【《PLC饮料灌装机电气控制系统设计》4400字】

IIPLC饮料灌装机电气控制系统设计摘要现如今，灌装饮品因味道可口、种类丰富、包装简便而深受消费者青睐。传统继电器控制生产模式存在故障率高、产量小的问题，已经不能适应人民群众不断提高的消费需求。新型灌装机械在这一趋势下迅速崛起，尤其PLC在这方面的应用越来越多，使其发展步入了新的时代。倘若花费大量资金进口，以满足国内饮料灌装机生产自动化的需要，就增加了资金的耗费。现阶段，全自动饮料灌装生产线进口价格在450万元左右，对饮料灌装企业来说，这价格估计不算小。关键是，当产品出现问题时，需要由国外相应的维修团队进行维修，这可以被视为需要时间和人力。在PLC广泛应用于工业控制领域时，可选用PLC对饮料灌装系统进行控制，使生产能力得到了极大地提高，这对该行业的发展具有重要意义。本文所要讲述的就是饮料灌装控制系统的设计。本文以S7-200的PLC为主要控制单元，设计出一种简单的旋转式饮料灌装系统。实现由原料的运输至空瓶检测、打盖及灌装的标准化生产流程。关键词：PLC灌装电磁阀气压传感器一、引言我国发展处在高速阶段，灌装产业需求也与日俱增，相比于一些常规灌装方法，对产品包装要求也越来越高。当前灌装行业的宗旨是节约成本，精确灌装，高效稳定，关爱环境。在此基础上，从理念上和技术上改进且创新当今世界上的灌装设备生产工艺，使之与时代同步。当今，全球灌装设备行业的主导行业是美国和日本，它们都处于全球设备生产的领导地位。美国的工业技术，在全球都是数一数二的。美国灌装设备的生产和灌装工艺在经历了100多年的发展后，已成为一种技术手段丰富、精度高、效率高、稳定性好的产品。另外，目前的编程控制技术在国际上也是举足轻重的，它在大多数的行业中都得到了广泛的运用，并且在灌装设备中得到了广泛的使用，从而建立起了完整的灌装制造系统。尽管日本发展的时间要晚于美国，但是日本自1960年至1990年间从世界各地引入了大量的现代化技术，使日本拥有了强大的实力和雄厚的经济实力，并且仍然能够维持高水平的生产。该设备发展迅速，发展速度不断加快，逐步跻身于国际先进行列。相对于美国，日本的微电子技术在科技上有着自己的特色，在国际上处于领先地位。这为我国的灌装行业发展指明了新的发展趋势。二、控制系统的设计方案（一）设计方案的比较在饮料灌装行业，PLC应运而生并得到了迅猛发展，而近年来被广泛采用的继电控制方式已经成为基于PLC开发灌装系统的主流方式。目前常用的以PLC为基础的灌装设备有直线型和旋转型两种。直线型饮料机需要一个比较大的生产空间和一个资源相对充足的流水线。这极大地消耗了制造费用。另外，由于生产线上多余的灌装机也会降低产量。在社会快速进步发展的今天，已逐步被淘汰出局。旋转式饮料灌装机对生产场地没有要求，采用转盘式的灌装设计，节约了生产空间，降低了生产成本。同时能使灌装机的生产能力得到显著提高，使不良品和合格品及时送到下一个环节，运输上不浪费时间。在灌装精度和系统稳定性方面都非常好。灌装时不存在因漏液，堵塞而使产品变质的问题。但它价格昂贵，而且对包装技术也提出了更高的要求，是目前无法取代的灌装设备。所以随着更多的商家采用此类设备灌装。本论文重点介绍了旋转流态化全自动加料过程系统。（二）控制方案的确定通过前节的对比不难看出，以PLC为核心控制旋转式为饮料进行灌装是一种较为完善的注入方式。因此，本毕业项目使用了旋转式灌装控制系统的控制方案。托盘设计有6个基本流程，用于上料、检测、排除缺陷、灌装、铺设和送出。在1、3、6的工作台上，分别将空瓶、次瓶、合格品或将其推出。