饮料罐装生产线控制系统的改进设计

毕 业 论 文课题名称 饮料罐装生产线控制系统的改进设计系/专 业 班 级学 号学生姓名指导教师南京工业职业技术学院毕业设计（论文）报告纸共 页 第 2 页装订线摘 要灌装线一般是由多台不同功能的单机设备为了满足某一产品生产或者加工目的的联动生产线。是为了减少人力，优化作业流程并提高生产效率的机电装置。从狭义上来说就是对于某一产品的灌装线。按灌装物料的属性可以分为:流体灌装线、粉剂灌装线、颗粒灌装线、半流体灌装线等。按自动化程度可分为全自动灌装线、半自动灌装线。本文主要讲的是饮料灌装生产流水线的 PLC 控制，刚开始介绍的是灌装线与灌装封盖机，之后又穿插了一些关于 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 在饮料罐装流水线中的应用，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。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。采用 PLC 控制饮料灌装生产线，实现了饮料生产线的自动化、智能化。对劳动生产率的提高，饮料质量和产量的提高具有深远的意义。关键词: 可编程序控制器（PLC） 、自动化、智能化、灌装线南京工业职业技术学院毕业设计（论文）报告纸共 页 第 3 页装订线AbstractFilling line is generally made of different function unit in order to meet the line of a production or processing purposes. In order to reduce manpower, optimize work flow and improve the production efficiency of the electromechanical device. In a narrow sense is the filling line of a product. According to the filling material properties can be divided into: fluid filling line, powder filling line, grain filling line, half fluid filling line etc. According to the degree of automation can be divided into automatic filling line, semi-automatic filling line.This article mainly talking about beverage filling production line PLC control, is introduced, for the first filling line and filling capping machine, and then with some relevant knowledge about the PLC, then in beverage filling line, for example using FX series PLC, this paper introduces the application of PLC in the canned beverage production line, detailed program design process is given. Using PLC control filling beverage production process, filling can effectively improve the production efficiency, and significantly increase the reliability of the control system and flexible.Along with industrial automation level increasing, many industrial enterprises are faced with the traditional production line modification and redesign. PLC (programmable controller) is a microprocessor as the core of industrial control device, it will traditional relay control system and computer technology together, in recent years in industrial automatic control, electromechanical integration, transform traditional industries, etc. As a general industrial control computer, which realizes the industrial control field wiring logic to storage logic of leap, the world is playing an increasingly important role in industrial control. In view of this, the designer designed the function and features of using PLC drink filling production line control system.PLC is used to control the beverage filling production line, realize the automation, intelligent beverage production line. On the improvement of labor productivity, has profound significance to improve beverage quality and yield.