基于plc矿泉水自动灌装系统论文(范文)

毕业设计毕业设计 论文论文 题目题目基于基于 PLC 控制的矿泉水自动灌装系统设计控制的矿泉水自动灌装系统设计 姓姓 名名 学学 号号 专业班级专业班级 生产过程自动化 0702 指导教师指导教师 钱振华 20102010 年年 5 5 月月 2020 日日 湖职院自动化类专业毕业论文湖职院自动化类专业毕业论文 基于 PLC 控制的矿泉水自动灌装系统设 计 学学 生 生 奚冰清 指导教师 指导教师 钱振华 2010 年 5 月 3 24 摘要 随着时代的发展 科技的进步 越来越多的行业正在向着自动化的方向发 展 1913 年 汽车大王福特在他的工厂里设置第一条自动化生产线 之后自动 化生产线的生产模式被迅速推广 医药 汽车 食品等行业争相使用高效率 低成本的生产自动化生产线 在饮料行业 自动化生产线的生产方式是推广的最普及的一种生产模式 它促使灌装的速度大幅提升 同时也使得灌装精度更高 给企业带来了不可小 觑的生产力 本文所涉及的矿泉水灌装自动化生产线采用 PLC 控制 流量计计量 确保 了灌装的速度和精度 本设计采用三菱 FX 系列 PLC 及多电动机控制 对自动 化生产线的喷头 传送带以及拦截杆进行多动作的操作 从我国基本国情的角度出发 国家的战略需求和国民经济的市场需求为导 向 以提高我国自动化生产线综合竞争能力和产业化水平为目标 用系统的方 法 选择能够主导 21 世纪初期我国自动化生产线关键技术以及支持产业化发展 的支撑技术 配套技术作为研究开发的内容 实现自动化生产线的跨跃式发展 关键词 自动控制 PLC 灌装 传感器 生产线 4 24 目录 摘要摘要 3 目录目录 4 第一章第一章 概概 述述 5 1 1 自动化生产线的发展 5 1 2 本课题设计的内容 5 1 3 本课题设计的目的和意义 5 第二章第二章 方案总体设计方案总体设计 7 2 1 控制方案设计 7 2 2 计量控制设计 8 2 3 传送带电气控制设计 9 第三章第三章 硬件设计硬件设计 11 3 1PLC 的选择 11 3 2 流量计 11 3 3 电磁阀选型 12 3 4 微型电动机 13 3 5 传感器选择 13 3 5 1 行程开关 13 3 5 2 光电传感器 14 3 6 硬件清单 15 3 7PLC I O 分配表设计 15 3 8 PLC 外部接线图 16 第四章第四章 软件设计软件设计 17 4 1 控制系统流程图设计 17 4 2 控制功能图设计 18 4 3 程序设计 19 图 4 3 PLC 程序 19 第五章第五章 系统维护与常见故障分析系统维护与常见故障分析 20 第六章第六章 结论与展望结论与展望 22 谢辞谢辞 22 参考文献参考文献 23 5 24 第一章 概 述 1 1 自动化生产线的发展 目前 就我国发展形势而言 自动化生产线的引进和快速发展是不可避免 的 商品的快速消耗 使我国必须加快商品生产的步伐并提高产品的质量 自 动化生产线的发展 促使了我国的供求走向的健康有序的发展 也必然会慢慢 渗透到我国的各个行业中 据调查统计表明 饮料行业自引进自动化生产线设备以来 生产力得到了 大幅的提升 其产能大致提升为未引进前的 3 5 倍 其中 灌装精度更是手工 灌装所无法比拟的 由此可见 自动化生产线的引进必然是大大的利于行业的 发展和进步 自动化生产线的发展前景是不容小视的 就我国目前各大领域来说 依然 有很多行业还未触及到自动化生产线 也就是说 其产能还未得到有效的开发 那么 现在落实自动化生产线的普及和开发是当务之急 也与针对邓小平同志 所提出的 科学技术是第一生产力 相呼应 1 2 本课题设计的内容 以 PLC 控制为核心 采用电动机 流量计等辅助手段来完成矿泉水自动灌 