2、4站设有汽筒竖向移动，能将空瓶推进至灌装作业的水平高度中，5站亦设有汽筒竖向移动，使符合标准的设备进行开瓶口的作业。在工位2、4处分别设置电磁阀进行灌装与充气的效果，使用流量阀，可通过预设流量及时间，与灌装体积相配合，以满足灌装瓶子尺寸。通过重要的定位或冲程转换器来实现对执行器工作的全部控制。在系统启动时，通过按键来传输一小部分的讯号。图2-1灌装工作示意图图2-2压盖工作示意图图2-3次品工作示意图图2-4分拣工作示意图图2-5总体设计方案框图三、控制系统的硬件设计（一）可编程逻辑控制器的选型1、PLC的选型据估计，旋转饮料灌装机的输入数据为27，输出为28。首先，该主电路采用CPU224XP，其具有14位数位输入，10位数位，2位模数位，1位模数位。通过仿真流量输入，实现了空气压力传感器的输入。扩展模组1采用EM223扩展模组，其直流16个直流，直流16个直流，DC24V工作。扩展模组2使用EM223扩展模组，存在四点直流输入。CPU224XP的输入/输出，再加上扩展模组I、II的各点，总共有34个输入点和30个数字量输出点，充分实现了27个数字量的输出点和28个数字量的输出点。表3-1拓展模块型号表图3-2灌装机PLC主机和拓展模块型号选择图2、PLC的外部接线图图3-3PLC外部接线图（二）电动机的选型本次设计所采用的饮料灌装机由4个电机组成，1个控制工作转盘的转动，另外三个应该是同一型号的，用于控制出料、送料不合格品空瓶和传送合格品的传送带。控制转台用电机需要转盘速度不宜过快，鉴于工位切换的问题，速度过快时转盘运行误差较大。因此，在进行工艺调整时需要根据实际情况来确定最佳的电机参数。经过比较，最后选定了Y132M-4型的转台马达。表3-2转盘电机的型号参数首先，电动机的转速必须与转盘电动机的转速相近，不然空气缸的传送速率太高，会造成故障。其次，发动机要采用大转矩的低速电动机，在高转速下，发动机的摩擦力会造成很大的发热，很可能会造成发动机的损伤。第三，要有良好的散热器。没有一个优良的散热能力是不能确保该设备的正常运行。所以我们选用了1440转/分钟的电动机和Y90S-4型输送机马达。表3-3传送带电机的参数本文中提及的电动机均采用新形连接方式。它具有以下优点：①结构简单，工作可靠；②易于维护和易于维护；③成本低，重量轻，易于普及和应用；④可采用三相电源，节约能源，增加经济价值；⑤应用广泛。连接在380V交流电网中，由接触器KM控制通断。图3-4电机的接线图（三）气动元件选型1、气缸的选型本发明设计方案采用6只双动作汽缸，它的两个内腔可以独立地进行工作，从而实现了汽缸的双向移动。汽缸1,3,6是水平放置的，汽缸2,4,5是垂直放置的。选择汽缸实际上是决定汽缸的压强和汽缸直径。汽缸直径的推力取决于汽缸的尺寸。汽油机的推动力公式：汽缸的推力F1=0.25p-D2P汽油机的拉伸量是：F2=0.25pi(D2-d2)P这个计算公式适合于50至500毫米/秒的汽缸转速。在式中，D-柱塞的柱体的直径，D-柱塞柱体的直径，P-柱体的操作压力（kgf/cm2),F1、F2-柱体的理论推力（kgf）。在竖立状态下，其向下的推动力仅为所需的计算量的1/2。气缸横向布置时，横向推力与计算值基本一样。表3-4缸径、空气压力和推理对照表当前，在市场的灌装饮料中，包装最小规格为200毫升，重量200克左右，最大包装规格为2.5升，为了满足灌装需求，可以在1,3,6的位置放置一个10毫米的圆柱体，压力0.4MPa。在2,4和5处，水平放置的汽缸需要10毫米的直径和0.7MPa的压力，并且理论上的压力是5.5公斤，符合要求。2、气爪的选型本设计采用两种功能相同的气爪，以便夹持瓶子执行后续充气或者灌装作业，所以，两种气爪可使用相同。