PLC课程设计-饮料罐装生产流水线的PLC控制.doc

永城职业学院毕业论文永城职业学院项 目 设 计饮料罐装生产流水线的plc控制 班 级 xxxxx专 业 xxxxxxx学生姓名 xxxxx指导教师 xxxxxxx日 期 2010年 6 月 10 日目 录摘要- 2 -1 plc简介- 3 -2.控制要求：- 4 -plc的基本结构及工作原理- 5 -3.1、 循环扫描技术- 6 -3.2 plc的输入/输出响应时间- 7 -4、plc控制系统设计原则和设计步骤- 7 -4.1 设计原则- 7 -4.2 设计步骤- 7 -5. 硬件控制设计- 10 -5.1硬件选型- 10 -5.1.1 plc选型- 10 -5.1.2 电动机的选择- 10 -5.1.4 热继电器fr的选择- 11 -5.1.5 中间继电器r0的选择- 11 -5.1.6 时间继电器tm的选择- 11 -5.1.7 传感器的选择- 11 -5.2 硬件电路的设计- 11 -6、软件控制设计- 12 -6.1 编程软件- 12 -6.2、 i/o接线图- 13 -6. 3、 程序的流程图、构成和相关设置- 13 -6.3.1、系统流程图- 13 -6.3.2、程序的下载、安装和调试- 14 -6.4、全自动洗衣机控制系统plc程序- 15 -6.5、源程序- 15 -6.6调试- 17 -心得体会- 18 -参考文献- 19 -饮料罐装生产流水线的plc控制摘要：文章探讨了如何利用日本松下plc fp0c14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，实现了饮料灌装的自动化，提高了生产效率，降低了劳动强度。由可编程控制器程序对饮料灌装生产自动和手动的控制流程可知，系统启动，a电磁阀打空瓶同时传动带电机运行，瓶子到达灌装设备下时，光电红外线传感器检测到瓶子，则空瓶停顿一秒同时主传动系统停止运行，然后b电磁阀开启，开始灌装饮料，时间为五秒，同时有指示灯显示，此后压力传感器检测到并接通计数器记录满瓶个数且主传动系统又启动运行，这样可知，a电磁阀是每隔六秒打一个空瓶到传送带上的，并且打空瓶数量有限，计数器计数打完三万个自动报警，期间可随时手动对计数器进行复位操作，同时系统停止运行，需手动装瓶后再开启系统。传统的饮料灌装生产线的电气设备控制系统是继电器接触器控制方式，使用生产效率低且故障率高！而现代自动化生产线在众多领域应用的非常广泛，其控制部分常常采用plc控制，运行更平稳，定位更准确，功能更完善，操作更方便。为适应发展，特提出下面的plc控制技术改造现有生产线，提高自己运用知识解决问题的能力，以更快的速度融入现代制造业的队伍当中！关键词：plc 自动化饮料灌装生产线 生产线控制系统 系统硬件接线图1 plc简介可编程控制器(programmable controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(programmable logic controller)，简称plc，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称pc。但是为了避免与个人计算机(personal computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称plc，实质上是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，其基本构成为：中央处理单元(cpu) ；存储器；电源输入输出接口电路。plc是传统的继电器技术和计算机技术相结合的产物，所以要工业控制方面，它具有继电器或通用计算机所无法比拟的特点：高可靠性。plc的高可靠性主要表现在硬件和软件两个方面：（1）在硬件方面，由于采用性能优良的开关电源，并且对选用的器件进行严格的筛选，加上合理的系统结构，最后加固、简化安装，因此plc具有很强硬的抗振动冲击性能；无触点的半导体电路来完成大量的开关动作，就不会出现继电器系统中的器件老化、脱焊、触点电弧等问题；所有的输入/输出接口都采用光电隔离措施，使外部电路和plc内部电路能有效的进行隔离；plc模块式的结构，可以在其中一个模块出现故障时迅速地判断出故障的模块并进行更换，这样就能尽量的缩短系统的维修时间。（2） 在软件方面，plc的监控定时器可用于监视执行用户程序的专用运行处理器的延迟，保证在程序出现错误和程序调试时，避免因程序错误而出现死循环；当cpu、电池、i/o口、通信等出现异常时，plc的自诊断功能可以检测到这些错误，并采取相应的措施，以防止故障扩大；停电时，后电池和正常工作时一样，进行对用户程序及动态数据的保护，确保信息不丢失。