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1、灌装流水线的PLC电气设计,扬州大学电气1001顾海渭,本次设计采用三菱FX2N系列PLC作为核心部件，完成一个灌装流水线的控制系统的制作。该系统通过对于机械手臂，传送带，充注系统的控制，完成两种液体的定量混合，充注，运送。要求生产线能够达到快速、高效、精度准确、故障率低、检修方便、成本低，利于大规模的工业生产。生产线有4种工作方式，但是大部分情况都处于自动工作方式，人工需求低，效率高，使用维护成本低。使用GX Developer软件编写程序；利用GX Simulater2仿真软件灌装流水线进行仿真；使用GT Designer2设计触摸屏端的画面运行系统；使用GT Simulater2软件实现
2、基于梯形图来控制触摸屏端的画面。应用表明，该系统具有逻辑严密，具备报警功能，抗干扰能力一流。,课题研究背景,PLC 即可编程逻辑控制器。 可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。,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业界厂商的极大关注，生产PLC的厂家云起。随着大规模集成电路和微处理器在PLC中的应用，使PLC的功能不断得到增强，产品得到飞速发展。,。随着集散控制系统的日益完善
3、，PLC在工业领域的应用的日益广泛，使我们可以利用现今的控制技术改进自动灌装。从而大幅提高生产率提高设备的柔性和灵活性从而提高包装机械完成复杂动作的能力。,灌装流水线,自动液体灌装流水线实现了进瓶、定位、灌装充填、出瓶均自动化作业，遇故具有自动停机等功能。8头式灌装，灌装速度达到了原来的一倍，而且该机还可以根据需求增加灌装头数量。该机从日本进口减速电机无级调速控制灌装柱塞缸，不仅适合各种水剂，亦适合稠粘液体，适用范围得到了很大的扩展。灌装时瓶子不到位、瓶子堵塞或出液管没有插进瓶子时设备将自动保护，排除后继续作业。,灌装流水线,课题要求,流水线通过三菱plc实现流水线的运行流程，在自动运行过程中
4、，送灌流水线把空的罐子送到机械手臂的下方，当达到机械手的抓取位置时，机械手抓住罐子，上升、平移、旋转。机械手把罐子送到充灌流水线的上方，下降、松开罐子、上升，给罐子充注。当罐子充注到指定位置时，充注阀门关闭，停止充注。充注流水线开始反向转动，把已经充注好的罐子运送到机械手的抓取位置。机械手下降，抓住罐子、上升、平移、旋转。机械手把罐子送到出罐流水线。流水线上有一个成品检测开关，用来检测成品或次品。最后机械手复位，生产线重复以上动作。,控制要求分析,我选用了22个开关按钮，11个指示灯作为报警指示灯，由于PLC输出继电器进行控制，外部采用24V直流电压进行驱动。由于本次设计有四种运行方式：现场纯
5、手动方式、检修方式、远程计算机控制方式、自动控制方式。前两种方式一般只在设备调试或维修时使用，系统主要以自动控制方式为主。因此，我需要2个拨动开关的组合来实现不同方式的切换，同时用4个指示灯指示运行方式,在总控制中需要1个拨动开关来实现生产线的启动和停止。3个指示灯指示自动运行情况下的运行停止等待的三种状态。在状态控制中需要通过6个按钮来控制机械臂的上下左右移动和左右旋转，2个按钮来实现机械手的抓取和放开，10个指示灯来指示控制机械手的三个电机的运行情况，手臂的复位指示灯，和爪子的抓取状态。在充注控制中需要6个按钮来实现AB液的控制，从而控制两种液体的充注程度和罐子的进出。3个指示灯来指示送罐
6、电机出罐电机混合电机，2个指示灯指示充灌的液体种类，2个指示充灌的程度，2个指示成品和次品，2个指示灯指示充灌到达不同的位置。在模拟报警中，需要两个按钮控制警报的消音和消灯，1个指示灯指示总警报，7个指示灯指示不同的警报类型，8个开关进行不同故障的模拟。,本次设计的主控制器采用日本三菱公司生产的FX2N-64MT型PLC，该型PLC功能较强大,提供32个输入点和32个输出点,继电器输出方式，均采用8进制编号。三菱PLC的编程指令简单易懂，且程序设计灵活,可采用梯形图或者指令语言进行软件设计。在设计PLC与七段数码管连接方面，PLC(可编程控制器)具有体积小、抗干扰能力强以及运行可靠等诸多优点。
