基于PLC的饮料灌装生产线毕业设计论文

第1章 引言目前，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。我国的饮料罐装自动化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。第2章 系统总体设计任务2.1 系统控制要求（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）。系统示意图如图2.1所示图2.1 系统示意图2.2 系统工艺流程2.2.1 灌装流水线的工作原理灌装流水线的运作是通过电机和灌装设备来控制的。通过电动机的运转，带动流水线的工作。而灌装设备的开通则直接控制饮料流通。通过输入PLC软件程序，直接控制电机及流水线的运作.。流水线由传感器实时监控，由PLC控制，控制准确。自动化程度高。2.2.2 工艺流程图工艺流程图如图2.2所示图2.2 工艺流程图2.3 确定设计方案系统总体框图如图2.3所示图2.3 系统总体框图第3章 控制系统硬件设计3.1 PLC选型及扩展3.1.1 PLC的结构与特点：PLC的构成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置PLC编程简介体积小，重量轻，耗电少，接线编程简单，可靠性高，反应快，可靠性高，抗干扰能力强。PLC一经出现，由于它的自动化程度高、可靠性好，设计周期短、使用和维护简便等独特优点，备受国内外工程技术人员和工商业界厂商的极大关注，生产PLC的厂商孕起。随着大规模集成电路和微处理器在PLC中应用，是PLC的功能不断得到增强，产品得到飞速发展。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。PLC常用程序设计语言简介方源 可编程控制器程序设计语言。在可编程控制器中有多种程序设计语言，它们是梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。其中梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。是最广泛，最受欢迎的一种编程语言。它采用梯形图程序设计语言，程序采用梯形图的形式描述。这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果。每个梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在后面。梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言。它来源于继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。3.1.2选择PLC在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。根据设计要求，选择PLC型号为西门子200，型号为cpu224。3.3.4 I/O分配表I/O分配表如图3.1所示表3.1 I/O分配表名称代码地址编码限位罐装KF3I0.0检测液位KF4I0.1限位检测KF5I0.2总停SF0I1.0自动控制SF1I1.1手动M1SF2I1.2手动M2SF3I1.3手动罐装SF4I1.4手动推动SF5I1.5变频器1正转KF3Q0.0变频器2正转KF4Q0.1报警指示灯PG3Q0.2罐饮料开关QA2Q0.3压盖电磁阀MB1Q0.4推瓶电磁阀MB2Q0.6变频器1输入模拟量R1AIW0变频器2输入模拟量R2AIW23.1.4 PLC主机及扩展模块图PLC主机及扩展模块图如图3.1所示图3.1 主机及扩展模块图3.2 电机及驱动控制3.2.1电机的选择（1）根据电源电压、使用条件、拖动对象选择电动机.要求电源电压与电动机额定电压相符.（2） 根据安装地点和工作环境选择不同型式的电动机.（3） 根据容量、效率、功率因数、转数选择电动机.如果容量选择过小,就会发生长期过载现象,影响电动机寿命甚至烧毁. 如果容量选择过大,电动机的输出机械功率不能充分利用,功率因数也不高.因为电动机的功率因数和效率是随着负载变化的.根据传送带的功率及课程要求，两台电机选择型号为Y100L2-4。3.2.2 电机主线路图电机主接线图如图3.2所示图3.2 电机主线路图3.3 检测元件选型3.3.1 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。灌装监测传感器选型为：光电传感器（热型红外线传感器）针对本课题的控制要求，在设计中我选用了三个光电传感器，一个用来检测饮料瓶是否装满；一个是检测液位高度；还选用了一个定位传感器来检测瓶子是否到达指定位置。型号为PXO。3.4 低压电器选型3.4.1 电磁阀的选择一、安全性：（1）电磁阀公称压力应超过管内最高工作压力。（2）爆炸性环境必须选用相应防爆等级产品，露天安装或粉尘多场合应选用防水，防尘品种。（3）腐蚀性介质宜选用塑料王电磁阀和全不锈钢，对于强腐蚀的介质必须选用隔离式密封结构电磁阀。二、适用性（1）介质特性（2）电源条件（3）环境条件（4）管道参数三、可靠性：（1）有些场合动作次数并不多，但对可靠性要求却很高，如消防、紧急保护等，切不可掉以轻心，要选择优质可靠的产品。 （2）工作寿命：寿命试验及动作可靠性的检测项目，我国不列入出厂试验项目，属于型式试验。为确保您购买的电磁阀的质量及寿命应选正规厂家的名牌产品。四、经济性: 经济性是电磁阀的选用尺度之一，但必须是在安全、适用、可靠的基础上的选择。 经济性不单是产品的售价，更要优先考虑其功能和质量以及安装维修及其它附件所需用费用。