应用灵活、使用方便。模块化的plc设计，使用户能根据自己系统的大小、工艺流程和控制要求等来选择自己所需要的plc模块并进行资源配置和plc编程。这样，控制系统就不需要大量的硬件装置，用户只需根据控制需要设计plc的硬件配置和i/o的外部接线即可。2.控制要求：（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，并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作（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计数器检测并记 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30000瓶（4）可以手动对计数值清零（复位）plc的基本结构及工作原理整个灌装流水线的基本结构如图3-1所示，其有主传动带（三相电动机）、灌装设备（b电磁阀）、光电（红外线）传感器、压力传感器、打空瓶器（a电磁阀）、指示灯、报警器、定时器和计数器等组成。电动机启停、a、b电磁阀动作与停止（打空瓶和灌装饮料）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。 整个灌装流水线的基本结构如图所示，其有主传动带（三相电动机）、灌装设备（b电磁阀）、光电（红外线）传感器、压力传感器、打空瓶器（a电磁阀）、指示灯、报警器、定时器和计数器等组成。电动机启停、a、b电磁阀动作与停止（打空瓶和灌装饮料）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。图3-1 饮料罐装流水线基本结构示意图 饮料罐装流水线的运作是通过电磁阀和电动机来控制的，电磁阀采用比例电磁阀，其原理是利用比例电磁铁的输出电磁力，使液流压力和流量连续的、按比例跟踪控制信号而变化。直动式电磁阀，通电时电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。电气plc控制在真空、负压、零压时能正常工作，通径一般不超过25mm。工作环境要求不高，易满足。3.1、 循环扫描技术当plc投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，plc的cpu以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。输入阶段（将外部输入信号的状态传送到plc）、执行程序阶段和输出阶段（将输出信号传送到外部设备）。(一) 输入采样阶段 在输入采样阶段，plc以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入i/o映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，i/o映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。(二) 用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，plc总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统ram存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在i/o映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。(三) 输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，plc就进入输出刷新阶段。在此期间，cpu按照i/o映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是plc的真正输出。3.2 plc的输入/输出响应时间i/o响应时间是指某一输入信号从变化开始到系统相关输出端信号的改变所需要的时间因为plc的循环扫描工作方式，所以收到输入信号的时刻不同，响应时间的长短也不同。下面就给出了最短和最长响应时间。最短响应时间：一个扫描周期刚结束就收到输入信号，即收到这个输入信号与开始下一个扫描周期同时，这样的响应时间最短。最长响应时间：在一个扫描更完成输入读取后才接到输入信号，这样这个输入信号在该扫描周期将不会发生变化，要等到下个扫描周期才能得到响应。这时响应时间最长。