饮料灌装生产流水线的PLC控制

XXXXXX 大 学课 程 设 计题 目 ： 饮 料 灌 装 生 产 流 水 线 的 PLC 控 制班 级 ： 姓 名 ： 指 导 教 师 ： 完 成 日 期 ： 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 I一、设计题目饮 料 灌 装 生 产 流 水 线 的 PLC 控 制二 、 设 计 要 求（ 1） 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 罐 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 .（ 2） 当 瓶 子 定 位 在 罐 装 设 备 下 时 ， 停 顿 1 秒 ， 罐 装 设 备 开 始 工 作 ，罐 装 过 程 为 5 秒 钟 ， 罐 装 过 程 应 有 报 警 显 示 ， 5 秒 后 停 止 并 不 再 显 示报 警 .（ 3） 用 两 个 传 感 器 和 若 干 个 加 法 器 检 测 并 记 录 空 瓶 数 和 满 瓶 数 ， 一旦 系 统 启 动 ， 必 须 记 录 空 瓶 数 和 满 瓶 数 ， 设 最 多 不 超 过 99999999 瓶 .（ 4） 可 以 手 动 对 计 数 值 清 零 （ 复 位 ） .三、上交材料（ 1） 开 题 报 告（ 2） 说 明 书四、进度安排第 1 周 ： （ 1） 熟 悉 题 目 ， 查 找 资 料 ， 整 理 资 料 ， 完 成 开 题 报 告 。（ 2） 进 行 PLC 控 制 系 统 的 硬 件 部 分 设 计 （ PLC 选 型 及 外 部 接线 图 ） 。第 2 周 ： 进 行 PLC 控 制 系 统 的 软 件 部 分 设 计 （ 控 制 顺 序 功 能 和 梯 形 图设 计 ） 。第 3 周 ： 查 找 不 足 ， 整 理 说 明 书 。 总 体 分 析 ， 准 备 答 辩 。五、指导教师评语成 绩： 指导教师日期辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 II摘 要随 着 工 业 自 动 化 水 平 日 益 提 高 ， 众 多 工 业 企 业 均 面 临 着传 统 生 产 线 的 改 造 和 重 新 设 计 问 题 。 PLC（ 可 编 程 序 控 制 器 ）是 以 微 处 理 器 为 核 心 的 工 业 控 制 装 置 ， 它 将 传 统 的 继 电 器 控制 系 统 与 计 算 机 技 术 结 合 在 一 起 ， 近 年 来 在 工 业 自 动 控 制 、机 电 一 体 化 、 改 造 传 统 产 业 等 方 面 得 到 普 遍 应 用 。 作 为 通 用工 业 控 制 计 算 机 ， 其 实 现 了 工 业 控 制 领 域 接 线 逻 辑 到 存 储 逻 辑的 飞 跃 ， 在 世 界 工 业 控 制 中 发 挥 着 越 来 越 重 要 的 作 用 。 鉴 于 此 ，设 计 者 利 用 PLC 的 功 能 和 特 点 设 计 出 了 一 款 饮 料 灌 装 生 产 流 水线 控 制 系 统 。文 章 刚 开 始 介 绍 了 PLC的 相 关 知 识 ， 接 着 以 饮 料 灌 装 流水 线 为 例 ， 采 用 三 菱 公 司 的 FX系 列 可 编 程 序 控 制 器 ， 介 绍 了PLC 在 饮 料 灌 装 流 水 线 中 的 应 用 ， 给 出 了 详 细 的 程 序 设 计 过程 。 利 用 PLC控 制 饮 料 灌 装 生 产 过 程 ， 可 有 效 提 高 灌 装 生 产 效率 ， 并 显 著 增 加 控 制 系 统 的 可 靠 性 和 柔 性 。关 键 词 ： 可 编 程 控 制 器 、 灌 装 流 水 线 、 顺 序 功 能 图 、 梯 形 图Abstract辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 IIIWith the increasing level of industrial automation, many industrial enterprises are faced with the transformation of traditional production line and re-design problem. PLC (programmable logic controller) is a microprocessor as the core of industrial