饮料罐装生产流水线的plc.docx

1、1湘 潭 大 学 课 程 设 计 论 文题 目 ： 饮 料 灌 装 生 产 流 水 线 的 PLC 控 制学 院 ： 兴 湘 学 院 专 业 ： 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 学 号 ： 2012964118 姓 名 ： 苏 博 指 导 教 师 ： 李 明 富 完 成 日 期 ： 2016 年 1 月 20 日 2目 录摘 要 3设 计 题 目 要 求 4前 言 5第 一 章 可 编 程 控 制 器 概 述 61.1 PLC 的 定 义 61.2 PLC 的 基 本 组 成 61.3 PLC 的 功 能 与 特 点 71.4 PLC 的 应 用 范 围 7第 二 章 系 统 总

2、体 设 计 7第 三 章 系 统 硬 件 设 计 93.1 传 感 器 的 选 择 .93.2 PLC 控 制 部 分 硬 件 设 计 93.2.1 PLC 控 制 系 统 外 部 接 线 图 103.2.2 输 入 /输 出 接 口 （ I/O） 功 能 量 .103第 四 章 系 统 软 件 设 计 .114.1 控 制 系 统 顺 序 功 能 图 114.2 梯 形 图 124.3 指 令 表 13第 五 章 程 序 调 试 .14第 六 章 设 计 小 结 .16参 考 文 献 .17摘 要随 着 工 业 自 动 化 水 平 日 益 提 高 ， 众 多 工 业 企 业 均 面 临 着

3、传统 生 产 线 的 改 造 和 重 新 设 计 问 题 。 PLC（ 可 编 程 序 控 制 器 ） 是以 微 处 理 器 为 核 心 的 工 业 控 制 装 置 ， 它 将 传 统 的 继 电 器 控 制 系统 与 计 算 机 技 术 结 合 在 一 起 ， 近 年 来 在 工 业 自 动 控 制 、 机 电 一体 化 、 改 造 传 统 产 业 等 方 面 得 到 普 遍 应 用 。 作 为 通 用 工 业 控 制计 算 机 ， 其 实 现 了 工 业 控 制 领 域 接 线 逻 辑 到 存 储 逻 辑 的 飞 跃 ，在 世 界 工 业 控 制 中 发 挥 着 越 来 越 重 要 的 作

4、 用 。 鉴 于 此 ， 设 计 者4利 用 PLC 的 功 能 和 特 点 设 计 出 了 一 款 饮 料 灌 装 生 产 流 水 线 控 制系 统 。文 章 刚 开 始 介 绍 了 PLC的 相 关 知 识 ， 接 着 以 饮 料 灌 装 流 水线 为 例 ， 采 用 三 菱 公 司 的 FX系 列 可 编 程 序 控 制 器 ， 介 绍 了PLC 在 饮 料 灌 装 流 水 线 中 的 应 用 ， 给 出 了 详 细 的 程 序 设 计 过 程 。利 用 PLC控 制 饮 料 灌 装 生 产 过 程 ， 可 有 效 提 高 灌 装 生 产 效 率 ， 并显 著 增 加 控 制 系 统 的

5、 可 靠 性 和 柔 性 。关 键 词 ： 可 编 程 控 制 器 、 灌 装 流 水 线 、 顺 序 功 能 图 、 梯 形 图一、设计题目 饮 料 灌 装 生 产 流 水 线 的 PLC 控 制二 、 设 计 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

6、到 一 个 瓶 子 或 停 止 开 关 动 作 .5（ 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 ） .

7、三、上交材料（ 1） 开 题 报 告（ 2） 说 明 书四、进度安排第 1 周 ： （ 1） 熟 悉 题 目 ， 查 找 资 料 ， 整 理 资 料 ， 完 成 开 题 报 告 。（ 2） 进 行 PLC 控 制 系 统 的 硬 件 部 分 设 计 （ PLC 选 型 及 外 部 接 线图 ） 。第 2 周 ： 进 行 PLC 控 制 系 统 的 软 件 部 分 设 计 （ 控 制 顺 序 功 能 和 梯 形 图 设计 ） 。第 3 周 ： 查 找 不 足 ， 整 理 说 明 书 。 总 体 分 析 ， 准 备 答 辩 。6前言一 、 课 题 研 究 背 景几 年 前 ， 自 动 化 技 术

