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1、装订线毕业设计（论文）报告纸 毕业设计(论文)报告题目名称： 饮料灌装生产流水线总体设计 学生姓名： 陈朴 学 号： 1204043104 二级学院（系）/专业： 能源与电气工程学院/电气自动化 班 级： 电气1211 指导教师： 蔡大华 2015 年 4 月 25 日摘 要近年来，随着社会的进步和发展，饮料生产业也进入了高速发展的时期，各种品牌、口味的饮料比比皆是，因此饮料生产企业的生产线设备将会大大增加。传统的继电器是用来对传统的生产线的控制，在使用过程中会出现，出产效率低，响应速度慢，故障率高，可靠性差，系统的工作状态，故障处理，设备状态监测与维修只能经历一个被动查找故障点。并且第二次故
2、障极易发生，产品的通过率也很低，从而使生产成本变多。然而，随着科技进步，饮料灌装生产线进程正朝着智能化和自动化的目标发展。但是在考虑生产线操作员工以及电气维修工人的实际知识水平，一套基于单指令模式的梯形图，使用户程序编制形象。易学；调试与查错也很方便，就显得十分重要了。本文论述了PLC强大功能在工厂生产流水线中的应用-可编程控制器PLC在饮料灌装生产线中的应用。并给出了相关的结构图，地址分配表等关键词：灌装生产线;PLC;传感器ABSTRACTIn recent years, along with the social progress and development, beverage pr
3、oduction industry also entered the period of rapid development, all kinds of brand, taste drink everywhere, so beverage production enterprises of production line equipment will be greatly increased.传统的继电器是用来对传统的生产线的控制，在使用过程中会出现，出产效率低，响应速度慢，故障率高，可靠性差，系统的工作状态，故障处理，设备状态监测与维修只能经历一个被动查找故障点。并且第二次故障极易发生，产品
4、的通过率也很低，从而使生产成本变多。然而，随着科技进步，饮料灌装生产线进程正朝着智能化和自动化的目标发展。但是在考虑生产线操作员工以及电气维修工人的实际知识水平，一套基于单指令模式的梯形图，使用户程序编制形象。易学；调试与查错也很方便，就显得十分重要了。The traditional relay is used to control to the traditional production line in use process will appear, low production efficiency and response speed, high failure rate, poor
5、 reliability and the working state of the system, fault handling, equipment condition monitoring and maintenance can only experience a passive find fault point. And second failures occur easily, the product pass rate is very low, so that the production cost becomes more. However, with the progress o
6、f science and technology, beverage filling production line process is towards automation and intelligent development goals. But in consideration of the production line operators and electrical maintenance workers of the actual knowledge level, a single instruction mode of ladder diagram based on usi