control devices, it will relay the traditional control system combined with computer technology in recent years in industrial automation, mechanical and electrical integration, the transformation of traditional industries such as generally applied. As a general-purpose industrial control computer, the realization of industrial control wiring logical leap in logic to storage, industrial control in the world is playing an increasingly important role. In view of this, the designers of the use of PLC functions and features designed a beverage filling production line control system. The article introduced the PLC beginning of the relevant knowledge, and then to drink bottling line as an example, the use of Mitsubishi FX series programmable logic controller, PLC, introduced in the beverage bottling line in the application, given a detailed program design process. PLC control of the use of beverage filling production process, which can effectively improve the production efficiency of filling, and significantly increase the reliability of control systems and flexible. Key words: programmable logic controller, filling lines, Sequential Function Chart, Ladder Diagram目 录辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 IV前 言 .5第 一 章 可 编 程 控 制 器 概 述 .61.1 PLC 的 定 义 .61.2 PLC 的 基 本 组 成 .61.3 PLC 的 功 能 与 特 点 .71.4 PLC 的 应 用 范 围 .7第 二 章 系 统 总 体 设 计 .8第 三 章 系 统 硬 件 设 计 .93.1 传 感 器 的 选 择 .93.2 PLC 控 制 部 分 硬 件 设 计 .93.2.1 PLC 控 制 系 统 外 部 接 线 图 .103.2.2 输 入 /输 出 接 口 （ I/O） 功 能 量 .10第 四 章 系 统 软 件 设 计 .114.1 控 制 系 统 顺 序 功 能 图 .114.2 梯 形 图 .124.3 指 令 表 .13第 五 章 程 序 调 试 .14第 六 章 结 论 和 展 望 .17参 考 文 献 .18辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 5前言一 、 课 题 研 究 背 景几 年 前 ， 自 动 化 技 术 只 占 包 装 机 械 设 计 的 30%， 现 在 已 占 50%以上 ， 大 量 使 用 了 微 电 脑 设 计 和 机 电 一 体 化 控 制 。 提 高 包 装 机 械 自 动 化 程 度的 目 的 ： 一 是 为 了 提 高 生 产 率 ； 二 是 为 了 提 高 设 备 的 柔 性 和 灵 活 性 ； 三是 为 了 提 高 包 装 机 械 完 成 复 杂 动 作 的 能 力 。本 设 计 的 目 的 是 利 用 “PLC”技 术 平 台 自 主 开 发 创 新 ， 将 机 械 、 电 气和 自 动 化 等 技 术 有 机 结 合 ， 构 成 实 用 的 饮 料 灌 装 生 产 线 模 拟 系 统 。