)據(jù)，將各記數(shù)器中所記數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到指定的存儲(chǔ)器中。 </p><p><b>　　

58、6 程序調(diào)試</b></p><p>　　利用軟件三菱PLC編程軟件GX Developer8.86進(jìn)行仿真運(yùn)行調(diào)試。</p><p>　　6.1裝箱選擇程序的仿真</p><p>　　X4 X5 X6 X7分別對(duì)應(yīng)大包 中包 小包和散裝的按鈕，選擇不同的按鈕按下，在控制面板上會(huì)顯示出相應(yīng)的包裝。</p><p>　　6.2主控制

59、程序的仿真</p><p>　　X0（對(duì)應(yīng)啟動(dòng)按鈕）上電后Y0（對(duì)應(yīng)繼電器線圈）上電并自鎖，傳送帶運(yùn)行，待寫X2（對(duì)應(yīng)行程開(kāi)關(guān)）上電后，Y0失電，傳送帶停止，Y1（對(duì)應(yīng)灌裝電磁閥）上電，加飲料5秒鐘后，Y1失電，停止加料，Y2（對(duì)應(yīng)上蓋裝置）上電，上蓋時(shí)間為2秒。</p><p>　　在傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，X2X3(對(duì)應(yīng)光電傳感器)同時(shí)上電，表示檢測(cè)到大瓶，此后灌裝加料過(guò)程為8秒。</p&

60、gt;<p>　　在傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，按下停止按鈕（即X1上電）系統(tǒng)馬上停止工作。</p><p>　　在灌裝加料和上蓋時(shí)按下停止按鈕，系統(tǒng)不會(huì)馬上停止工作，而是待灌裝和上蓋工作結(jié)束后，最終停止運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　6.3閃爍報(bào)警程序的仿真</p><p>　　系統(tǒng)灌裝加料（Y1上電）和上蓋（Y2上電）時(shí)，發(fā)光二極管報(bào)警器（Y11）會(huì)閃爍報(bào)警。<

61、;/p><p>　　6.4記數(shù)程序的仿真</p><p>　　對(duì)于小瓶，每大包可裝40瓶，并且最后對(duì)所裝包數(shù)進(jìn)行記數(shù)。</p><p><b>　　7結(jié)論與展望</b></p><p>　　本文介紹了基于三菱FX1N-40MR PLC的飲料灌裝生產(chǎn)流水線的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)方面，根據(jù)

62、系統(tǒng)的控制要求對(duì)各硬件設(shè)備進(jìn)行了選型并對(duì)三菱FX1N-40MR PLC外部電路接線進(jìn)行了設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)方面對(duì)軟件設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行了概述，根據(jù)要求設(shè)計(jì)出梯形圖并對(duì)它進(jìn)行仿真調(diào)試。仿真調(diào)試后的控制系統(tǒng)基本上滿足以下控制要求：(1)能對(duì)空瓶進(jìn)行運(yùn)送、灌裝，灌裝量可根據(jù)空瓶大小設(shè)定；（2）對(duì)滿瓶進(jìn)行運(yùn)送及計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值包括累計(jì)計(jì)數(shù)、單位包裝計(jì)數(shù)，單位包裝計(jì)數(shù)量可根據(jù)包裝大小設(shè)定；（3）能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。</p><p>　　

63、利用PLC良好的自動(dòng)控制性能，本文所設(shè)計(jì)的飲料灌裝生產(chǎn)流水線的控制系統(tǒng)基本上實(shí)現(xiàn)了飲料罐裝生產(chǎn)過(guò)程的無(wú)人控制。但對(duì)于大型的生產(chǎn)流水線來(lái)說(shuō)，該系統(tǒng)就無(wú)法滿足其更加復(fù)雜、準(zhǔn)確、智能的控制要求。該系統(tǒng)需要在傳送速率，次品檢測(cè)等諸多方面作出改進(jìn)。</p><p>　　基于PLC的飲料灌裝生產(chǎn)流水線的控制系統(tǒng)為飲料罐裝生產(chǎn)提供了極大地便利，在各種飲料罐裝生產(chǎn)行業(yè)迅猛發(fā)展。隨著生產(chǎn)社會(huì)化水平的不斷提高，基于PLC的飲料灌裝生

64、產(chǎn)流水線的控制系統(tǒng)不僅僅局限于飲料罐裝生產(chǎn)行業(yè)，它在現(xiàn)代的芯片封裝，產(chǎn)品包裝等流水線作業(yè)生產(chǎn)方面也有著相當(dāng)廣闊的前景。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　首先感謝寧夏大學(xué)新華學(xué)院四年來(lái)對(duì)我的精心培養(yǎng)，這四年是我的一段比較快樂(lè)的時(shí)光，也是人生中一段寶貴的經(jīng)歷。</p><p>　　在本次課題設(shè)計(jì)中，指導(dǎo)教師丁莉君老

65、師對(duì)我的幫助很大，雖然這段時(shí)間我的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程“停滯不前”可老師沒(méi)有將我放棄，一直不厭其煩的督促我，還不時(shí)地指導(dǎo)我，這讓我很感動(dòng)。老師對(duì)我的悉心幫助為我打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)知識(shí)，提高個(gè)人能力都非常有益，在此我對(duì)丁老師表示忠心的感謝和崇高的敬意。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　孔凡真.飲料無(wú)菌冷灌裝生產(chǎn)線的應(yīng)用是大勢(shì)所趨［J］.飲料工業(yè)

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