4、plc控制系统设计原则和设计步骤4.1 设计原则plc控制系统是为工艺流程服务的，所以它首先要能很好的实现工艺提出的控制要求。plc控制系统的设计应遵循以下原则：（1） 根据工艺流程进行设计，力求设计出来的控制系统能最大限度满足控制要求。（2） 在满足控制要求的前题下，尽量减少plc系统硬件费用。（3） 考虑到以后控制要求的变化，所以控制系统设计时应考虑到plc的可扩展性。（4） 控制系统使用和维护方便、安全可靠。4.2 设计步骤一般plc控制系统的设计步骤如图4-1所示，具体操作如下：（1）控制要求分析 在设计plc控制系统之前，必须对工艺流程进行细致的分析，详细了解控制对象和控制要求，这样才能真正明白自己要完成的任务，设计出令人满意的控制系统。（2）确定i/o设备 根据控制要求选择合理的输入设备（控制按钮、开关、传感器等）和输出设备（接触器、继电器等）。并根据选用的输入/输出设备的类型和数量，确定plc的i/o点数。（3）选择合适的plc 确定plc的点数后，就根据i/o点数、控制要求等来进行plc的选择。选择包括机型、存储器容量、输入/输出模块、电源模块和智能模块等。（4）plc程序设计本阶段就是根据控制对象和控制要求对plc进行编程。首先把工艺流程分为若干阶段，确定每一阶段的输入信号和输出要控制的设备，还有不同阶段之间的关系，然后画出程序流程图，最后再进行程序编制。(5)i/o点数分配点数分配就是plc的i/o端子和输入/输出设备的对应关系，画出i/o接线原理图。（6）模拟调试 程序编制好后，可以用按钮和开关模拟数字量，电压源和电流源代替模拟量，进行模拟调试，使控制程序基本满足控制要求。（7）现场联机调试现场联机调试就是将plc与现场设备进行调试。在这一步中可以发现程序存在的实际问题，然后经过修正后使其满足控制要求。（8）整理技术文件 这一步主要包括整理与设计有关的文档，包括设计说明书、i/o接线原理图、程序清单和使用说明书等。开始设计控制要求分析确定i/o设备选择合适的plci/o点数分配plc程序设计模拟调试 现场联机调试整理技术文件设计结束图4-1 一般plc控制系统的设计步骤5. 硬件控制设计5.1硬件选型5.1.1 plc选型松下可编程控制器是小型plc中的领跑者，由于其具有以下优点 采用通信模块插件充实通信功能可以实现最大100hz的位置控制体现免维护性及考虑数据备份的结构高速、丰富的实数运算功能依照小型plc的标准在保持机身小巧、使用简便的同时，加载中型plc的功能。大幅度充实通信功能、大幅度提升位置控制性能，实现卓越的维护性。因此在此次设计中采用松下plc进行设计。5.1.2 电动机的选择电动机m型号为y132m-4，额定电压为交流380v，额定电流为15a，频率为50hz,功率为7.5kw，转速为1440r/min。5.1.3 熔断器fu的选择 采用自复式熔断器是一种应用非线性电阻元件金属钠在高温下电阻特性突变的原理制成。选tr1420型号，其额定电压380v，额定电流25a，分断能力为1000ka，能很好的为生产自动化服务。5.1.4 热继电器fr的选择 主电动机m的额定电流为15a，fr1可选用jr16,热元件电流为20a，其电流整定范围为14-22a，工作时间将额定电流调整为15a。其连接电动机主要起过载和断相保护。5.1.5 中间继电器r0的选择中间继电器在其电路中起中间信号转换的作用，当吸引线圈通电或者断点以后，其才通断，触头经过一定延时以后才动作，以控制电路的通断。选jz744型号，触电额定电压500v，额定电流5a。常开常闭触电各四个，吸引线圈额定电压为220或380v。5.1.6 时间继电器tm的选择此采用时间继电器，即在感受外界信号后一段时间执行相关动作的继电器。其控制灌装设备装灌、打瓶器打瓶。选js7-1a型号，触点额定电压380v，额定电流5a.，延时范围为0.460s及0.4180s。可知其能合理控制。5.1.7 传感器的选择采用红外线传感器接通有空瓶到来的动作控制，起到接通开关的作用。它是利用被测物体热辐射引起敏感元件温度的变化进行测量的。常温下工作且价格便宜，不受可见光的影响。选pir型，信号处理器sns9201接收传感信号，通过转化为电信号高电平启动控制设施。压电电阻型半导体压力传感器，灵敏度高、输出信号大、响应速度快、性能稳定且电阻值可在较宽的范围内调整以适应不同需要。采用dyc型，当压力增大时，其控制电阻急剧减小，接通控制电路。 5.2 硬件电路的设计设计时其系统控制结构图如图5-1所示图5-1 系统控制结构图其系统外围接线主电路如图5-2所示图5-2 系统外围接线主电路6、软件控制设计6.1 编程软件编程软件采用松下公司为其生产的plc而设计的编程软件fpwin-gr，中文版v2.4。