二 、 课 题 研 究 内 容根 据 控 制 要 求 ， 以 PLC 为 核 心 ， 设 计 出 一 款 饮 料 灌 装 生 产 流 水 线 控制 系 统 。 设 计 系 统 控 制 硬 件 电 路 ， 编 写 软 件 控 制 系 统 程 序 ， 实 现 对 饮料 灌 装 流 水 线 的 控 制 。三 、 课 程 研 究 意 义本 设 计 鉴 于 PLC 可 靠 性 高 、 耐 恶 劣 环 境 能 力 强 、 使 用 极 为 方 便 三 大特 点 ， 利 用 PLC 技 术 平 台 自 主 开 发 创 新 ， 将 机 械 、 电 气 和 自 动 化 等 技 术有 机 结 合 ， 将 传 统 的 继 电 器 -接 触 器 控 制 功 能 用 PLC 代 替 ， 构 成 实 用 、可 靠 的 饮 料 灌 装 生 产 线 PLC 控 制 系 统 。 该 控 制 系 统 可 节 省 大 量 电 气 元件 、 导 线 与 原 材 料 ,缩 短 设 计 周 期 ,减 少 维 修 工 作 量 , 提 高 加 工 零 件 合格 率 ,进 而 提 高 生 产 率 ， 而 且 程 序 调 整 修 改 方 便 灵 活 ， 提 高 了 设 备 的 柔性 和 灵 活 性 。 具 有 整 体 技 术 经 济 效 益 。四 、 课 题 研 究 方 法步 骤 如 下 ：1.控 制 系 统 总 体 设 计 ： 分 析 控 制 要 求 ， 了 解 系 统 工 作 过 程 。2.控 制 系 统 硬 件 的 设 计 ： PLC 型 号 、 相 关 元 器 件 的 选 择 以 及 外 部 接 口电 路 的 设 计 。3.控 制 系 统 软 件 设 计 ： 绘 制 顺 序 功 能 图 和 梯 形 图4.系 统 调 试 ： 利 用 仿 真 软 件 对 所 编 制 的 程 序 进 行 软 件 调 试 。辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 6第一章 可编程控制器概述1.1 PLC 的 定 义可 编 程 控 制 器 ， 简 称 PLC（ Programmable logic Controller） ,是 指 以 计 算 机 技 术 为 基 础 的 新 型 工 业 控 制 装 置 。 在 1987 年 国 际 电 工委 员 会 （ International Electrical Committee） 颁 布 的 PLC 标 准 草案 中 对 PLC 做 了 如 下 定 义 ：“PLC 是 一 种 专 门 为 在 工 业 环 境 下 应 用 而 设 计 的 数 字 运 算 操 作 的 电 子 装 置 。它 采 用 可 以 编 制 程 序 的 存 储 器 ， 用 来 在 其 内 部 存 储 执 行 逻 辑 运 算 、 顺 序 运算 、 计 时 、 计 数 和 算 术 运 算 等 操 作 的 指 令 ， 并 能 通 过 数 字 式 或 模 拟 式 的 输入 和 输 出 ， 控 制 各 种 类 型 的 机 械 或 生 产 过 程 。 PLC 及 其 有 关 的 外 围 设备 都 应 该 按 易 于 与 工 业 控 制 系 统 形 成 一 个 整 体 ， 易 于 扩 展 其 功 能 的 原 则 而设 计 。 ”具 体 一 款 FX2N 系 列 PLC 实 物 如 下 图 :图 1-1 FX2N 系 列 PLC 实 物 图1.2 PLC 的 基 本 组 成PLC 的 基 本 组 成 可 归 为 四 大 部 件 ：1 中 央 处 理 单 元 （ CPU 板 ） 控 制 器 的 核 心 ；2. 输 入 部 件 连 接 现 场 设 备 与 CPU 之 间 的 接 口 电 路 ；3. 输 出 部 件 送 出 PLC 运 算 后 得 出 的 控 制 信 息 ；4. 电 源 部 件 为 PLC 内 部 电 路 提 供 能 源 。辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 7另 外 ， 还 必 须 有 编 程 器 将 用 户 程 序 写 进 规 定 的 存 储 器 内 。PLC 的 基 本 组 成 框 图 如 图 1-2 所 示 ：图 1-2 PLC 的 基 本 组 成 框 图1.3 PLC 的 功 能 与 特 点功 能 ： 1.逻 辑 控 制2.定 时 控 制3.计 数 控 制4.步 进 (顺 序 )控 制 、5.PID 控 制 、 数 据 控 制6.PLC 具 有 数 据 处 理 能 力 、 通 信 和 联 网7.