7、PLC的梯形图语言清晰直观、可读性强，易于掌握,流水线的组成,整个流水线由A液传送带、B液传送带、灌装装置、机械手、定位传感器、检测传感器等组成。电动机的启动和停止，灌装装置向上、向下移动和灌装，次品的检测、推动都是由PLC控制的。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。,1.启动复位动作2.自动方式3.手动方式4.远程方式5.检修方式,灌装流水线的控制要求,复位动作,机械手臂,X轴电动机开始反转，X轴向右移动；Y轴电动机开始正转，Y轴向上移动；Z轴电动机开始正转，触碰到Z轴逆时针限位开关X010时，Z轴电动机开始反转，触碰到Z轴中间限位开关X012时，Z轴电动机停止转动
8、；爪子驱动器动作，爪子松开。充注生产线，混合罐体低液位开关X020动作。A液体电动机与B液体电动机同时开始抽液。A液体电动机5S后停止工作，B液体电动机停止抽液。混合罐体中的液位满足要求是，高液位开关X021动作，B液体电动机停止抽液。混合罐体中的混合搅拌电动机开始转动，把A液体与B液体充分搅拌混合30S，30S后混合搅拌电动机停止搅拌。生产线进入等待运行方式。,自动方式,开启全部的安全保护：送罐越位报警，充罐越位报警，混合罐体延时未满报警，机械手异常报警，充注延时未满报警，A液体缺液报警，B液体缺液报警。把控制面板上的方式选择打到自动，开启启动开关。如果符合运行条件，生产线即进入自动运行状态
9、。,手动方式,开启部分的安全保护:混合罐体延时未满报警，机械手异常报警，A液体缺液报警，B液体缺液报警。把控制面板上的方式选择开关拨到“手动”。吧控制面板上的启动开关拨到“ON”。如果符合运行条件，生产线即进入待运行状态，通过控制面板就可以进入手动操作。按动对应的按钮可以完成对应的操作,远程方式,开启全部的安全保护：送罐越位报警，充罐越位报警，混合罐体延时未满报警，机械手异常报警，充注延时未满报警，A液体缺液报警，B液体缺液报警。把控制面板上的方式选择打到远程，开启启动开关。如果符合运行条件，生产线即进入计算机监控方式 。远程方式全部由计算机进行控制,检修方式,关闭安全报警，把控制面板上的方式
10、选择开关拨到“检修”。把控制面板上的启动开关拨到“OFF”。打开对应的报警按钮模拟产生警报的情况，然后分别解除报警。,传感器的选择,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3.4所示：,传感器的组成如图3.4所示：,针对本课题的控制要求，在设计中我选用了两个压力传感器，四个位置传感器（送罐传感器A 下，送罐传感器B 上，充罐传感器A 右，充罐传感器B 左，出罐压力传感器 右
11、，出罐压力传感器A 左）。位置传感器用来控制传送带运送的位置，压力传感器用来检验产品的重量来判断次品成品。,压力传感器与PLC的连接,PLC本身只能处理数字信号，而在实际运用中，可能会涉及到比如压力，温度，液位等等模拟量信号，所以这个时候就用到模数A/D，数模D/A模块来采集转换和传输这些信号。有些PLC自带，但大多数中小型PLC不带，所以需要外扩。你所说的连接是指信号跟模块的连接还是模块跟PLC的连接，如果是模块跟PLC的很简单，一根信号线就可以了，一般模块厂家会提供。模块跟信号的就复杂一点，采集模块的产品说明书上会有详细的介绍。,在本次的设计中添加模拟量模块FX2N-4AD，有4路模拟量。FX2n-4AD通过扩展电缆与PLC主机相连，四个通道的外部连接则根据外部输入电压或电流量的不同而不同。 FX2N-4AD模拟特殊模块有四个输入通道。输入通道接收模拟信号并将其转换成数字量，这称为A/D转换。FX2N-4AD最大分辨率是12位。基于电压或电流的输入/输出的选择通过用户配线来完成，可选用的模拟值范围是-10V到10VDC(分辨率5mV),并且/或者4到20mA,-20到20mA(分辨率：20A)。,