南京工业职业技术学院毕业设计（论文）报告纸共 页 第 4 页装订线KEY WORDS PLC ，Automation ，Intelligence ，filling lines目 录第一章绪论 .61.1 项目背景 .61.2 课题研究内容 .61.3 课程研究意义 .61.4 课程研究方法 .7第二章 灌装线与灌装封盖机介绍 .82.1 灌装线简介 .82.1.1 主要零部件结构 .92.1.2 常见的灌装结构 .92.1.3 封盖机工作原理 .92.2 灌装封盖机的组成与分析 .102.2.1 灌装机结构 .102.2.2 输送工作台结构 .102.2.3 压盖机结构 .102.2.4 传动工作原理 .102.2.5、管路系统 .112.3 饮料灌装生产流水线模型 .11第三章 PLC 的介绍 .133.1 PLC 的基本组成 .133.2 PLC 的功能与特点 .143.3 PLC 的应用范围 .143.3.1 可编程控制器的特点 .153.3.2 设计 PLC 控制时，应遵循以下基本原则 .15第四章 系统总体设计 .174.1 传感器的选择 .174.2 硬件的设计 .18南京工业职业技术学院毕业设计（论文）报告纸共 页 第 5 页装订线4.3 控制程序设计 .184.4 控制系统外部接线图 .194.4.1 输入/输出接口（I/O）功能量 .194.5 PLC 的选型 .204.6 输入输出模块的选择 .204.7 电源的选择 .20第五章 系统软件设计 .215.1 控制系统顺序功能图 .215.2 梯形图 .21第六章 程序的调试 .24第七章 结论 .25谢辞 .26参考文献 .27南京工业职业技术学院毕业设计（论文）报告纸共 页 第 6 页装订线第一章绪论1.1 项目背景本人在大三期间学习了自动线和自动机 、 自动化生产线安装与调试两本书，并进行了一些相关的综合实训，对饮料的灌装生产流水线与 PLC 有一定的了解。并且在十月份的企业参观实习阶段，我们也参观了南京轻工业机械集团，对于南京轻工的啤酒灌装线也做了些了解，饮料罐装技术我国的相对于西方发达国家来讲还有很大的差距，我国企业应该不断发展自身实力，提升自身技术，改进设施，努力缩短生产周期、降低成本、提高生产质量。虽然我现在从事的工作和饮料灌装不相关，但是我还是提出我对于饮料灌装的一些不成熟的见解。1.2 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。1.3 课程研究意义目前，饮料的灌装生产已经实现自动化，为了提高产品质量，缩短生产周期，适应产品迅速更新换代的要求，产品生产正向缩短生产周期、降低成本、提高生产质量等方面发展。因此，饮料厂的自动化灌装生产线中有越来越多的机器在使用先进的灌装技术来提高机器的自动化控制水平和生产效率。而应用 PLC 完成电气部分的控制是工业自动化电气控制的主要发展方向。本次课设主要介绍全自动灌装生产线的基本概念。全自动灌装生产线是由数台自动灌装机械经控制系统进行集中控制，并按照各自功能完成一定任务进行顺序、连续生产的一系列机器组合。通过对饮料罐装自动控制的介绍，使我们对灌装这个行业有了更深的了解，也对自动化这个名词有了进一步的了解。饮料罐装自动我国的相对于西方发达国家来讲还有很大的差距。设备陈旧，技术落后，成为阻碍我们灌装行业发展的一个严重问题。鉴于这些问题，我国企业不断发展自身的实力，逐步朝着生产高速化、设备结构合理化、设备的多功能化、设备的绿色化、控制的智能化等方向发展。推出适合自己需求的产品来。本次课设就是朝着这个方向进行研究和设计。南京工业职业技术学院毕业设计（论文）报告纸共 页 第 7 页装订线1.4 课程研究方法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。南京工业职业技术学院毕业设计（论文）报告纸共 页 第 8 页装订线第二章 灌装线与灌装封盖机介绍2.1 灌装线简介灌装线一般是由多台不同功能的单机设备为了满足某一产品生产或者加工目的的联动生产线.是为了减少人力,优化作业流程并提高生产效率的机电装置.从狭义上来说就是对于某一产品的灌装线.按灌装物料的属性可以分为:流体灌装线,粉剂灌装线 ,颗粒灌装线,半流体灌装线等.按自动化程度可分为全自动灌装线,半自动灌装线.流体灌装线一般应用于各种液体，膏体，半流体等物料的清洗、灌装、旋盖、贴标、喷码等。 国内目前的流体灌装线一般分为旋转式、联动式、直线式三种。清洗部分根据不同的瓶形设计不同的清洗机，一般有链轨式、旋转倒冲型、吹气型等。用户一定要根据自己的瓶形选择最满意的清洗机。灌装部分根据物料的不同，液体通常采用直流或泵抽式计量；膏体通常采用活塞压力式计量；而对于含有颗粒状物料采用螺杆式计量。按照物料的不同要求，可以采用加气、真空、负压、常压等灌装方式。封盖部分由于盖子的种类五花八门，机型的模具也不同。目前国内流行的瓶盖大致有以下几种：螺纹盖、防盗盖、三四旋盖、啤酒盖、鸭嘴盖、喷嘴盖、其它异型盖等。全自动封盖机由于瓶盖不同，也分为全自动旋盖机、全自动扎盖机、全自动封盖机等。由于产量和技术方面的问题，还有半自动旋盖机、扎盖机、封罐机等。