总之，经济性不单指产品价格，而是产品的性能价格比、综合费用价格比。根据课程要求应选择型号为D971X-16 DN4。3.4.2 接触器的选择接触器是电气控制系统中不可缺少的执行器件，而三相笼型电动机也是最常用的被控对象。对额定电压为AC380V的接触器，如果知道了电动机的额定功率，则相应的接触器其额定电流的数值也基本可以确定。对于5.5KW以下的电动机，其控制接触器的额定电流约为电动机额定功率数值的2-3倍；对于5.5-11KW的电动机，其控制接触器的额定电流约为电动机额定功率数值的2倍；对于11KW以上的电动机，其控制接触器的额定电流约为电动机额定功率数值的1.5-2倍。记住这些关系，对在实际工作中迅速选择接触器非常有用。根据课程要求应选择型号为3TF52。3.4.3 中间继电器在控制电路中起信号传递、放大、切换和逻辑控制等作用 的继电器称作中间继电器。它属于电压继电器的一种，主要用于扩展触点数量，实现逻辑控制。中间继电器的主要技术参数有额定电压、额定电流、触点对数以及线圈电压种类和规格等。选用时要注意线圈的电压种类和电压等级应与控制电路一致。另外要根据控制电路的需求来确定触点的形式和数量。当一个中间继电器的触点数量不够用时，也可以将两个中间继电器并联使用，以增加触点的数量。根据课程要求应选择型号为3TH-80-22。3.4.4 变频器的选择 变频器的电路主要由主电路、控制电路和保护电路等部分组成。主电路用来完成电能的转换；控制电路用以实现信息的采集、变换、传送和系统控制；保护电路除用于防止因变频器主电路的过压、过流引起的损坏外，还应保护异步电动机及传动系统。一、 根据交流环节分类（1）交-直-交变频器（2）交-交变频器二、根据直流电路的滤波方式分类（1）电压型变频器在逆变器前使用大容量的电容来缓冲无功功率，直流电压波形比较平直，相当于一个理想情况下内阻抗为零的恒压源，在不超过容量的情况下，可以驱动多台电动机并联运行。（2）电流型变频器在逆变器前使用大电感来缓冲无功功率，直流电流波形比较平直；对负载电动机来说，变频器是一个交流电源。其突出特点是容易实现回馈制动，调速系统动态响应快。适用于频繁急加速减速的大容量电动机的传动系统。元件明细表如图3.2所示表3.2 元件明细表文字符号元件型号数量MA1传送带电机Y100L2-41MA2不合格的传送带Y100L2-41SF0SF5按钮LAY25KF3KF4光电传感器PXO3KF1KF2中间继电器3TH-80-222MB1MB2电磁阀D971X-16 DN42QA0接触器3TF523PG1PG3指示灯3SB3R1R2精密滑动变阻器S20K3852EM235模拟量扩展模块EM2352PLC224逻辑控制器PLC2241FU熔断器RN14MM440变频器MM4402DC24V直流电源6EP1331-2BA0013.6人机接口设计触摸屏如图3.3所示图3.3 触摸屏西门子触摸屏6AV6648-0AE11-3AX0，人机界面已经成为大多数工业机械设备的标准配置，尤其在使用小型机器和简单应用时，成本成了关键因素。西门子顺应市场需求推出的全新 SIMATIC 精彩系列面板（Smart Line ），准确地提供了人机界面的标准功能，经济实用，具备高性价比。精彩系列面板采用全新的高分辨率16:9 宽屏液晶显示和先进的工业设计理念，使设备操作变得更加轻松快捷，引领人机界面产品进入高分辨率宽屏显示时代。第4章 控制系统软件设计4.1 控制程序流程图控制程序流程图如图4.1所示图4.1 控制程序流程图 首先,恩下自动控制，传送带M1电机启动，饮料瓶在传送带上运行。当达到灌料机下时，停止运动。进行灌料压盖5秒钟，按时间原则。灌料结束后，M1电机启动，继续运行不影响下一个瓶子进行灌装。瓶子运动到一定位置有一测液位传感器，检测是否，瓶子己经满了，如没有满，有一推瓶的机械手臂，推动瓶子。并且，电机M2启动，运行5秒，瓶到达指定位置，如在这期间有另一瓶进入。则在瓶开始进时，在记5秒。4.2 控制程序设计4.2.1 内部软原件 根据课题要求，进行基于PLC控制理论的饮料罐装生产线的设计，查阅有关资料及相关期刊，得到以下结论：定时器T37为灌料时间4秒钟的内部控制软元件；T38为盖盖时间一秒种的内部控制软元件；中间继电器M0.0为程序的辅助控制软元件；T39为不合格瓶的控制软元件，用来控制从传送带1到传送带2的推注器；定时器T40为M2电机运行的时间的内部控制软元件。、内部软元件表如图4.1所示表4.1内部软元件图T37罐料时间T38压盖时间M0.0罐料辅助T39推瓶时间T40M2运行时间4.3 显示操作界面设计界面设计如图4.2所示图4.2 界面设计界面设计如图4.3所示图4.3 界面设计4.4程序调试程序调试如图4.3所示图4.3 程序调试调试时，出现了很多。由于，使用了过多的置位，复位。使程序出现了很多的问题。 经过，很多次的调试，最后终于成功了。结束语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，激发了我们的学习积极性，把学过的原理加以强化，把课堂学过的知识通过自己的设计程序表示出来，加深了对理论知识的理解。现在通过自己的动对手做实验，理论联系实际，对PLC的原理认识更加深刻。在调试时应该很仔细，一步一步调试下来，做到准确无误。这次课程使我意识到只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才是正确的，才能提高自己动手能力和独立思索的能力。同时对于PLC发展历史、强大功能、应用领域以及系列知识得到了大概的系统认识，也初步了解了一个完整的系统开发的过程，本次课设，对于创造思维的培养和开发能力的锻炼有很大的帮助。在编程过程中，领略到了熟能生巧的含义。编程不仅要求有良好的