饮料灌装生产流水线的PLC控制.doc

湖北文理学院课程设计报告理工学院课程设计成绩评定表课程名称机电传动控制课程设计专 业机械设计制造及其自动化班级机械1011学号10316105姓名成欢项目评 分 标 准评分等级得分折合分平时成绩（占20）1、态度端正，设计认真，能积极动脑思考，学习纪律好。优秀2、态度较好，较认真，能积极动脑思考，学习纪律较好。良好3、态度一般，较认真，能动脑思考，学习纪律尚可。中等4、态度较差，不够认真，不善于动脑思考，纪律较差。及格5、态度差，不认真，不动脑思考，纪律差。不及格图纸质量成绩（占40）1、绘图规范，标注准确，结构合理，图纸质量高。优秀2、绘图较规范、准确，结构基本合理，图纸质量较好。良好3、绘图基本规范、准确，结构基本合理，图纸质量一般。中等4、绘图不够规范、准确，结构不太合理，图纸质量较差。及格5、绘图不规范、准确，结构不合理，图纸质量差。不及格设计报告成绩（占40）1、撰写规范，设计思路清晰，知识运用熟练，设计详尽细致，按要求完成设计。优秀2、撰写较规范，设计思路基本清晰，知识运用较熟练，设计基本详尽细致，能按要求完成设计。良好3、撰写基本规范，设计思路基本清晰，知识运用尚可，设计基本详尽细致，能按要求完成设计。中等4、撰写不够规范，设计思路不太清晰，知识运用一般，设计不够详尽细致，基本完成设计。及格5、撰写不规范，设计思路不够清晰，知识运用不熟练，设计不够详尽细致，没有按要求完成设计。不及格总评成绩指导教师： 2013 年 1 月 5 日注：1、该成绩评定表每位学生一份，并装订在设计说明书的封面之后；2、指导教师按课程设计大纲的要求评定成绩，并给出总评成绩；3、折合分：优秀90分,良好80-89分,中等70-79分,及格60-69分,不及格60分。湖 北 文 理 学 院 理 工 学 院机电传动控制课程设计报告题 目饮料灌装生产流水线的PLC控制专 业机械设计制造及其自动化班 级机械1011姓 名成欢学 号10316105指导教师职 称吴何畏 教授2013年 1 月 5 日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用。鉴于此，设计者利用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、梯形图目 录前言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 系统总体设计8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10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 课程设计总结17参考文献18前言一、 课题研究背景几年前，自动化技术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，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4.系统调试：利用仿真软件对所编制的程序进行软件调试。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；2. 输入部件连接现场设备与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。另外，还必须有编程器将用户程序写进规定的存储器内。PLC的基本组成框图如图1-2所示：图1-2 PLC的基本组成框图1.3 PLC的功能与特点功能：1.逻辑控制2.定时控制3.计数控制4.步进(顺序)控制、5.PID控制、数据控制6.PLC具有数据处理能力、通信和联网7.其它PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如定位控制模块、CRT 模块。特点：1.可靠性高，抗干扰能力强2.功能完善，适用性强3.易学易用，深受工程技术人员欢迎4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造五.体积小，重量轻，能耗低1.4 PLC的应用范围目前，在国内外PLC已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。从应用类型看，PLC的应用大致可归纳为以下几个方面：1.开关量逻辑控制 2.运动控制 3.过程控制 4.数据处理第二章 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。灌装流水线示意图如下：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。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：敏感元件转换元件接口电路辅助电源电信号非物理量图2-2 传感器组成针对本课题的控制要求，在设计中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控制系统外部接线图如图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SB1X0002停止按钮SB2X0013空瓶检测传感器开关信号P0X0024瓶子检测传感器开关信号P1X0035满瓶检测传感器开关信号P2X0046空瓶计数器手动复位开关SB3X0057满瓶计数器手动复位开关SB4X006表4-2 饮料罐装生产流水线控制系统的PLC输出接口功能表序号工位名称文字符号输入口1电机驱动传送带工作KM1Y0002灌装设备工作KM2Y0013灌装过程报警显示灯L0Y002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-16MR-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。4.1 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。4.2 梯形图手动复位部分梯形图：4.3 指令表第五章 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。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步即实现了传送带自动启动。第六章 课程设计总结本次课程设计主要是利用我们所学的可编程控制器这一章的内容，通过本次课程设计，我深刻的体会到了这门课程与实际生活的紧密联系。我设计的是饮料灌装生产线的PLC控制，在生活中，除了在饮料罐装这一生产线生可以使用以外，还可以在各种灌装生产线上使用。在我们身边PLC的自动控制无处不在，感觉学好了PLC这一章，未来我们的温饱问题真的可以解决了。通过这次课程设计，也让我知道了我在PLC这一章学的不足地方，特别是在编程这一部分。由于在学习编程这一部分课程内容的时候，因为个人原因没能按时上课，以至于漏掉了一些知识，下去之后也没认真翻看课本，在真正自己编写程序的时候，发现有的地方无从下手。但是在完成课程设计的这段时间通过同学的耐心帮助，又重新对编程做了全面的恶补，我发现只要认真的学习，其实也很简单的。同时，我也知道，我们现在所学习的内容也只是PLC的一些皮毛，要是想在PLC行业中获得一碗真正的饭，也还是需要自己下去之后多翻看相关的书籍，学习更多的基础知识。在此非常感谢吴老师的教育，对于老师在课上将的一些课外只是我也非常的感兴趣，我在其中也受益匪浅。参考文献1邓星钟.机电传动控制（第四版）.武汉：华