8、只 占 包 装 机 械 设 计 的 30%， 现 在 已 占 50%以 上 ，大 量 使 用 了 微 电 脑 设 计 和 机 电 一 体 化 控 制 。 提 高 包 装 机 械 自 动 化 程 度 的 目的 ： 一 是 为 了 提 高 生 产 率 ； 二 是 为 了 提 高 设 备 的 柔 性 和 灵 活 性 ； 三 是 为 了提 高 包 装 机 械 完 成 复 杂 动 作 的 能 力 。本 设 计 的 目 的 是 利 用 “PLC”技 术 平 台 自 主 开 发 创 新 ， 将 机 械 、 电 气和 自 动 化 等 技 术 有 机 结 合 ， 构 成 实 用 的 饮 料 灌 装 生 产 线

9、模 拟 系 统 。二 、 课 题 研 究 内 容根 据 控 制 要 求 ， 以 PLC 为 核 心 ， 设 计 出 一 款 饮 料 灌 装 生 产 流 水 线 控制 系 统 。 设 计 系 统 控 制 硬 件 电 路 ， 编 写 软 件 控 制 系 统 程 序 ， 实 现 对 饮 料灌 装 流 水 线 的 控 制 。三 、 课 程 研 究 意 义本 设 计 鉴 于 PLC 可 靠 性 高 、 耐 恶 劣 环 境 能 力 强 、 使 用 极 为 方 便 三 大特 点 ， 利 用 PLC 技 术 平 台 自 主 开 发 创 新 ， 将 机 械 、 电 气 和 自 动 化 等 技 术有 机 结 合

10、， 将 传 统 的 继 电 器 -接 触 器 控 制 功 能 用 PLC 代 替 ， 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 电 气 元 件 、导 线 与 原 材 料 ,缩 短 设 计 周 期 ,减 少 维 修 工 作 量 , 提 高 加 工 零 件 合 格 率 ,进而 提 高 生 产 率 ， 而 且 程 序 调 整 修 改 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 。四 、 课 题 研 究 方 法步 骤 如 下 ：1.控 制 系 统 总 体

11、 设 计 ： 分 析 控 制 要 求 ， 了 解 系 统 工 作 过 程 。2.控 制 系 统 硬 件 的 设 计 ： PLC 型 号 、 相 关 元 器 件 的 选 择 以 及 外 部 接 口 电路 的 设 计 。3.控 制 系 统 软 件 设 计 ： 绘 制 顺 序 功 能 图 和 梯 形 图74.系 统 调 试 ： 利 用 仿 真 软 件 对 所 编 制 的 程 序 进 行 软 件 调 试 。8第一章 可编程控制器概述1.1 PLC 的 定 义可 编 程 控 制 器 ， 简 称 PLC（ Programmable logic Controller） ,是 指 以 计 算 机 技 术 为

12、基 础 的 新 型 工 业 控 制 装 置 。 在 1987 年 国 际 电 工委 员 会 （ International Electrical Committee） 颁 布 的 PLC 标 准 草案 中 对 PLC 做 了 如 下 定 义 ：“PLC 是 一 种 专 门 为 在 工 业 环 境 下 应 用 而 设 计 的 数 字 运 算 操 作 的 电 子 装 置 。它 采 用 可 以 编 制 程 序 的 存 储 器 ， 用 来 在 其 内 部 存 储 执 行 逻 辑 运 算 、 顺 序 运算 、 计 时 、 计 数 和 算 术 运 算 等 操 作 的 指 令 ， 并 能 通 过 数 字 式

13、 或 模 拟 式 的 输入 和 输 出 ， 控 制 各 种 类 型 的 机 械 或 生 产 过 程 。 PLC 及 其 有 关 的 外 围 设备 都 应 该 按 易 于 与 工 业 控 制 系 统 形 成 一 个 整 体 ， 易 于 扩 展 其 功 能 的 原 则 而设 计 。 ”具 体 一 款 FX2N 系 列 PLC 实 物 如 下 图 :图 1-1 FX2N 系 列 PLC 实 物 图1.2 PLC 的 基 本 组 成PLC 的 基 本 组 成 可 归 为 四 大 部 件 ：1 中 央 处 理 单 元 （ CPU 板 ） 控 制 器 的 核 心 ；92. 输 入 部 件 连 接 现 场

14、设 备 与 CPU 之 间 的 接 口 电 路 ；3. 输 出 部 件 送 出 PLC 运 算 后 得 出 的 控 制 信 息 ；4. 电 源 部 件 为 PLC 内 部 电 路 提 供 能 源 。第二章 系统总体设计系 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 灌 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