贴标部分根据标签的材料与要求，流行于国内的一般是不干胶贴标机、热熔胶贴标机、浆南京工业职业技术学院毕业设计（论文）报告纸共 页 第 9 页装订线糊贴标机、套标机四类。一般饮料瓶多见于套标机与热熔胶贴标机，普通瓶类多见于不干胶贴标机、特殊玻璃瓶用浆糊贴标机。标识部分亦分为不同类型，有色带打码机（常配于贴标机上） ，有油墨印码机（单独使用或者匹配使用） ，喷码机（独立使用） 。标识机类一般应用于日期喷码、流水号标识、产地标识等。2.颗粒、粉剂灌装线本小节所说的颗粒与粉剂灌装线的区别在于灌装部分不同，其余的可参照流体灌装线。颗粒灌装一般采用电子秤计量、量杯计量、活塞式计量等。由于物料的颗粒大小与比重等不同，选择适合自己的下料装置是最重要的。电子秤计量一般用于大计量的灌装，精度可按不同的厂家的技术水平而有所区别。小的都采用量杯式计量。活塞式计量通用于横向活塞四向转动。粉剂灌装流行于螺杆式计量，根据螺杆的旋盖圈数与量筒的间距从而达到计理目的。2.1.1 主要零部件结构1.主控箱 2.下料装置 3.灌装头 4.星轮卡位 5.输送带 6.光电开关 7.接近开关 8.旋盖头或压盖头或打塞头 9.料桶 10 上料装置 11.气动元件(包含气动阀门,气缸,气路管道) 12,步进电机,伺服电机控制机构 13.剥离器 14.喷头 15.PLC2.1.2 常见的灌装结构1.全自动洗瓶机+全自动冲瓶机+全自灌装机( 有常压式,负压式,直流式等)+打塞机+旋盖机+贴标机+喷码机；2.全自动洗瓶机+全自动冲瓶机+ 全自动灌装机+旋盖机+铝箔封口机+ 贴标机+喷码机；3.理瓶机+全自动灌装机+旋盖机( 压盖机,打盖机,或真空旋盖机,或封盖机,或真空封盖机)+套标机+蒸气式收缩机+ 喷码机；4.灌装机+ 压盖机2.1.3 封盖机工作原理压盖机动力是由电动机经减速箱传递给齿轮，通过四根升降柱及回转齿轮，将动力分别传递给压盖机上压盖平台及压盖柱塞。瓶由压盖机上的压盖星轮输入，进行压盖封口工作。压盖柱塞的上下运动是通过压盖凸轮的工作曲线来实现的，压盖柱塞围绕凸轮做回转运动时，南京工业职业技术学院毕业设计（论文）报告纸共 页 第 10 页装订线将瓶塞压至瓶口，并缩口封盖，瓶盖缩口是通过压盖塞上的皇冠导口完成的。2.2 灌装封盖机的组成与分析2.2.1 灌装机结构灌装机是灌装封盖机的主体，主要作用是对酒进行灌装工作的。主要有以下几个部分组成：灌装机底座，主要是指灌装缸的部分：机座，回转轴承支撑，驱动装置，旋转工作台，灌装缸高度调节，支架，可调式控制环外支柱。回转支撑是用螺栓固定在内侧的回转底座上。旋转工作台则安装在回转支撑的上部。在回转工作台上分布有提升气缸及其工作管路。灌装缸高度调节装置分布在旋转工作台分内侧，用于灌装缸上部的高度调节。驱动装置悬挂在回转底座上，并有联轴器与输送工作台传动相连，保证其同步运行。支架是用于安装拉下凸轮，并用与和输送工作台定位连接。可调式控制环外立柱有用于外控制环的支撑固定，并附有高度调节系统，根据灌装缸底缸高度来调节控制环的高度位置。灌装机上部，主要组成部分：灌装机支撑，灌装缸，灌装机下部分配器（气体分配器） ，灌装机下分配器（液体分配器） ，升降丝杆是用于对灌装机的高度调节，依据不同瓶子高度进行调节，润滑油罐：用于润滑提升气缸内部储油罐主要结构组成。灌装缸支撑安装与高度调节装置的落杆座上，由于降丝杆与旋转工作台相连接。灌装缸由螺栓固定在灌装缸支撑上。灌装机上分配器和下分配器分别安装在灌装缸支撑中部的安装基座上，其管路分别于灌装缸和缸盖相连。润滑油灌固定在灌装缸支撑内部，用于对提升气缸（托瓶气缸）的润滑。同时在灌装缸上安装有灌装阀，瓶口定位装置，操作阀杆装置。2.2.2 输送工作台结构输送工作台主要由以下几个部分组成：工作台框架，表面有不锈钢罩板和门罩，进瓶螺杆及其传动，中间过渡星轮及其传动，压盖机传动，出瓶星轮及其传动，润滑系统。2.2.3 压盖机结构压盖机包括上部和下部两个部分：压盖机上部包括：储料斗及滑道，取盖装置，压盖装置，压盖柱塞，压盖凸轮及上回转支压盖机下部包括：传动齿轮，下回转体，回转支撑，支撑立柱，回转式托瓶台。2.2.4 传动工作原理在灌装压盖机的传动系统中主要分为：进瓶螺杆传动机构；进瓶星轮传动机构；中间过渡星轮传动机构；压盖机传动机构；出瓶星轮传动机构及灌装机传动机构。南京工业职业技术学院毕业设计（论文）报告纸共 页 第 11 页装订线2.2.5、管路系统灌装压盖机的管路系统主要分为:进液管路系统；真空管路系统；CIP 管路系统，工作气管管路系统；润滑管路系统。2.3 饮料灌装生产流水线模型饮料灌装自动化生产线示意图如图 1-1 所示。生产线由瓶子传送带和灌装液罐组成，传送带由电动机驱动，可以正转和反转。电动机正转时，传送的瓶子依次通过空瓶、灌装、满瓶和终端4 个工位。图 1-2自动化生产线的控制台可以用普通的控制面板实现，也可以用 HMI（人机界面）设备实现。控制面板如图 2-2 所示。控制面板上有启动 /停止按钮、急停按钮、下位/上位选择开关、手动/自动选择开关、正反转点动按钮、故障复位按钮、计数清零按钮及各种指示灯等。图 2-1饮料灌装生产流水线模型南京工业职业技术学院毕业设计（论文）报告纸共 页 第 12 页装订线图 2-2 控制面板模型欲完成以上的控制动作，需要通过可编程控制器来对生产线的控制。南京工业职业技术学院毕业设计（论文）报告纸共 页 第 13 页装订线第三章 PLC 的介绍3.1 PLC 的基本组成PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：a、电源PLC 的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此 PLC 的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将 PLC 直接连接到交流电网上去b. 