基于PLC矿泉水自动灌装系统的设计

1、河北化工医药职业技术学院论文（设计）河北化工医药职业技术学院论文（设计） 河北化工医药职业技术学院论文（设计）河北化工医药职业技术学院论文（设计）1基于基于 PLCPLC 矿泉水自动灌装系统的设计矿泉水自动灌装系统的设计摘摘 要要随着时代的发展，科技的进步，越来越多的行业正在向着自动化的方向发展。1913 年，汽车大王福特在他的工厂里设置第一条自动化生产线。之后自动化生产线的生产模式被迅速推广，医药、汽车、食品等行业争相使用高效率、低成本的生产自动化生产线。在饮料行业，自动化生产线的生产方式是推广的最普及的一种生产模式，它促使灌装的速度大幅提升，同时也使得灌装精度更高，给企业带来了不可小觑的生

2、产力。本文所涉及的矿泉水灌装自动化生产线采用 PLC 控制，流量计计量，确保了灌装的速度和精度。本设计采用三菱 FX 系列 PLC 及多电动机控制，对自动化生产线的喷头、传送带以及拦截杆进行多动作的操作。从我国基本国情的角度出发，国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向，以提高我国自动化生产线综合竞争能力和产业化水平为目标，用系统的方法，选择能够主导21 世纪初期我国自动化生产线关键技术以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容，实现自动化生产线的跨跃式发展。关键词：关键词：自动控制,PLC,灌装,传感器,生产线河北化工医药职业技术学院论文（设计）河北化工医药职业技术学院论文（设

3、计）1BASED ON PLC MINERAI WATER AUTOMATIC FILLING SYSTEM DESIGNABSTRACT With the development of The Times, the progress of science and technology, more and more industry is moving towards the direction of automation. In 1913, the ford in his factory set first automated production line. After automated

4、 production line production pattern is rapid popularization, medical, automotive, food industry etc scramble to use high efficiency, low cost automated production line. In beverage industry, automated production line mode of production is to promote the most popular a kind of production mode, it cau

5、ses the filling speed increases, but make the filling a higher precision, to bring enterprise cannot small gaze of productivity. This paper involves the mineral water filling automation production line adopts PLC control, flowmeter metering, insure the filling speed and precision. The design USES mi

6、tsubishi FX series PLC and more motor control, automatic production lines sprayer, conveyors and intercept stem more action operation. From the perspective of our countrys basic conditions, the states strategic needs of national economy market demand oriented, in order to improve our country compreh

7、ensive competitive capability and automatic production lines for the industrialization level target, use the method of system, selection of the early 21st century in China can dominate automatic production lines and support the industrialization development and key technology supporting technologies

8、, supporting technology as research and development, the contents of the automation line of developing by leaps and boundsKEY WORDS： automatic control, plc, filling, sensors, production line 基于基于 PLC 矿泉水自动灌装系统的设计矿泉水自动灌装系统的设计2摘要摘要.1第一章、绪论第一章、绪论.311 自动化灌装生产线的发展 .312 本课题设计的内容 .313 本课题设计的目的和意义 .3第二章、方案总

9、设计第二章、方案总设计.52.1 控制方案设计 .52.2 记量控制设计 .6 2.3 传送带电气控制设计 .7第三章、硬件设计第三章、硬件设计.83.1 PLC 的选择.83.2 流量计选择 .113.3 电磁阀选型 .113.4 微型电动机 .123.5 传感器选择 .133.6 硬件清单 .143.7 PLC I/O 分配表设计.143.8 PLC 外部接线图.15第四章、软件设计第四章、软件设计.164.1 控制系统流程图设计 .164.2 控制功能图设计 .174.3 程序设计 .18第五章、系统维护与常见故障分析第五章、系统维护与常见故障分析.195.1 自动化生产线的保养 .19

10、5.2 自动化生产线常见故障分析 .19结论结论.21 参考文献参考文献.22致谢致谢.23河北化工医药职业技术学院论文（设计）河北化工医药职业技术学院论文（设计）3第一章第一章 绪绪 论论1.11.1 自动化灌装生产线的发展自动化灌装生产线的发展目前，就我国发展形势而言，自动化生产线的引进和快速发展是不可避免的其特点是高速度、高质量、高精度， 而且向大型化发展 为了适应工业大生产，以获取最佳经济效益的需要， 各个行业尤其是 饮料行业其设备越来越趋向于大型化 。商品的快速消耗，使我国必须加快商品生产的步伐并提高产品的质量。自动化生产线的发展，促使了我国的供求走向的健康有序的发展，也必然会慢慢渗