7、ng user program image. To learn; debugging and error checking is also very convenient, it is very important.本文论述了PLC强大功能在工厂生产流水线中的应用-可编程控制器PLC在饮料灌装生产线中的应用。并给出了相关的结构图，地址分配表等In this paper, the application of programmable logic controller (PLC) in the beverage filling production line PLC powerful in fa
8、ctory production lines in the application. And gives the structure chart of the relevant address allocation table, etc.关键词：灌装生产线;PLC;传感器Keywords: filling production line; PLC; sensor目 录摘要.2ABSTRACT .3前言 .61.饮料灌装生产流水线总体设计.7 1.1任务的分析.7 1.2 硬件方案设计 . .7 1.3 软件方案设计. . .8 1.3.1 经验设计法.8 1.3.2 逻辑设计法.92.系统元件
9、的选择.10 2.1 PLC的简介.10 2.1.1 PLC的选择原则.12 2.1.2 PLC的型号确定 .13 2.2 电动机的选择 . .13 2.3 接触器的选择 . .14 2.4 热继电器的选择 . .14 2.5 开关电器、熔断器的选择 . .15 2.6 传感器的选择 . .153.系统的硬件电路.16 3.1 系统硬件结构 . .16 3.2 主电路的设计 . .16 3.3 控制电路的设计 . .16 3.4 操作面板的设计 . .174.系统程序的设计.18 4.1 控制要求以及控制过程的分析 . .18 4.1.1 系统流程图.18 4.1.2饮料灌装生产线的PLC控制
10、系统的I/O分配.19 4.2程序.20 4.2.1 初始化程序.20 4.2.2 装箱选择程序.21 4.2.3 流水线主控程序 .22 4.2.4 闪烁报警程序.23 4.2.5 计数程序.23 4.2.6 数据传送程序.255.程序的调试 . .25 5.1 装箱选择程序的仿真 . .26 5.2 主控制程序的仿真 . .26 5.3 闪烁报警程序的仿真 . .29 5.4 计数程序的仿真 . .30结束语 . .31参考资料 . .32前 言目前，饮料的灌装的自动化生产已经基本普及，为了进一步增强生产产品的质量，减少生产时间，提高产能，以适应顾客对产品要求的快速升级。产品生产正向缩短生
11、产周期，降低生产成本，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更多的机械设备在使用先进的生产线灌装技术来提升机械设备的自动化控制水平和生产效率。而就目前来讲自动化生产的电气控制部分的主要进军方向就是PLC针对电气部分的控制。本设计鉴于PLC控制系统非常可靠，可以在恶劣环境下连续运转，操作简单，容易上手四大优点，利用PLC技术平台自主开发创新，将自动化技术中的电气和机械相结合在一起等技术有机结合在一起，将PLC代替以前的继电器、接触器控制的作用，构成实用、可靠的饮料灌装生产线PLC控制系统。该控制系统可节省大量的电气元件、导线与原材料，缩短设计周期，减少维修工作，提高加工产品合格
12、率进而提高生产率，而且程序调整修改方法方便灵活，提高了设备的柔性和灵活性，具有整体技术经济效益。本课题探讨了如何利用德国西门子PLCS7-200进行饮料灌装生产流水线的控制，重点分析了系统软硬件设计部分，并给出了系统硬件接线图、PLC控制I/O端口分配表以及整体程序流程图等。1.饮料灌装生产流水线总体设计1.1任务的分析本次设计使用PLC作为流水线控制处理的核心，处理器将处理来自各个设置好的设备的发送过来的信号。这些数据和计算信号通过PLC，然后饮料灌装生产线的有效输出信号，准确的操作。整体设计思想控制：进行全线的自动化生产控制，启动时，PLC将第一预定控制系统流程线后。输出继电器的动作来控制
13、输送带停止和饮料的饮料瓶灌装，并通过PLC内计数器已灌装瓶数。1.2 硬件方案设计 该生产流水线是运用饮料灌装机对瓶子进行饮料灌装，它能够连续的、不间断的实现饮料的灌装和封装，并且这一过程是稳定、高效的。使用继电器计数充填。生产线模型图填充如图1-1所示。图1-1 饮料灌装生产流水线模型 该系统的工作原理：一旦启动，传送带将由旋转电机运行驱动，当瓶检测传感器检测空瓶，行程开关闭合，电机停止，饮料通过预置时间填充空瓶的灌装设备，当满瓶传感器检测电动机回收瓶全自动控制，如此反复循环，实现生产线。为解决饮料瓶大小不一的情况，本课题采用的光电传感器是反射式的。图1-2 饮料灌装生产流水线结构图1.3