15、瓶 子 或 停 止 开 关 动 作 。 当 瓶 子 定 位 在 灌 装 设 备 下 时 ， 停 顿1s， 灌 装 设 备 开 始 工 作 ， 灌 装 过 程 为 5s， 灌 装 过 程 应 有 报 警 显 示 ， 5s后 停 止 并 不 再 显 示 报 警 。 用 两 个 传 感 器 和 两 个 计 数 器 检 测 并 记 录 空 瓶 数和 满 瓶 数 ， 一 旦 系 统 启 动 ， 便 开 始 记 录 空 、 满 瓶 数 ， 且 空 、 满 瓶 数 都 最 多不 超 过 99999999 瓶 。 可 以 手 动 对 计 数 值 清 零 。设 计 中 包 括 PLC 硬 件 结 构 设 计 及

16、 PLC 控 制 软 件 部 分 设 计 。硬 件 设 计 部 分 ： 1.分 析 控 制 要 求 ， 选 择 对 应 的 传 感 器 及 其 他 部 件 、 并写 出 I/O 量 功 能 表 ； 2.选 择 合 适 的 PLC 机 型 ； 3.画 出PLC 控 制 系 统 外 部 接 线 图 。软 件 设 计 部 分 ： 1.控 制 系 统 顺 序 功 能 图 ； 2.梯 形 图 ； 3.指 令 表 。系 统 设 计 程 序 的 基 本 结 构10灌 装 流 水 线 示 意 图 如 下 ：2.2 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

17、 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 。11第三章 系统硬件设计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

18、 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

19、。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 2-2 所 示 ：针 对 本 课 题 的 控 制 要 求 ， 在 设 计 中

20、我 选 用 了 两 个 光 电 传 感 器 （ 空 瓶 检测 传 感 器 、 灌 装 设 备 处 的 有 无 瓶 传 感 器 ） 用 来 检 测 有 无 饮 料 瓶 通 过 ； 还 选用 了 一 个 重 量 传 感 器 来 检 测 瓶 子 是 否 灌 满 。3.2 PLC 控制部分硬件设计分 析 对 象 的 控 制 要 求 ， 确 定 输 入 /输 出 接 口 （ I/O） 数 量 ， 选 择 适合 的 PLC 机 型 及 外 设 ， 完 成 PLC 硬 件 结 构 配 置 ， 并 绘 制 PLC 控 制 电 路硬 件 接 线 图 ， 编 制 I/O 接 口 功 能 表 。3.2.1 PLC

21、控 制 系 统 外 部 接 线 图12如 图 4-2 所 示 ：图 4-2 饮 料 罐 装 流 水 线 控 制 系 统 的 PLC 控 制 电 路 硬 件 接 线 图3.2.2 输 入 /输 出 接 口 （ I/O） 功 能 量如 下 表 4-1、 4-2 所 示 ：表 4-1 饮 料 罐 装 生 产 流 水 线 控 制 系 统 的 PLC 输 入 接 口 功 能 表序号 工 位 名 称 文 字 符 号 输 入 口1 起 动 按 钮 SB1 X0002 停 止 按 钮 SB2 X0013 空 瓶 检 测 传 感 器 开 关 信 号 P0 X0024 瓶 子 检 测 传 感 器 开 关 信 号

22、P1 X0035 满 瓶 检 测 传 感 器 开 关 信 号 P2 X0046 空 瓶 计 数 器 手 动 复 位 开 关 SB3 X0057 满 瓶 计 数 器 手 动 复 位 开 关 SB4 X006表 4-2 饮 料 罐 装 生 产 流 水 线 控 制 系 统 的 PLC 输 出 接 口 功 能 表13序号 工 位 名 称 文 字 符 号 输 入 口1 电 机 驱 动 传 送 带 工 作 KM1 Y0002 灌 装 设 备 工 作 KM2 Y0013 灌 装 过 程 报 警 显 示 灯 L0 Y002根据确定后的输入/输出接口（I/O）数量，本设计选择的 PLC 机型为 FX2N-16M

23、R-001。第四章 系统软件设计根 据 控 制 要 求 ， 建 立 饮 料 罐 装 生 产 流 水 线 PLC 控 制 系 统 的 顺 序 功能 图 ， 表 达 出 各 控 制 对 象 的 动 作 顺 序 ， 并 画 出 梯 形 图 ， 写 出 指 令 表 。144.1 控制系统顺序功能图顺 序 功 能 图 如 4-1 图 所 示 ：图 4-1 饮 料 罐 装 流 水 线 控 制 系 统 的 顺 序 功 能 图定 时 器 选 择 ： 根 据 已 确 定 的 PLC 型 号 FX2N-16MR-001 以 及 题 目 要 求 ，该 设 计 中 的 定 时 器 选 用 T0、 T1计 数 器 选