目前市场上普通瓶装饮料重0.25kg~2.5kg，按照重力公式G=mg,气爪所需承受的重力范围为数十牛顿，所以，选择了MHZ2-10D的气爪。四、控制系统的软件设计（一）编程软件的概述本项目采用西门子S7-200PLC，由于使用了西门子公司的相关程序，所以运行STEP7程序。这是西门子公司的一款程序，一般用于西门子PLC。STEP7程序设计主要有三种方式：语句表编程、顺序功能图、梯形图编程。其功能也更为广泛，编程是其最基本的功能，另外，还包括程序诊断、监控程序、参数设置、组态通讯等。最后，还有PLC如何与PC机连接的问题，通常采用MPI/PC适配器，利用标准RS-232C通信电缆，实现PLC与PC机的连接。（二）控制系统的流程说明本次设计旋转式饮料灌装机工作台共有6台工作站。工作模式分为两种：自动化和手工两种。当处于自动工作状态时，按下启动按钮后，转盘旋转一工位，送料传送带运动并借助气缸推动空瓶进入工作台，转动将空瓶送到工作站2，与此同时，1号工作台上的瓶子又被抬了上来，进行密封测试，若检测不出来，将垃圾转移到工作台3，用垃圾运输机运送，如果通过，就原地不动，到工作台4重新填充空瓶子。灌装期间，由提升站4、空气抓握的空瓶子进行灌装，并装有闪光的加料指示。在灌入完毕后，将瓶子送入5工位进行开瓶口作业，当封口结束时，将已加工好的饮品送入6号工位，再用汽缸推动。通过合格品传送带输送。系统设置了急停、停止的功能。手动模式主要用于发生故障后的简单操作。本设计有4种手动选项。两项工程均在同一条生产线上进行。如果出现了问题，那么在进行修理之前，必须对整个系统进行全面清洗。通过人工操作转盘，将转盘内的余料送至工作站方便清理；由人工对不合格品与合格品传送带进行操作，向对应存放地点寄送合格饮料或者未完成的破瓶。（三）控制流程图（四）控制系统PLC程序的开发1、自动运行的起保停回路在很多自动化操作方式中，有一种保停回路被普遍采用，它的作用是保持系统在自动化操作状态下的持续移动。图4-1自动运行模式起保停程序I0.2表示自动启动键，I0.1表示自动/手工转换键，I0.3表示停止键。本发明在一种自动操作方式下，I0.1常开型触点导通，I0.2正常触点导通，并在启动键的作用下给自动操作的传动绕组M4.0加电流，自动运行程序M4.0驱动线圈闭合，形成常开触点，常开触点并联在开始按钮M4.0上，实现自锁。I0.3的停机键关闭了自动锁回路，让软件循环一次后停止运行。剩余M接线为组态王对应键。2、系统故障时所需的急停程序高稳定性在长期高负荷运转后，也会发生失效，或由于某些不当的人工操纵而引起失效，所以需要有应急停机。图4-2急停程序急停回路结构简洁、高效，按下紧急停车键，I0.4触点导通，线圈M4.0及其后的线圈自动重置，系统也会立即停机。3、气缸的动作程序这个系统采用了很多汽缸，其程序和方式都是一样的。I1.1对射式传感器安装在传送带I,Q0.4安装在带伸出电磁阀气缸内。送料传送和送料同时工作，传感器探测瓶子的信号后,I1.1常开触点关闭，线圈M4.3持续收到电流，对应常开触点关闭和导通，使得气缸伸出的电磁阀持续接收电流，将活塞推出并将空瓶推入转盘。图4-3气缸的动作程序（以气缸一为例）五、结束语经过这次毕业项目的洗礼，我收获了很多，学会了很多，这是一次历练和蜕变。我的毕业设计是饮料灌装机的控制系统的设计，这对我来说有点陌生，即使它涉及PLC，这是我比较熟悉的，我仍然有一些信心问题。但是有了老师和同学们的支持，我定会持之以恒。参考文献孔凡真.饮料无菌冷灌装生产线的应用是大势所趋[J].饮料工业，2017.