装设计 内容及要求 1 利用 PLC 编程软件设计程序 对整个自动化生产线电路进行控制 2 设计拦截杆的电路图 主要为电机的正反转以及延时动作电路 3 设计流量计的接线图 根据流量计来执行对拦截棒及传送带的开停 1 3 本课题设计的目的和意义 通过此次设计 是对我专业学习的总结和考验 也是学习成果的真实体现 和自身能力的提高 并且在这次综合的研究课题中又是一个新的学习过程 同 时加强我的实际动手能力和操作能力 首先让我了解了灌装矿泉水自动化生产 线基本构造 原理和运行过程 使自己对 PLC 的程序控制有了初步的认识和后 续工作的设想 通过对灌装矿泉水自动化生产线的设计 让我融汇贯通我所学 的理论知识和实践知识 以及综合分析问题 解决问题的能力有极大的提高和 6 24 促进 在制作过程中能够把所学的知识系统的 有条理的连接起来 并能在自 己的脑海中得以巩固 还加强了我对系统各部分内在关系的认识 这能培养我 们适应新器件 新技术不断更新的能力 从而开发我们的创新能力 它是一座 由校园到社会的桥梁 从一个按课本听课写作业的学生转变为一个在岗位工作 的技术人员 这是一个突变 往往会面临许多的新问题 带来许多的不适应 所以在这次课题设计中的种种问题和生活中的常规工作 对我能够平稳过度这 一阶段有着非常重要的意义 将为以后的工作打下扎实的基础 7 24 第二章 方案总体设计 2 1 控制方案设计 本次灌装矿泉水自动化生产线是根据四口灌装矿泉水自动化生产线的原理 来设计的 其工作流程及原理如下 首先 人工将矿泉水瓶放置在自动化生产线上 自动化生产线的宽度仅够 一个瓶身通过 且两端空隙不超过 2 毫米 瓶与瓶之间无空隙 启动机器 传 送带将瓶子往前移 移至光电传感器下端时 传感器自动计数 瓶子前端有一 铁杆拦住所有瓶子 当光电传感器计数至 4 个时 传感器此时传输信号给 PLC PLC 控制后拦截杆 后拦截杆拦截第五个瓶子 延时 2S 后 传送带停止 工作 PLC 传输信号给气缸上的电磁阀 电磁阀开通 气泵对气缸充气 下压 喷口到瓶口内 行程开关打向另一侧 传输信号给 PLC PLC 传输信号给喷口 上的电磁阀 电磁阀开通 椭圆齿轮流量计开始计算流量 喷口注水 灌装至 流量计显示流量达成 一般为 1L 此时 流量计传输信号给 PLC PLC 关断 电磁阀 喷口停止灌水 之后 PLC 传输信号给气缸电磁阀 喷口上抬置顶 行 程开关复位 而后 PLC 控制主电机带动传送带 前一铁杆收回 而后拦截杆不 收回 让前面四个瓶子继续传送 第五个瓶子不传送 延时 4S 后 前拦截杆伸 出 而后拦截杆杆收回 光电传感器继续计数 第五个瓶子继续往前传送至第 一个铁杆 而后往复此循环 如图 2 1 所示 8 24 空空 水水 瓶瓶 前前 拦拦 截截 杆杆 后后 拦拦 截截 杆杆 喷喷 口口 喷喷 口口 喷喷 口口 喷喷 口口 流流 量量 计计 流流 量量 计计 流流 量量 计计 贮水箱 电电磁磁阀阀 传传 送送 带带 光光电电传传感感器器汽汽 缸缸 汽缸电 磁阀 空压机 流流 量量 计计 行程开关 运行方向 图 2 1 控制系统结构示意图 2 2 计量控制设计 本设计的重点在于利用椭圆齿轮流量计控制 PLC 以达到计量控制的目的 在这一步中 当喷口下压到底 PLC 控制电磁阀打开出喷口 椭圆齿轮流 量计开始计数 流量计计数至 1L 的时候 椭圆齿轮流量计的工作原理及二次 仪表的选择见 3 2 1 和 3 2 2 流量计传输信号给 PLC PLC 马上关断电磁阀 接下来才能进行下一步骤 此操作流程如图 2 2 9 24 PLC流流量量计计 电电磁磁阀阀 1 1 打打开开喷喷口口 2 流流量量计计计计数数 3 计计量量达达到到1L 4 关关 断断 电电 磁磁 阀阀 图 2 