6.2、 i/o接线图i/o口接线图如图6-1所示图6-1 i/o口接线图6. 3、 程序的流程图、构成和相关设置6.3.1、系统流程图系统由plc采用循环扫描的方式不断进行自动化生产，如图6-2所示，只有系统出现故障或计数器值减为零时才停止并报警，指示灯亮。当计数器清零时，同时显示报警，需手工进行添瓶才行。对于计数器本身设置紧急停止时可以手动复位。方便线路随即停止。系统通过开关设定为自动操作模式，一旦启动，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为止；瓶子装满饮料后传送带驱动电机必自动启动，并保存到有检测到一个瓶子或停止开关动作。当瓶子定位在灌装设备时停顿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。系统计数器设定30瓶，完后则报警，再手动装瓶。 图6-2 饮料灌装生产流水线系统流程图6.3.2、程序的下载、安装和调试将各个输入/输出端子和实际控制系统中的按扭、所需控制设备正确连接，完成硬件的安装。饮料罐装生产流水线程序是有fpwin-gr软件的指令完成，正常工作时程序存放在存储卡中，若要修改程序，先将plc设定在stop状态下，运行fpwin-gr编程软件，打开饮料罐装生产流水线程序，即可在线调试，也可用编程器进行调试。6.4、全自动洗衣机控制系统plc程序这个控制系统的输入有启动按扭、停止按扭、装罐口监测、手动复位开关、满瓶监测。具体的输入分配如表6-1所示。表6-1 输入分配表根据其输入判断其输出有四个，如表6-2所示表6-2 输出分配表6.5、源程序它的助记符及程序为：源程序梯形图为6.6 调试（1） 在根据控制要求的基础上绘制出电路图，根据电路图画出梯形图。（2） 然后根据梯形图绘制外围接线图。（3） 把梯形图写入plc软件中，然后进行plc的载入，载入完成后进行外围接线。（4） 根据绘制的外围接线图，用导线把松下fpo适配板、按钮开关适配箱与东方明珠灯光系统相连。（5） 连接完成后，按下启动按钮开始调试。（6） 最终调试成功。心得体会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其各阶段的基本任务，熟悉了设计程序总流程框图，加深了对plc的理解，课本上的知识是机械的，表面的。通过努力把原来以为很深奥的书本知识变的更为简单，对实验原理有更深的理解。 通过该课程设计，全面系统的理解了plc构造的一般原理和基本实现方法。把死板的课本知识变得生动有趣，激发了学习的积极性。把学过的原理加以强化，能够把课堂上学的知识通过自己设计的程序表示出来，加深了对理论知识的理解。现在通过自己动手做实验，从实践上认识了操作系统是如何处理命令的，对plc原理的认识更加深刻。课程设计中程序比较复杂，在调试时应该仔细。在这次课程设计中，我就是按照实验指导的思想来完成。加深了理解文件系统的内部功能及内部实现，培养实践动手能力和程序开发能力的目的。一学期的学习即将接近尾声，在此首先向我的专业课老师表示衷心的感谢！一学期的学习课程充满艰辛、艰难与坎坷，在不断地探索当中不断地进步，不断发展充实自己。从以前的浅薄过渡到现在的渊博。随着时间的推移知识的积累让自己生活阅历变得丰富。在做课程设计之余，充满了许多障碍，但自己经过深思熟虑最终一一破解，获得实验成功，心中倍感欣慰。参考文献【1】张桂香、马全广主编.电气控制与plc.北京化学工业出版社2006【2】胡学林等编.电气控制与plc.北京：冶金工业出版社.1997【3】余雷声等编. 电气控制与plc应用.北京：机械工业出版社.1998【4】日本松下电工株式会社编.fpo programming mannual（英文版）【5】廖常初编.可编程控制器应用技术（第三版）.重庆：重庆大学出版社.1998【6】廖常初编.plc梯形图程序的设计方法与技巧、电工技术.1998-1999【7】张立科主编.plc应用开发技术与工程实践.北京：人民邮电出版社、2005项目设计成绩评定表项 目权重优秀（100x90）良好（90x80）中等（80x70）及格（70x60）不及格60分值参 考 标 准参 考 标 准参 考 标 准参 考 标 准参 考 标 准工作量及态度0.15能很好地完成任务书规定的工作量学习态度认真，勤学好问，模范遵守纪律能较好地完成任务书规定的工作量学习态度比较认真，组织纪律较好能完成任务书规定的工作量学习态度尚好、遵守组织纪律能基本完成任务书规定的工作量学习态度一般，组织纪律较差没有完成任务书规定的工作量学习马虎、纪律涣散 规范要求0.10源程序及说明书、报告书写规范整洁，有较高的质量源程序及说明书、报告书写达到规范化要