24、择 ： 控 制 要 求 中 提 到 计 数 器 最 大 计 数 值 99999999， 可 见 必须 选 择 32 位 计 数 器 ， 再 根 据 已 确 定 的 PLC 型 号 FX2N-16MR -001 可 选 择 C200、 C201。154.2 梯形图16手 动 复 位 部 分 梯 形 图 ：4.3 指 令 表17第五章 程序调试启 动 系 统 ：当 按 下 启 动 按 钮 X0， 则 程 序 由 S0 步 变 换 到 S20 步 ， 图 中 准 确 地表 示 出 此 时 S20 变 为 活 动 步 ， 并 驱 动 传 送 带 电 机 运 行 ， 而 S0 则 变 为不 活 动 步

25、。18空 瓶 计 数 器 计 数 ：设 置 位 置 传 感 器 检 测 到 达 预 定 罐 装 位 置 ：当 灌 装 设 备 下 的 光 电 传 感 器 检 测 到 有 瓶 子 到 达 预 定 位 置 时 则 传 送 带 驱19动 电 机 停 转 ， 定 时 器 T0 定 时 1s,为 灌 装 做 准 备 ， 与 图 中 相 符 。灌 装 过 程 、 定 时 器 T1 定 时 、 满 瓶 计 数 器 计 数 及 报 警 灯 闪 ：定 时 器 T1 定 时 时 间 到 传 送 带 自 动 启 动 ：当 定 时 器 T1 定 时 5s 时 间 到 ， 则 程 序 跳 转 到 S20 步 即 实 现

26、 了 传 送带 自 动 启 动 。20第 六 章 设 计 小 结通 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

27、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 。21这

28、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

29、 过 程 中 ， 领 略 到 了 熟 能 生 巧 的 含 义 。 编 程 不 仅 要 求 有 良 好 的 基础 ， 而 且 要 求 对 各 种 程 序 有 深 刻 的 了 解 ， 同 时 深 切 感 受 到 团 队 合 作 的 重 要性 ， 尤 其 是 在 查 资 料 的 过 程 中 ， 人 多 力 量 大 ， 大 家 一 起 努 力 ， 查 找 资 料 的效 率 就 提 高 了 许 多 ， 大 家 在 一 起 探 讨 ， 相 互 学 习 ， 分 工 细 化 ， 互 相 提高 ， 解 决 问 题 的 速 度 就 快 多 了 。老 师 知 识 的 帮 助 ， 经 验 的 传 授 ， 也 是 本

30、次 课 设 的 一 道 美 丽 的 风 景 线 ，真 正 起 到 了 抛 砖 引 玉 的 目 的 。 这 次 课 设 让 我 的 动 手 能 力 得 到 了 大 大 的 锻炼 ， 解 决 实 际 问 题 的 能 力 得 到 了 大 大 的 提 高 ， 为 以 后 学 习 和 工 作 奠 定 了 一定 的 基 础 。 在 此 ， 非 常 感 谢 李 老 师 对 我 们 的 帮 助 和 悉 心 的 指 导 。参 考 文 献1徐 正 达 .机 电 传 动 控 制 M.武 汉 ： 华 中 科 技 大 学 出 版 社 ， 2015.2谢 克 明 .可 编 程 控 制 器 原 理 与 程 序 设 计 M.

31、北 京 ： 电 子 工 业 出 版 社 ， 2002.3戴 一 平 .可 编 程 控 制 器 技 术 及 应 用 M.北 京 ： 机 械 工 业 出 版 社 ， 2004.4阮 友 德 .电 气 控 制 与 PLC 实 训 教 程 M.北 京 ： 人 民 邮 电 出 版 社 ， 20015高 安 邦 .机 电 传 动 控 制 M.北 京 ： 高 等 教 育 出 版 社 ， 20036黄 明 琪 .冯 济 缨 ， 王 福 平 .可 编 程 控 制 器 M.重 庆 ： 重 庆 大 学 出 版 社 ， 2003227王 延 才 .电 子 技 术 M.北 京 ： 高 等 教 育 出 版 社 ， 20018胡 学 林 .可 编 程 控 制 器 教 程 （ 实 训 篇 ） M.北 京 ： 电 子 工 业 出 版 社 ， 2004