2 计量系统工作流程图 2 3 传送带电气控制设计 传送带主电路为简单的正反转控制电路 如图 2 3 传送带的要求的速度 为匀速 如果速度过快 则水瓶在急停时容易出现瓶身跌倒 致使液体外泄 传送带过慢同样不可取 因为过慢影响工作效率 将对工厂的产量产生影响 10 24 图 2 3 主电机电路 接线图 11 24 第三章 硬件设计 3 1PLC 的选择 本自动化生产线共有个输入以 及各输出 结合实际需求与成本控 制故采用三菱 FX2N 48MR 001 型 PLC 如图 3 1 1 该款 PLC 价格适 中 性能稳定 适用于本设计 图 3 1 1 FX2N 48MR 001 内置 8K 容量的 RAM 存储器 最大可以扩展到 16K CPU 运算处理速度 0 08 S 基本指令 在 FX2N 系列右侧可连接输入输出扩展模块和特殊功能模块 3 2 流量计 椭圆齿轮流量计的特点椭圆齿轮流量计的特点 流量测量与流体的流动状态无关 这是因为 椭圆齿轮流量计是依靠被测介质的压头推动椭圆 齿轮旋转而进行计量的 如图 3 2 1 粘度愈大的介质 从齿轮和计量空间隙中泄 漏出去的量愈小 因此核测介质的粘皮愈大 泄漏误差愈小 对测量愈有利 椭圆齿轮流量计计量精度高 适用于粘度较 高的介质流量的测量 但不适用于含有固体颗粒 的流体 固体颗粒会将齿轮卡死 以致无法测量流量 如果被测液体介质中夹 12 24 杂有气体时 也会引起测量误差 椭圆齿轮流量计是容积式流量计的一种 用于精密的连续或间断的测量管 道中液体的流量或瞬时流量 它特别适合于重油 聚乙烯醇 树脂等粘度较高 介质的流量测量 椭圆齿轮流量计的安装椭圆齿轮流量计的安装 椭圆齿轮流量计在安装前应清洁管道 若液体内含有固体颗粒 则必须在 管道上游加装过滤器 若含气体应安装排气装置 椭圆齿轮流量计对前后直管段没有一定的要求 它可以水平或垂直安装 安装时 应使流量计的椭圆齿轮转动轴与地面平行 椭圆齿轮流量汁的使用椭圆齿轮流量汁的使用 按照要求正确安装后的椭圆齿轮流量计 使用时即可保证足够的精度 通 常累计值的精度可达 0 5 级 是一种较为准确的流量计量仪表 但是 如果使 用时被测介质的流量过小 仪表的泄漏误差的影响就会突出 不能够保证足够 的测量精度 因此 不同型号规格的椭圆齿轮流量计对最小使用流量有对应的 允许值 只有当实际被测流量大于该下限流量允许值时 测量精度才能得到保 证 其次 使用椭圆齿轮流量计时注意被测介质的温度不能过高 否则不仅会 增加测量误差 而且有使齿轮发生卡死的可能 为此 椭圆齿轮流量计在仪表 所规定的使用温度范围内使用 长期使用后的椭圆齿轮流量计 其内部的齿轮会被腐蚀和磨损 从而影响 测量精度 因此 要经常注意观察 并定期拆下进行检查 若条件允许最好定 期进行标定 13 24 3 3 电磁阀选型 国内外的电磁阀从原理上分为三 大类 即 直动式 分步直动式 先 导式 而从阀瓣结构和材料上的不 同与原理上的区别又分为六个分支小 类 直动膜片结构 分步膜片结构 先导式膜片结构 直动活塞结构 分 步活塞结构 先导活塞结构 本 设计主要采用的是直动势电磁阀 直动式电磁阀直动式电磁阀 原理 通电时 电磁线圈产生电 磁力把关闭件从阀座上提起 阀门打开 断电时 电磁力消失 弹簧力把关闭 件压在阀座上 阀门关闭 特点 在真空 负压 零压时能正常工作 但一般通径不超过 25mm 3 4 微型电动机 体积 容量较小 输出功率一 般在数百瓦以下的电机和用途 性 能及环境条件要求特殊的电机 全 称微型特种电机 简称微电机 常 用于控制系统中 实现机电信号或 能量的检测 解算 放大 执行或 转换等功能 或用于传动机械负载 也可作为设备的交 直流电源 微特电机门类繁多 大体可分 为直流电动机 交流电动机 