其 它 PLC 还 有 许 多 特 殊 功 能 模 块 ， 适 用 于 各 种 特 殊 控 制 的 要 求 ，如 定 位 控 制 模 块 、 CRT 模 块 。特 点 ： 1.可 靠 性 高 ， 抗 干 扰 能 力 强2.功 能 完 善 ， 适 用 性 强3.易 学 易 用 ， 深 受 工 程 技 术 人 员 欢 迎4.系 统 的 设 计 、 建 造 工 作 量 小 ， 维 护 方 便 ， 容 易 改 造 五 .体 积 小 ，重 量 轻 ， 能 耗 低1.4 PLC 的 应 用 范 围目 前 ， 在 国 内 外 PLC 已 广 泛 应 用 冶 金 、 石 油 、 化 工 、 建 材 、 机 械 制 造 、电 力 、 汽 车 、 轻 工 、 环 保 及 文 化 娱 乐 等 各 行 各 业 ， 随 着 PLC 性 能 价 格比 的 不 断 提 高 ， 其 应 用 领 域 不 断 扩 大 。 从 应 用 类 型 看 ， PLC 的 应 用 大致 可 归 纳 为 以 下 几 个 方 面 ：1.开 关 量 逻 辑 控 制 2.运 动 控 制 3.过 程 控 制 4.数 据 处 理辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 8第二章 系统总体设计系 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 5s， 灌 装 过 程 应 有 报 警 显 示 ， 5s 后停 止 并 不 再 显 示 报 警 。 用 两 个 传 感 器 和 两 个 计 数 器 检 测 并 记 录 空 瓶 数 和满 瓶 数 ， 一 旦 系 统 启 动 ， 便 开 始 记 录 空 、 满 瓶 数 ， 且 空 、 满 瓶 数 都 最多 不 超 过 99999999 瓶 。 可 以 手 动 对 计 数 值 清 零 。设 计 中 包 括 PLC 硬 件 结 构 设 计 及 PLC 控 制 软 件 部 分 设 计 。硬 件 设 计 部 分 ： 1.分 析 控 制 要 求 ， 选 择 对 应 的 传 感 器 及 其 他 部 件 、 并写 出 I/O 量 功 能 表 ； 2.选 择 合 适 的 PLC 机 型 ； 3.画 出PLC 控 制 系 统 外 部 接 线 图 。软 件 设 计 部 分 ： 1.控 制 系 统 顺 序 功 能 图 ； 2.梯 形 图 ； 3.指 令 表 。灌 装 流 水 线 示 意 图 如 下 ：辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 9第三章 系统硬件设计3.1 传感器的选择信 息 处 理 技 术 取 得 的 进 展 以 及 微 处 理 器 和 计 算 机 技 术 的 高 速 发 展 ， 都需 要 在 传 感 器 的 开 发 方 面 有 相 应 的 进 展 。 微 处 理 器 现 在 已 经 在 测 量 和 控 制系 统 中 得 到 了 广 泛 的 应 用 。 随 着 这 些 系 统 能 力 的 增 强 ， 作 为 信 息 采 集 系 统的 前 端 单 元 ， 传 感 器 的 作 用 越 来 越 重 要 。 传 感 器 已 成 为 自 动 化 系 统 和 机 器人 技 术 中 的 关 键 部 件 。广 义 地 说 ， 传 感 器 是 一 种 能 把 物 理 量 或 化 学 量 转 变 成 便 于 利 用 的 电 信号 的 器 件 。 它 获 得 的 信 息 正 确 与 否 ， 直 接 关 系 到 整 个 系 统 的 精 度 。外 界 进 入 传 感 器 的 信 号 幅 度 是 很 小 的 ， 而 且 混 杂 有 干 扰 信 号 和 噪 声 。为 了 方 便 随 后 的 处 理 过 程 ， 首 先 要 将 信 号 整 形 成 具 有 最 佳 特 性 的 波 形 ， 有时 还 需 要 将 信 号 线 性 化 ， 该 工 作 是 由 放 大 器 、 滤 波 器 以 及 其 他 一 些 模 拟 电路 完 成 的 。 成 形 后 的 信 号 随 后 转 换 成 数 字 信 号 ， 并 输 入 到 微 处 理 器 。传 感 器 的 组 成 如 图 2-2 所 示 ：针 对 本 课 题 的 控 制 要 求 ， 在 设 计 中 我 选 用 了 两 个 光 电 传 感 器 （ 空 瓶 检测 传 感 器 、 灌 装 设 备 处 的 有 无 瓶 传 感 器 ） 用 来 检 测 有 无 饮 料 瓶 通 过 ； 还 选用 了 一 个 重 量 传 感 器 来 检 测 瓶 子 是 否 灌 满 。