PLC控制的自动灌装机系统设计毕业论文

四川机电职业技术学院毕业设计 1PLC 控制的自动灌装机系统的设计毕业综合训练专业班级： 学生姓名： 指导教师： 四川机电职业技术学院毕业设计22PLC 控制的自动灌装机系统的设计摘 要近年来，社会的发展和进步对各行各业提出了越来越高的要求。机械化加工企业为了提高生产效率和市场竞争力，采用了机械化流水线作业的生产方式，对不同的产品分别组成了自动流水线。产品不断地更新换代，也同时要求相应的控制系统随之改，提高产品生产的效率。在这种情况下，硬连接方式的继电接触式控制系统就不能满足经常更新的要求了。这是因为，一是成本高，二是周期长。在早期还出现过矩阵式顺序控制器和晶体管逻辑控制系统，由于这些装置体积大，功能少，本身存在很多不足，虽然在能够提高控制系统的通用性和灵活性，但均未得到广泛应该。PLC 可编程序控制器具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一。由于 PLC 具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，液体物体的灌装机发展很快，早已有人工手动灌装发展实现机械自动化灌装，且自动化水平日益提高。随着科学技术和生产的发展，现在越来越多的将 PLC 应用于灌装机系统中。本设计综合可编程控制器和变频器控制的诸多优点，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。本次设计将可编程控制器和变频器控制进行了充分的结合运用，将可编程控制器的开关量输出端直接与变频器的开关输入端相连，体现了由新的控制器带来新的控制理念的思想。关键词：继电接触式控制系统。3目 录第一章 绪 论 11.1 研究背景及课题来源 11.2 研究现状 11.3 解决办法 2第二章 PLC 介绍 32.1 PLC 的发展 32.2 PLC 的应用领域 32.3 PLC 的特点 32.4 PLC 控制灌装机系统的优点 4第三章 设计方案 53.1 自动灌装机系统方案设计 5第四章 罐装传送带调速系统分析 94.1 罐装传送带调速系统工艺流程 94.2 输入信息分析 104.3 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 125.1 罐装传送带系统总图设计 125.2 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 146.1 编程平台介绍 1446.2 具体设计程序及注释 156.3 灌装传送带调速监控系统软件 19结 论 22参考文献 23谢 辞 245第一章 绪 论1.1 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。6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。本次设计将可编程控制器和变频器控制进行了充分的结合运用，将可编程控制器的开关量输出端直接与变频器的开关输入端相连，体现了由新的控制器带来新的控制理念的思想。7第二章 PLC 介绍2.1 PLC 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。2.2 PLC 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。2.3 PLC 的特点8（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。2.4 PLC 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。9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：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。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，14 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；14 工位推杆阀门（13 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V11OPENED、V21OPENED、V31OPENED、V41OPENED 为 1 时开到位，否则为0；14 工位推杆阀门关到位信号V11CLOSED、V21CLOSED、V31CLOSED、V41CLOSED 为 1 时关到位，否则为0；13 工位清洗、吹干、灌装阀门，开到位信号V12OPENED、V22OPENED、V32OPENED、V42OPENED 为 1 时开到位，否则为0；13 工位清洗、吹干、灌装阀门，关到位信号V11CLOSED、V21CLOSED、V31CLOSED、V41CLOSED 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；14 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10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