自态角电机 步进电动机 旋转变压器 轴角编 码器 交直流两用电动机 测速发电机 感应同步器 直线电机 压电电动机 电机机组 其他特种电机等 13 大类 微特电机在结构上大体可分为 3 类 电磁式 基本组成与普通电机相似 包括定子 转子 电枢绕组 电刷等部件 但结构格外紧凑 组合式 常见 的有两种 上述各种微电机的组合 微电机与电子线路的组合 例如直流电动 机与传感器的组合 X 方向与 Y 方向直线电动机的组合等 非电磁式 外形 14 24 结构与电磁式一样 如旋转类产品作成圆柱形 直线类产品作成方形 但内部 结构因其工作原理不同而差别很大 3 5 传感器选择 3 5 1 行程开关 行程开关又称限位开关或位置开关 它是一 种根据运动部件的行程位置而切换电路工作状态 的控制电器 行程开关的动作原理与控制按钮相 似 在机床设备中 事先将行程开关根据工艺要 求安装在一定的行程位置上 部件在运行中 装 在其上撞块压下行程开关顶杆 使行程开关的触 点动作而实现电路的切换 达到控制运动部件行 程位置的目的 3 5 2 光电传感器 本设计采用的是欧姆龙的光电传感器 光电开关 E3JK 5M3 直流正负 12 240V 交流 24 240V 该光电传感器的特点 检测距离长 如果在对射型中保留 10m 以上的检测距离等 便能实现其他检测手段 磁性 超声波等 无法离检测 对检测物体的限制少 由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理 所以不象接近传感器 15 24 等将检测物体限定 在金属 它可对玻璃 塑料 木材 液体等几乎所有物体进行检 测 响应时间短 光本身为高速 并且传感器的电路都由电子零件构成 所以不包含机 械性工作时间 响应时间非常短 分辨率高 能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点 或通过构成特殊的受 光光学系统 来实现高分辨率 也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测 可实现非接触的检测 可以无须机械性地接触检测物体实现检测 因此不会对检测物体和传 感器造成损伤 因此 传感器能长期使用 可实现颜色判别 通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检 测物体的颜色组合 而有所差异 利用这种性质 可对检测物体的颜色进行检测 便于调整 在投射可视光的类型中 投光光束是眼睛可见的 便于对检测物体的位置 进行调整 3 6 硬件清单 名称型号数量备注 PLCFX2N 48MR 0011 流量计LWGY4椭轮式附二次仪表 电磁阀BS12C10直动式 行程开关DCA1 5C106 微型电动机TY83301三相 AC 380V 50Hz 光电传感器E3JK 5M31可视光束对射式 表 3 6 硬件清单 16 24 3 7PLC I O 分配表设计 根据控制要求所得的 PLC 输入输出情况 经过合理的选择与分配得出最佳 的 I O 分配 如表 3 7 输入输出 X0 SB1 启动按钮Y0 KM1 传送带电机 X1 SB2 停止按钮Y1 CT1 前挡杆伸出电磁阀 X2 SQ1 喷头上限位Y2 CT2 前挡杆收回电磁阀 X3 SQ2 喷头下限位Y3 CT3 后挡杆伸出电磁阀 X4 SQ3 1 号喷头信号Y4 CT4 后挡杆收回电磁阀 X5 SQ4 2 号喷头信号Y5 CT5 1 号喷口电磁阀 X6 SQ5 3 号喷头信号Y6 CT6 2 号喷口电磁阀 X7 SQ6 4 号喷头信号Y7 CT7 3 号喷口电磁阀 X10 SQ7 前挡杆前限位Y10 CT8 4 号喷口电磁阀 X11 SQ8 前挡杆后限位Y11 