基于PLC的饮料灌装生产线的控制系统设计(2)

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PLC 自动控制 本科毕业设计 灌装生产线

1.2报告设计大纲

1.3论文研究的内容

本论文对饮料罐装生产流水线控制系统的硬件和软件方面进行了设计。其中硬件设计部分包括FX2N-32MR PLC外部电路的设计与安装；软件部分包括程序的设计与调试。根据系统的实现要求对PLC、电动机、传感器、继电器等外部设备进行选择型号。设计完成的饮料灌装生产流水线能够实现以下功能：（1）通过开关将系统设为自动操作模式，一经启动，则传送带的驱动电机启动并一直持续到停止开关动作或待饮料瓶传送至灌装设备下时停止运转；瓶子装满饮料并上了盖后，传送带驱动电机必须自动启动，并保持到下一个饮料瓶被传送至灌装设备下或停止开关动作；（2）当瓶子传送并定位在灌装设备下时，停1s，灌装设备开始工作，对于大瓶灌装8秒钟，小瓶则5秒钟，灌装过程完毕后对饮料瓶进行上盖操作，上盖时间约为2秒钟。整个灌装和上盖过程应设有报警显示，待上盖完毕后不再显示报警；报警方式为红灯0.5s间隔闪烁；（3）包装过程，对于小瓶：40瓶为一大包，30瓶为一中包，20瓶为一小包；对于大瓶：20瓶为一大包，15瓶为一中包，10瓶为一小包；（4）能够实现对生产产品进行自动记数并可以手动对计数器清零。

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2.1任务的分析 饮料罐装生产流水线总体设计

本次设计以FX2N系列PLC作为处理核心，用行程开关、传感器等外部设备将生产过程中的信号（如空瓶运行的位置、饮料瓶的大小等等）处理后送到处理器将其处理，由PLC对数据进行运算，然后输出驱动信号（如接触器、电磁阀等等）来完成饮料罐装生产流水线的自动化高效、准确的操作。

系统的整体思路：此生产线是全自动控制的，生产线一经上电，PLC将通过软件程序对生产线进行控制：通过输出继电器的动作来控制传送带的停转和对饮料瓶的选择灌装，实现完成对系统状态的显示，并且通过PLC内部的计数器对所生产的产品进行计数。

2.2硬件方案设计

饮料的灌装是运用了饮料灌装机，它将饮料灌装装置以及封盖装置集合在一起，实现饮料的灌装与上盖，使饮料的灌装能稳定、高效的完成。对于饮料瓶大小的区分是通过反射式光电传感器工作来实现的。利用辅助继电器对计数器进行正电平触发来完成对产品的计数。灌装生产流水线模型如图1所示，生产流水线结构如图2所示。

图1饮料灌装生产流水线模型

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系统的工作原理：系统一经上电，传送带将驱动电动机运转，待空饮料瓶行 至行程开关处，行程开关闭合，电动机停转，灌装设备通过阀门的关断来控制饮料灌装的时间，饮料灌装过程完成后电动机恢复转动，如此循环实现生产线的自动控制。对于传送带上的饮料瓶大小的分辨，利用了通过下图的反射式光电传感器。

图2饮料灌装生产流水线结构

2.3软件方案设计

PLC软件方案设计有经验设计法，逻辑设计法等

2.3.1经验设计法

梯形图的经验设计法是运用比较广泛的一种方法。该方法的核心是输出线圈。以下是梯形图经验设计法的基本步骤：

1.了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况。

2.确定PLC的输入信号和输出负载，画出PLC的外部接线图。

3.确定继电器电路图的中间继电器，时间继电器对应的梯形图中的辅助继电器（M）和定时器（T）的元件号。

4.根据对应关系画出梯形图。

2.3.2逻辑设计法

逻辑设计法的理论基础是逻辑代数。而继电器控制系统的本质是逻辑线路。在电气控制线路中会发现,线路的接通和断开,都是由继电器等元件的触点来控制

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决定的,故控制线路的所有功能必定取决于这些触点的开，合两种状态。因此电气控制电路从根上说是一种逻辑性线路,它满足逻辑运算的基本规律。具体步骤如下图3所示:

图3 PLC逻辑设计步骤图

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3 系统元件的选择

3.1 PLC控制要求和内容及选型

3.1.1基础PLC

可编程控制器是工业自动化的基础。在工业现场中用于对大量的数字量和模拟量进行控制，例如电磁阀的开闭，电动机的启停，温度、压力、流量的设置与控制，产品的计数与控制等。

3.1.2可编程控制器的特点

(1) 可靠性高，抗干扰能力强

微机虽然具有很强的功能，但单抗干扰能力差，工业现场环境的电磁干扰、电源波动、机械振动、温度和湿度的变化等都可能使一般通用微机不能实现正常工作。而PLC是专为工业环境应用而设计的，故对可能受到的电磁干扰、高低温及电源波动等影响，其已在PLC硬件及软件的设计上采用了一定的措施。如在硬件方面采用了电和磁的屏蔽，对I/O接口采用了光电隔离技术，对电源及I/O接口线采用了数种滤波等。而在软件方面采用了故障监测、诊断、信息防护和复位等手段，一旦发生非正常状况，CPU立马进行行之有效的方案，防止故障向更糟的方向发展，使PLC的可靠度大为提高。

(2) 机构简单，应用灵活

PLC在硬件结构上采用模块化中的类似积木式的结构，输入和输出信号模块、通信模块及一些特别功能模块类型繁多。面对不同的控制对象，可以方便、快速灵活地组合成完成其功能的控制系统。

(3) 编程方便，易于使用

PLC采用了与继电器控制电路有许多相似之处的梯形图作为主要的编程语言，形象直观的程序，简单易学指令，容易理解和掌握编程步骤和方法，不需要具备专门的计算机知识，使具有一定的电工和工艺知识的人员可以在短时间内学会。

(4) 功能完善，适用性强

PLC具有强大的对数字量和模拟量处理的功能，如一般逻辑、算术运算、常见特殊函数运算等。PLC具有多种常用的功能，如PID闭环回路控制、中断控制等。

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PLC还可以扩展好多特殊功能，如高速计数、电子凸轮控制、伺服电动机定位、多轴运动插补控制等。PLC组成的多种工业网络，可实现数据传送、上位监测控制等功能。

3.1.3 PLC的安装与接线

PLC一般要求安装在环境温度为0到55摄氏度，相对湿度小于85%，无粉尘、油烟，无腐蚀性及可燃性气体的场合中。为了达到这一目的，其不要安装在发热器件附近，不能安装在结露，雨淋的场所，在粉尘多，油烟大、有腐蚀性气体的场合安装时要采取封闭措施，在封闭的电器柜中安装时，要注意解决通风问题。另外，PLC要安装在远离强烈振动和电磁干扰源的场合，否则需要对其采取减震及屏蔽措施。

PLC的安装固定常有两种方式，一是直接利用机箱上的安装孔，用螺钉把机箱固定在控制柜的背板或面板上；二是利用DIN导板安装，这需先将DIN导板先固定好，再将PLC与各种扩展单元卡上DIN导板。并注意在PLC周围留足散热及接线的空间。

PLC在工作前必须正确地接入控制系统，和其连接的主要有PLC的电源接线，输入输出器件的接线，通信线，接地线。

3.1.4设计PLC控制时，应遵循以下基本原则

（1） 最大限度地满足被控对象的要求

（1） 最大限度地满足被控对象的要求

充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的要求，被称为设计系统的居于第一的目标和任务，这也是设计中最该铭记的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要 …… 此处隐藏：2616字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……