14、软件方案设计 PLC程序编制解决方案是通过参考以往经验并有逻辑的进行设计。1.3.1 经验设计法 在一些典范基本电路的设计上，按照被设计目标对程序控制的各项要求，对梯形图进行一步一步修正和改进。有时候必需屡次地优化和修正梯形图，增添少许中央程序元件和触电，最终才获取满足要求的成果3.12。 这样的设计法没有通用的规律，需要一遍一遍的尝试，成功的偶然性也随之产生，因此最终得到的结果是独一无二的，在进行软件设计时，软件设计者的经验和产品所能达到的效果有很大的关系，通过这样的方法进行电路设计叫做经验设计法。 1.3.2 逻辑设计法 通过逻辑分析的方法，有利于对控制电路的分析，从而对得到最好的设计方案
15、有很大的帮助，充分满足电路的设计与技术要求，并且可以有效减少多余的电路系统，获得耐用、有效的电路设计。3.12。 运用逻辑分析法进行电路设计通常分为四步： 首先，选取合适的各项元件，并合理对I/O点进行分配，并确定各项元件的运行状态。 其次：找出需要的线圈所有开关边界线，之后创建一一对应的中间线圈。 再次：罗列出中间线圈及相应元件逻辑函数式，并作出对应的梯形图。 最后：对梯形图进行全面的改进，使PLC的运行系统和生产要求相对应。逻辑设计步骤图如图1-3。图1-3 PLC逻辑设计步骤图2.系统元件的选择2.1 PLC的简介 可编程控制器是在工业生产中各种恶劣条件下进行研究出来的数据运算控制系统，
16、。用于控制多种种类的设备和不同情况下的生产操作。可编程控制器和相关的配置，应该是形成便于控制系统生产的一个总体，并且能够容易增加其功能3.16.11。综上所述，PLC就是一个可以通过设计出来的程序来控制产业生产的微型计算机，除了能实现许许多多的效用外，另有连接通信其他微机的功用。 （1）PLC的结构：PLC是由输入模块、输出模块、CPU和编程器组成，此外另有给PLC里面的电路供应电源的电源部件3。输出接口部件中央处理单元CPU（板）输入接口部件接受按钮继电器触点行程开关等接触器电磁阀指示灯等驱动 受控元件现场信号 电源部件 图2-1 PLC的基本结构框图 （2）PLC的主要特点： 编程方式易学
17、：梯形图的原理是通过运用大量的编程语言的PLC，它的电路标识和表示方法跟继电器的控制电路图类似，梯形图语言更加形象生动，简单易学，电气工程技术人员一般来讲对继电器的原理图都非常了解，那么他们只需要花费几天的时间就能充分掌握梯形图语言，并用来编制用户程序； 功效强，机能比高：每台PLC内部都有几百甚至上千个用户可以选择使用的程序编制元件，功能性很强，能够对机械设备完成复杂多样的控制操作。而继电器控制系统要达到与之相似的效用，就需要相当可观的花费了； 有完整的硬件配套设施，能够适应各种环境，可用性很强:已经规范化的各种PLC产品，用户可以选择各种各样的硬件配置来满足需要，用户还可以通过对系统不同的
18、配置，达到不一样的效用，构成的系统也就不一样。PLC的安设接线也非常简易，正常情况下将PLC以外的线路接头跟PLC的端子相连即可。PLC的符合能力恒强，正常情况下能够直接启动运行电磁阀和功率较小的交流接触器。； 运行稳定，很少受外界环境影响：许多中间和时间继电器被PLC的软件系统所取代，PLC的外部只留下了数量很少的输出硬件元件和输入硬件元件，这使它的接线数量是继电器控制十分之一到百分之一,因为接触端口和线路的减少有效降低了接触不良的问题； 程序的设计相对简单，设备安装、调试容易； 故障率低，有效降低维修工的工作强度； 体积小，耗能低。 （4）PLC的工作原理： 工作方式周期循环扫描 进展中的
19、工作自诊断，输入样本，扫描过程中，输出刷新阶段输出处理程序处理 输入端子输入映像寄存器执行用户程序内部存储器刷新输出映像寄存器输出端子输入信号输出信号 输入处理图2-2 PLC的工作过程示意图 （5）PLC的应用领域： 数字量逻辑控制； 运动控制； 闭环过程控制； 数据处理； 通信联网。2.1.1 PLC的选择原则PLC选取的基本原则：功能复合需求的条件下，选用最实用的、维修简单、性价比最好的机型。在相对固定的过程。良好的环境条件（少量修复）的场合，应选用PLC的总体结构；在其他情况下，最好是使用PLC的模块化结构。开关量控制和开关控制，用很少的工程项目来进行模拟控制，控制的速度不考虑范围内。