CT9 喷头下压电磁阀 X12 SQ9 后挡杆前限位Y12 CT10 喷头上抬电磁阀 X13 SQ10 后挡杆后限位 X14 LD 光电开关 表 3 7 I O 分配表 17 24 3 8 PLC 外部接线图 FX2N 48MR 001 S SB B1 1 S SB B2 2 S SQ Q1 1 S SQ Q2 2 S SQ Q3 3 L LD D S SQ Q1 10 0 S SQ Q7 7 S SQ Q5 5 S SQ Q4 4 S SQ Q6 6 S SQ Q8 8 S SQ Q9 9 K KM M1 1 C CT T 1 1 C CT T 2 2 C CT T 3 3 C CT T 4 4 C CT T 5 5 C CT T 6 6 C CT T 7 7 C CT T 8 8 C CT T 9 9 C CT T 1 10 0 X X0 0 X X1 1 X X2 2 X X3 3 X X4 4 X X5 5 X X6 6 X X7 7 X X1 10 0 X X1 11 1 X X1 12 2 X X1 13 3 X X1 14 4 C CO OM M Y Y0 0 Y Y1 1 Y Y2 2 Y Y3 3 Y Y4 4 Y Y5 5 Y Y6 6 Y Y7 7 Y Y1 10 0 Y Y1 11 1 Y Y1 12 2 L L N N 2 22 20 0V V C CO OM M 123456 A B C D 123456 C D A B 校 对审 核 设 计 日 期 第 张 共 张 图 号 机电工程分院 奚冰清200912 31 1 2 0702 08 PLC外部接线图 2 22 20 0V V 图 3 8 PLC 外部接线图 18 24 第四章 软件设计 4 1 控制系统流程图设计 开开始始 后后拦拦截截杆杆收收 回回 前前拦拦截截杆杆 伸伸出出 计计瓶瓶数数 满满 传传送送带带运运动动 前前拦拦截截杆杆 收收回回 喷喷口口向向上上运运动动 停停住住注注水水 注注水水 喷喷口口向向下下运运动动 传传送送带带停停止止 运运转转 后后拦拦截截杆杆伸伸 出出 计计瓶瓶数数 空空 传传送送带带动动作作 前前拦拦截截 杆杆伸伸出出 是是否否等等于于 四四 是是否否达达到到 下下限限位位 是是否否达达到到 一一升升 是是否否达达到到 上上限限 是是否否等等于于 四四 否否 是是 否否 是是 否否 是是 否否 是是 是是 否否 图 4 1 控制流程图 19 24 4 2 控制功能图设计 S S0 0 M M8 80 00 02 2 X X1 1 S S2 25 5 S S2 20 0 X X0 0 Z ZR RS ST TS S2 20 0S S2 25 5 S S2 21 1 X X1 10 0 S S2 22 2 T T0 0 R RS ST TC C0 0 X X1 14 4 C C0 0 C C0 0 T T0 0 K K2 20 0 C C0 0 K K4 4 Y Y0 0 Y Y3 3 Y Y1 1 Y Y1 11 1 S S2 23 3 X X3 3 Y Y5 5 X X4 4 Y Y6 6 X X5 5 Y Y7 7 X X6 6 Y Y1 10 0 X X7 7 X X4 4X X5 5X X6 6X X7 7 Y Y1 12 2 S S2 24 4 X X2 2 Y Y2 2 X X1 11 1 Y Y0 0 X X1 11 1 T T1 1 K K4 40 0 T T1 1 Y Y4 4 X X1 13 3 123456 A B C D 123456 C D A B 校 对审 核 设 计 日 期 第 张 共 张 图 号 机电工程分院 奚冰清 2009 12 3 1 控控制制功功能能图图 0702 08 