中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是 PLC 的控制中枢。它按照 PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当 PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将 I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高 PLC 的可靠性，近年来对大型 PLC 还采用双 CPU 构成冗余系统，或采用三 CPU 的表决式系统。这样，即使某个 CPU 出现故障，整个系统仍能正常运行。c、存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。d、输入输出接口电路1、现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是 PLC 与现场控制的接口界面的输入通道。2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用 PLC 通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 e、功能模块 如计数、定位等功能模块f、通信模块 如以太网、RS485、Profit -DP 通讯模块等 PLC 的基本组成框图如图 3-2所示：南京工业职业技术学院毕业设计（论文）报告纸共 页 第 14 页装订线按钮、 接触器驱动 继电器触点 接受 电磁阀行程开关等 现场信号 受控元件 指示灯图 3-2 PLC 的基本组成框图3.2 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3.3 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.数据处理输入接口部件中央处理单元 CPU（板）电源部件输出接口部件南京工业职业技术学院毕业设计（论文）报告纸共 页 第 15 页装订线3.3.1 可编程控制器的特点(1) 可靠性高，抗干扰能力强微机虽然具有很强的功能，单抗干扰能力差，工业现场的电磁干扰、电源波动、机械振动、温度和湿度的变化等都可以使一般通用微机不能正常工作。而 PLC 是专为工业环境应用而设计的，故对于可能受到的电磁干扰、高低温及电源波动等影响，已在 PLC 硬件及软件的设计上采用了措施。如在硬件方面采用了电和磁的屏蔽，对 I/O 接口采用了光电隔离，对电源及 I/O 接口线采用了多种滤波等。而在软件方面采用了故障检测、诊断、信息保护和恢复等手段，一旦发生异常，CPU 立即采取有效措施，防止故障扩大，使 PLC 的可靠性大大提高。(2) 机构简单，应用灵活PLC 在硬件结构上采用模块化积木式结构，各种输入输出信号模块、通信模块及一些特殊功能模块品种齐全。针对不同的控制对象，可以方便、灵活地组合成不同要求的控制系统。硬件接线简单，一般不需要很多配套的外围设备。(3) 编程方便，易于使用PLC 采用了与继电器控制电路有许多相似之处的梯形图作为主要的编程语言，程序形象直观，指令简单易学，编程步骤和方法容易理解和掌握，不需要具备专门的计算机知识，只要具有一定的电工和工艺知识的人员都可以在短时间内学会。(4) 功能完善，适用性强PLC 具有对数字量和模拟量很强的处理功能，如逻辑运算、算术运算、特殊函数运算等。PLC 具有常用的控制功能，如 PID 闭环回路控制、中断控制等。PLC 可以扩展特殊功能，如高速计数、电子凸轮控制、伺服电动机定位、多轴运动插补控制等。PLC 可以组成多种工业网络，实现数据传送、上位监控等功能。3.3.2 设计 PLC 控制时，应遵循以下基本原则(1) 最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥 PLC 的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计 PLC 控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。(2) 保证 PLC 控制系统安全可靠保证 PLC 控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：南京工业职业技术学院毕业设计（论文）报告纸共 页 第 16 页装订线应该保证 PLC 程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等） ，也能正常工作。(3) 力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行,控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。(4) 适应发展的需要由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择 PLC、输入/输出模块、I/O 点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。实际上 PLC 控制系统的设计，按照国外发达国家的标准：首先考虑的是系统的安全性、可靠性设计，然后才是根据控制工艺要求进行控制流程设计，然后就是编写切实可行、高效的 PLC程序，这里在安全性、可靠性设计要求的前提下，编写相应的 PLC 程序非常重要，硬件上保证的安全性，以及软件 PLC 程序中的安全考虑应该同步进行。