3.2 PLC 控制部分硬件设计分 析 对 象 的 控 制 要 求 ， 确 定 输 入 /输 出 接 口 （ I/O） 数 量 ， 选 择 适合 的 PLC 机 型 及 外 设 ， 完 成 PLC 硬 件 结 构 配 置 ， 并 绘 制 PLC 控 制 电 路硬 件 接 线 图 ， 编 制 I/O 接 口 功 能 表 。3.2.1 PLC 控 制 系 统 外 部 接 线 图敏 感 元件转 换 元件接 口 电路辅 助 电源电 信 号非 物 理量图 2-2 传 感 器 组 成辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 10如 图 4-2 所 示 ：图 4-2 饮 料 罐 装 流 水 线 控 制 系 统 的 PLC 控 制 电 路 硬 件 接 线 图3.2.2 输 入 /输 出 接 口 （ I/O） 功 能 量如 下 表 4-1、 4-2 所 示 ：表 4-1 饮 料 罐 装 生 产 流 水 线 控 制 系 统 的 PLC 输 入 接 口 功 能 表序号 工 位 名 称 文 字 符 号 输 入 口1 起 动 按 钮 SB1 X0002 停 止 按 钮 SB2 X0013 空 瓶 检 测 传 感 器 开 关 信 号 P0 X0024 瓶 子 检 测 传 感 器 开 关 信 号 P1 X0035 满 瓶 检 测 传 感 器 开 关 信 号 P2 X0046 空 瓶 计 数 器 手 动 复 位 开 关 SB3 X0057 满 瓶 计 数 器 手 动 复 位 开 关 SB4 X006表 4-2 饮 料 罐 装 生 产 流 水 线 控 制 系 统 的 PLC 输 出 接 口 功 能 表序号 工 位 名 称 文 字 符 号 输 入 口1 电 机 驱 动 传 送 带 工 作 KM1 Y0002 灌 装 设 备 工 作 KM2 Y0013 灌 装 过 程 报 警 显 示 灯 L0 Y002根据确定后的输入/输出接口（I/O）数量，本设计选择的 PLC 机型为 FX2N-16MR-001。辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 11第四章 系统软件设计根 据 控 制 要 求 ， 建 立 饮 料 罐 装 生 产 流 水 线 PLC 控 制 系 统 的 顺 序 功能 图 ， 表 达 出 各 控 制 对 象 的 动 作 顺 序 ， 并 画 出 梯 形 图 ， 写 出 指 令 表 。4.1 控制系统顺序功能图顺 序 功 能 图 如 4-1 图 所 示 ：图 4-1 饮 料 罐 装 流 水 线 控 制 系 统 的 顺 序 功 能 图定 时 器 选 择 ： 根 据 已 确 定 的 PLC 型 号 FX2N-16MR-001 以 及 题 目 要 求 ，该 设 计 中 的 定 时 器 选 用 T0、 T1计 数 器 选 择 ： 控 制 要 求 中 提 到 计 数 器 最 大 计 数 值 99999999， 可 见 必须 选 择 32 位 计 数 器 ， 再 根 据 已 确 定 的 PLC 型 号 FX2N-16MR -001 可 选 择 C200、 C201。辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 124.2 梯形图辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 13手 动 复 位 部 分 梯 形 图 ：4.3 指 令 表辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 14第五章 程序调试启 动 系 统 ：当 按 下 启 动 按 钮 X0， 则 程 序 由 S0 步 变 换 到 S20 步 ， 图 中 准 确 地表 示 出 此 时 S20 变 为 活 动 步 ， 并 驱 动 传 送 带 电 机 运 行 ， 而 S0 则 变 为不 活 动 步 。空 瓶 计 数 器 计 数 ：辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 15设 置 位 置 传 感 器 检 测 到 达 预 定 罐 装 位 置 ：当 灌 装 设 备 下 的 光 电 传 感 器 检 测 到 有 瓶 子 到 达 预 定 位 置 时 则 传 送 带 驱动 电 机 停 转 ， 定 时 器 T0 定 时 1s,为 灌 装 做 准 备 ， 与 图 中 相 符 。灌 装 过 程 、 定 时 器 T1 定 时 、 满 瓶 计 数 器 计 数 及 报 警 灯 闪 ：