2 2 图 4 2 控制功能图 20 24 4 3 程序设计 图 4 3 PLC 程序 21 24 第五章 系统维护与常见故障分析 自动化生产线的保养自动化生产线的保养 自动化生产线是企业的中枢 也是整个企业中最为重要的组成部分 在日 常维护中 除了必要的检修外 对自动化生产线进行日常保养也很重要 润滑油的添加对于机组的正常运行也是非常重要的 在机组运行后必须对 自动化生产线的关键部位涂抹相对应的润滑油 并对其污浊处加以清理和擦拭 这样才能使整条自动化生产线的使用寿命和准确率得到保障 自动化生产线的保养关键问题是对传送带的擦拭确保干净 如果 传送带 有油渍或者水渍 这将造成传送带和其传送的物料打滑 致使灌装不准确或者 错误灌装 所以 确保传送带的清洁没有油渍是每日的保养例行工作 对于水箱的清理也是每周必须的工作 因为常年的灌装 水箱底部会有部 分的沉淀物 这些沉淀物的存在会导致水箱的容量下降 导致一次性加满后灌 装数量减少 更严重的就是造成喷口的堵塞 致使自动化生产线瘫痪 所以 定期对水箱进行清洁 也是必做的一份保养工作 自动化生产线常见故障分析自动化生产线常见故障分析 常见故障的原因及处理方法 一 输送带的打滑及解决办法 输送带在运 行中 打滑的原因是多方面的 常见的原因及解决办法有 1 初张力太小 输 送带离开滚筒处的张力不够造成输送带打滑 这种情况一般发生在启动时 解决 的办法是调整拉紧装置 加大初张力 2 传动滚筒与输送带之间的摩擦力不 够造成打滑 其不要原因多半是输送带上有水或环境潮湿 解决办法是在滚筒 上加些松香末 但要注意不要用手投加 而应用鼓风设备吹入 以免发生人身事故 3 尾部滚筒轴承损坏不转或上下托辊轴承损坏不转的太多 造成损坏的原因 是机尾浮尘太多 没有及时检修和更换已经损坏或转动不灵活的部件 使阻力增大 造成打滑 4 启动速度太快也能形成打滑 此时可慢速启动 如使用鼠笼电 机 可点动两次后再启动 也能有效克服打滑现象 5 输送带的负荷过大 超过 电机能力也会打滑 此时打滑有利的一面是对电机起到了保护作用 否则时间 长了电机将被烧毁 但对于运行来说则是打滑事故 克服输送带打滑现象 首 先要找到打滑原因 方可采取有效解决措施 二 输送带的跑偏及其处理 带 式输送机运行时输送带跑偏是最常见的故障之一 跑偏的原因有多种 其主要原 因是安装精度低和日常的维护保养差 安装过程中 头尾滚筒 中间托辊之间 尽量在同一中心线上 并且相互平行 以确保输送带不偏或少偏 另外 带子接头 要正确 两侧周长应相同 在使用过程中 如果出现跑偏 则要作以下检查以确定 22 24 原因 进行调整 输送带跑偏时常检查的部位和处理方法有 1 检查托辊横向 中心线与带式输送机纵向中心线的不重合度 如果不重合度值超过 3mm 则应利 用托辊组两侧的长形安装孔对其进行调整 具体方法是输送带偏向哪一侧 托辊 组的哪一侧向输送带前进的方向前移 或另外一侧后移 2 检查头 尾机架安 装轴承座的两个平面的偏差值 若两平面的偏差大于 1mm 则应对两平面调整在 同一平面内 头部滚筒的调整方法是 若输送带向滚筒的右侧跑偏 则滚筒右侧 的轴承座应当向前移动或左侧轴承座后移 若输送带向滚筒的左侧跑偏 则滚筒 左侧的轴承座应当向前移动或右侧轴承座后移 尾部滚筒的调整方法与头部滚 筒刚好相反 3 检查物料在输送带上的位置 物料在输送带横断面上不居中 将 导致输送带跑偏 如果物料偏到右侧 则皮带向左侧跑偏 反之亦然 在使用时应 尽可能的让物料居中 为减少或避免此类输送带跑偏可增加挡料板 改变物料的 方向和位置 23 24 第六章 结论与展望 自动化生产线的应用不但给传统饮品行业带来了革命性的变化 使饮品业 生产力得到了空前的提升 而且随着自动化生产线技术的不断发展和应用