南京工业职业技术学院毕业设计（论文）报告纸共 页 第 17 页装订线第四章 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：4.1 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南京工业职业技术学院毕业设计（论文）报告纸共 页 第 18 页装订线方面有相应的进展。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 4-2 所示：非物理 电信号图 4-2 传感器组成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。4.2 硬件的设计考虑到生产规模的扩大、生产工艺的改进、控制任务的增加以及维护重接线的需要，在选择硬件模块时要留有适当的余量。根据已经确定的 I/O 设备统计所需要的 I/O 信号的点数和类型，预留 10%15%的容量，选择I/O 信号模块。根据特殊功能要求选择智能单元.根据通信要求选择通信接口模块.敏感元 转换元 接口电路辅助电南京工业职业技术学院毕业设计（论文）报告纸共 页 第 19 页装订线4.3 控制程序设计按照控制系统的要求进行 PLC 程序设计是工程设计的核心。程序设计时，应将控制任务进行分解，编写完成不同功能的程序块，包括循环扫描主程序、急停处理子程序、手动运行子程序、自动运行子程序、故障报警子程序等。编写的程序要在实验室进行模拟运行与调试，检查逻辑及语法错误，观察在各种可能的情况下各个输入量、输出量之间的变化关系是否符合设计要求，发现问题及时修改设计。4.4 控制系统外部接线图如图 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4.4.1 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 X003南京工业职业技术学院毕业设计（论文）报告纸共 页 第 20 页装订线5 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。4.5 PLC 的选型PLC 按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按 CPU字长分为 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型 PLC 的 I/O 点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型 PLC 提供多种 I/O 卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的 I/O 点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。4.6 输入输出模块的选择输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输入模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程 I/O 机架等。4.7 电源的选择PLC 的供电电源，除了引进设备时同时引进 PLC 应根据产品说明书要求设计和选用外，一般 PLC 的供电电源应设计选用 220VAC 电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。如果 PLC 本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入 PLC，对输入和输出南京工业职业技术学院毕业设计（论文）报告纸共 页 第 21 页装订线信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。第五章 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。5.1 控制系统顺序功能图顺序功能图如 5-1 图所示：图 5-1 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南京工业职业技术学院毕业设计（论文）报告纸共 页 第 22 页装订线计数器选择：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。5.2 梯形图南京工业职业技术学院毕业设计（论文）报告纸共 页 第 23 页装订线手动复位部分梯形图：南京工业职业技术学院毕业设计（论文）报告纸共 页 第 24 页装订线第六章 程序的调试（1）在电脑上安装 GX-Developer 软件，程序编号后，将程序输入 GX-Developer 软件中，在电脑上进行初步仿真调试。（2）先将 PLC 程序传入程序控制器中。（3）对各个输入 I/O 口给信号处理，看各个输出口是否有相应的输出，如果没有按照设计要求输出，对程序进行更改，直到各输出口有相应的输出。（4）如果条件允许的话，用编程软件将程序输入 PLC 中，在确认 PLC 的电源、外部接线和程序输入无误的情况下，接通电源，按照流程图的顺序进行调试，最终使整个系统能准确、可靠的工作。南京工业职业技术学院毕业设计（论文）报告纸共 页 第 25 页装订线第七章 结论通过饮料罐装生产流水线的 PLC 控制课程设计，掌握了什么是设计程序，设计程序工作的基本过程及各阶段的基本任务，熟悉了设计程序总流程图，加深了对 PLC 的理解，课本上的知识是机械的，表面的。通过努力把课本上的知识变得更为简单，对实验原理也有了更深的理解。通过这次课程设计，使我更为全面系统的了解 PLC 的构造原理和基本实现方法。把课本的知识变得生动有趣