20、因此，低档机的选择也可以是A与D之间的相互转变，相加或者相减，加强低档机传送数据的能力，满足要求。在操作复杂多变，条件要求较严格的条件下（如完成运算、闭环控制、通讯联网等），可视系统的难易程度来采用相对应的机器。2.1.2 PLC的型号确定PLC的众多生产厂家和型号中，三菱在一九九一年发布的FX2N系列的PLC,FX系列非常受欢迎, 受到广大用户的青睐。FX2N系列PLC是一个整体，模块式组合堆叠结构。它具有以下特点：的标准功能耐受的最大范围，程序执行速度快，通信功能的完整，在世界不同国家的适用，电力供应和满足个性化需求的具体功能模块，最大的灵活性和控制能力是它能够提供的10。上述相关信息，结
21、合实际情况，采用FX2N-32MR PLC系统模型：继电器的信号输出模式，采用十六个接口输出信号。可以满足设计的需要，而且有利于后期的优化和升级。图2-3三菱FX2N-32MR型号的PLC2.2 电动机的选择 目前市场上有各种各样的，不同型号的电机，对于不同场所也有许多适应工作场合的电动机种类。了解该体系的各项控制规则以后，再联系各个电动机的结构特点和合用的场所，并考虑到价钱和实用性13.14。所以在该系统选用Y132M-4型号的电动机。表2-1 Y132M-4型电动机的性能参数电流电压堵转转矩最大转矩额定转速极数频率额定功率15.4 A380V2.2 n.m2.3 n.m1440 r/min
22、450 Hz7.5KW2.3 接触器的选择 接触器：有直流接触器和交流接触器两个种类。工业用电：接触器中的线圈通电是会有一定的磁场，使它的接头紧闭，来防止电气设备过载。 CJ系列：从使用频率来说，CJX2、CJ20、CJT1、3TB、B等型号的接触器是在我国使用较多的，结合设计，CJ10-40接触器为选用的：额定电压为380V，额定电流为40A.图2-4 CJ10-40接触器2.4 热继电器的选择 当电流流入热元件时，由于电阻发热使其温度升高，而其中两个涨缩系数不同的金属薄片也随着产生不同程度的外形改变，一旦这种变化达到设计程度时，就会驱动连接的杆子动起来，让控制电路断开，然后让接触器没电，主
23、电路就会断开，电动机会发生的过载将会得以保护，这个就是热继电器。额定频率：一般而言，其额定频率按照4562HZ设计。整定电流范围：整定电流是它自身的一些特点而决定的。 本设计：主电动机M1（15A额定电流）、热元件（电流20A）、电流改变后的值（14-22A）、系统正在运行的额定电流（15A）。2.5 开关电器、熔断器的选择行程开关，行程开关（也叫限位开关），它是一种电流很小的电气设备。以生产机械零件的接触作用达到连接或者断开控制电路的碰撞，从而完成要求的效果。选用LXK2-131型号。 熔断器才去的规格是RL1-15，额定电流为30A。2.6 传感器的选择 系统设计中，使用反射式光电传感器对
24、饮料瓶的大小进行分辨15。图2-5 反射式光电传感器原理图 该设计选用PM2-LF10型号。 表2-2 型号为PM2-LF10的反射式光电传感器性能参数性能参数检测距离2.58mm(中心：5mm)白色无光泽纸(1515mm)最小检测物体 0.05mm铜线(设定距离：5mm)应差使用粗糙的白色纸张(15mm2)百分之二十以下的工作长度重复精度(垂直于检测轴)0.08mm以下电源电压524V DC10% 脉动P-P5%以下消耗电流平均：25mA以下，峰值：80mA以下输出NPN开路集电极晶体管 最大流入电流：100mA外加电压：30V DC以下(输出和0V之间)剩余电压：1V以下(流入电流为100
25、mA时)0.4V以下(流入电流为16mA时)反应时间 0.8ms以下3.系统的硬件电路3.1 系统硬件结构 该设计系统组成部分：主电路、控制电路、辅助电路。3.2主电路的设计 传送带：由电动机M1带动电机的开始和中止：接触器KM1来控制。而保障电路的正常不超载，是由热继电器完成。断路器QF1、QF2、QF3会接入三相电，而且QF1、QF2、QF3还要防止电路出现短路现象。主控制电路控制的饮料灌装生产线如图3-1所示。图3-1主控制电路图3.3 控制电路的设计 该系统的PLC控制有九个为开启关闭行程进行信号控制。这里面包括各种单独操作的按键开关为六个，依次是SB0：启动按钮、SB1：停止按钮、S
26、B4：大包、SB5：中包、SB6：小包、SB7：散装、SB10：手动复位按钮。系统设置了开启关闭量、传感器开关各位1个。 十个该系统所拥有输出信号之中，主传动输送带电机的接触器KM1拥有一个输出信号，大的饮料瓶的加盖有一个电磁阀，小的饮料瓶的加盖有一个电磁阀，饮料灌装也有一个电磁阀，生产线上的显示有六个。图3-2为外部接线图。图3-2 系统外部接线图3.4 操作面板的设计 操作面板的设计要建立在确实的实际基础上，要体现操作方便，明了，能够显示灌装生产线上每一个步骤，方便工作人员的操作。图3-3为操作面板的示意图。图3-3 操作面板示意图4.系统程序的设计4.1 控制要求以及控制过程的分析 系统
27、开始运转后，驱动电机将会带动传送带运转，直到停止按钮被按下或者是检测到有下一个饮料瓶才会停止；瓶子灌满后，驱动电动机能够自行启动。当饮料罐被输送带传送到饮料灌装位置时，会有一秒钟的停顿，然后机器才开始对其进行装填，容量小的饮料瓶灌装需要五秒，而容量大的需要八秒，然后需要两秒钟对饮料瓶进行密封，灌装和封盖进行的时候设有警报装置，封盖结束之后将不再有警报；报警模式设置为红色的光的频率为0.5s间歇性的闪烁。同时，已灌装满的饮料瓶将由系统对其进行打包与计数，小瓶：大包：40、中包：30、小包：20；大瓶：大包：20、中包：15、小包：10。该系统在进行生产中能够人为操作使数据归零，系统预设为每7h将
28、所有记录数据进行存储，并在同一时间重置计算器。考虑到安全因素，在进行中止按键操作室，设备会立即中止运转，但是当生产线进行到饮料装填和封盖过程中时，进行中止按键操作时，但是运转的系统并不会立刻终止，而是要等到封盖结束之后，系统才会中止运转。4.1.1 系统流程图图4-1 系统流程图4.1.2饮料灌装生产线的PLC控制系统的I/O分配表4-2为饮料灌装生产线的PLC控制系统的I/O分配表输入输出X0启动Y0驱动电动机转动X1停止Y1灌装饮料X2行程开关Y2小瓶封盖X3传感器Y3大瓶封盖X4选择大包包装Y4显示大包包装X5选择中包包装Y5显示中包包装X6选择小包包装Y6显示小包包装X7选择散装Y7显
29、示散装X10手动复位Y10系统上点显示Y11灌装和封盖过程显示4.2程序4.2.1 初始化程序 系统启动前，要对系统进行初始化，按下复位按钮，并对计数器清零图4-3为初始化程序图4.2.2 装箱选择程序 图4-4为装箱选择程序图4.2.3 流水线主控程序图4-5为流水线主控程序图 4.2.4 闪烁报警程序图4-6为闪烁报警程序 4.2.5 计数程序图4-7计数程序图4.2.6 数据传送程序图4-8为数据传送程序图5.程序的调试5.1 装箱选择程序的仿真 不同的按钮对应相关的包装。图5-1为装箱选择程序仿真图5.2 主控制程序的仿真 在开始按键X0 Y0功率继电器的线圈通电并且自动关闭，输送带传
30、送到行程开关电源，X2，y0停电，输送带，填充电磁阀Y1电，填充5S，Y1失电，停止灌装，封盖装置Y2通电，封盖时间为2s。图5-2为主控制程序仿真图 输送带的运行，X2，X3（与光电传感器一一对应）一起得电，表明感应到一个大瓶，填充时间八秒。图5-3为主控程序仿真图 当输送带运行过程中，进行停止按键操作：X1，然后系统会停止工作。图5-4为主控程序仿真图 当生产线正在进行饮料装填和封盖时，停止按键操作后，生产线将不会立即终止，但等到装填和封盖做完之后，系统才能中止运转。图5-5为主控程序仿真图5.3 闪烁报警程序的仿真 当生产线正在进行饮料添加（即Y1通电）和密封（Y2通电）时，所以报警器（
31、即Y11）会闪烁报警。图5-6为灯光报警系统仿真图5.4 计数程序的仿真 小瓶，大包：40，并且最后清点计数图5-7为技术程序仿真结束语随着日后经济社会的发展，科技的进步，自动化生产将在工业生产中越来越重要，企业对设备自动化的需求也会逐渐提高，PLC也会得到更大的改善。 在这几个月的设计中，我更深入地了解了PLC的工作原理，编程方法及其在自动控制方面应用的优越性能。本课题设计是在蔡大华老师的全心教导和严格要求下，较好地做完了本次设计任务。同时，我的独立思考、解决问题的能力也得到了大大的提高，这将会在我日后的工作和学习中起到很大程度的作用。在这里，非常感谢蔡大华老师以及能电院其他老师和同学们的关
32、心和帮助。 参考资料1 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,2007，10(12).2-502 刘军.国外饮料灌装机现状为我国灌装机指明发展方向J. 中国包装工业,20099(10).30-783 袁任光.可编程序控制器(PLC)应用技术与实列M.广州：华南理工大学出版社,2001:8-10.23-654 柯龙瑞.饮料灌装线设计应考虑的若干因素M.北京：轻工机械出版社 ，2000.46-875 杨旭东，王天杰，刘海生. PLC在饮料灌装机控制系统中的应用J. 机床与液压，2005:7-152.34-536 武少斌，殷际英，陈卫.自动化生产线中的饮料灌装技术J.中国科技博览
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