11、透到我国的各个行业中。据调查统计表明，饮料行业自引进自动化生产线设备以来，生产力得到了大幅的提升，其产能大致提升为未引进前的 3-5 倍。其中，灌装精度更是手工灌装所无法比拟的。由此可见，自动化生产线的引进必然是大大的利于行业的发展和进步。自动化生产线的发展前景是不容小视的，就我国目前各大领域来说，依然有很多行业还未触及到自动化生产线，也就是说，其产能还未得到有效的开发，而且机电一体化技术是当前饮料机械设备发展的最重要的趋势。可编程序控制器普遍应用于饮料机械设备的控制系统中，大型设备采用计算机控制，故障自我诊断，有信号显示，实现了智能化。生产设备的技术含量高、可靠性高，全生产线的自控水平高和全

12、线效率高。在线检测装置和计量装置配套完备，能自动检测各项参数，计量精确。集机、电、气、光、磁为一体的高新技术产品不断涌现。饮料包装设备的可靠性和包装线的协调性，直接影响到整条生产线的工作效率、生产成本和产品质量。那么，现在落实自动化生产线的普及和开发是当务之急，也与针对邓小平同志所提出的“科学技术是第一生产力”相呼应。1.21.2 本课题设计的内容本课题设计的内容以 PLC 控制为核心，采用电动机、流量计等辅助手段来完成矿泉水自动灌装设计。内容及要求：1、利用 PLC 编程软件设计程序，对整个自动化生产线电路进行控制。2、设计拦截杆的电路图。 （主要为电机的正反转以及延时动作电路）3、设计流量

13、计的接线图，根据流量计来执行对拦截棒及传送带的开停。1.31.3 本课题设计的目的和意义本课题设计的目的和意义通过此次设计，是对我专业学习的总结和考验，也是学习成果的真实体现和自身能力的提高，并且在这次综合的研究课题中又是一个新的学习过程，同时加强我的实际动手能力和操作能力。首先让我了解了灌装矿泉水自动化生产线基本构造、原理和运行过程，使自己对 PLC 的程序控制有了初步的认识和后续工作的设想。通过对灌装矿泉水自动化生产线的设计，让我融汇贯通我所学的理论知识和实践知识，以及综合分析问题、解决问题的能力有极大的提高和促进。在制作过程中能够把所学的知识系统的、有条理基于基于 PLC 矿泉水自动灌装

14、系统的设计矿泉水自动灌装系统的设计4的连接起来，并能在自己的脑海中得以巩固，还加强了我对系统各部分内在关系的认识，这能培养我们适应新器件、新技术不断更新的能力，从而开发我们的创新能力。它是一座由校园到社会的桥梁，从一个按课本听课写作业的学生转变为一个在岗位工作的技术人员，这是一个突变，往往会面临许多的新问题，带来许多的不适应，所以在这次课题设计中的种种问题和生活中的常规工作，对我能够平稳过度这一阶段有着非常重要的意义，将为以后的工作打下扎实的基础。河北化工医药职业技术学院论文（设计）河北化工医药职业技术学院论文（设计）5第二章第二章 方案方案总体设计总体设计2.12.1 控制方案设计控制方案设

15、计 本次灌装矿泉水自动化生产线是根据四口灌装矿泉水自动化生产线的原理来设计的。其工作流程及原理如下：首先，人工将矿泉水瓶放置在自动化生产线上（自动化生产线的宽度仅够一个瓶身通过，且两端空隙不超过 2 毫米，瓶与瓶之间无空隙） ，启动机器，传送带将瓶子往前移，移至光电传感器下端时，传感器自动计数。瓶子前端有一铁杆拦住所有瓶子，当光电传感器计数至 4 个时，传感器此时传输信号给 PLC，PLC 控制后拦截杆，后拦截杆拦截第五个瓶子。延时 2S 后，传送带停止工作。PLC 传输信号给气缸上的电磁阀，电磁阀开通，气泵对气缸充气，下压喷口到瓶口内，行程开关打向另一侧，传输信号给 PLC，PLC 传输信号

16、给喷口上的电磁阀，电磁阀开通，椭圆齿轮流量计开始计算流量，喷口注水。灌装至流量计显示流量达成（一般为 1L） ，此时，流量计传输信号给 PLC，PLC 关断电磁阀，喷口停止灌水。之后 PLC 传输信号给气缸电磁阀，喷口上抬置顶，行程开关复位。而后PLC 控制主电机带动传送带。前一铁杆收回，而后拦截杆不收回，让前面四个瓶子继续传送，第五个瓶子不传送。延时 4S 后，前拦截杆伸出，而后拦截杆杆收回，光电传感器继续计数，第五个瓶子继续往前传送至第一个铁杆，而后往复此循环。如图 2.1 所示。空空水水瓶瓶前前拦拦截截杆杆后后拦拦截截杆杆喷喷口口喷喷口口喷喷口口喷喷口口流流量量计计流流量量计计流流量量计

17、计贮水箱电电磁磁阀阀传传送送带带光光电电传传感感器器汽汽缸缸汽缸电磁阀空压机流流量量计计行程开关运行方向图 2-1 控制系统结构示意图（框图）基于基于 PLC 矿泉水自动灌装系统的设计矿泉水自动灌装系统的设计62.22.2 计量控制设计计量控制设计本设计的重点在于利用椭圆齿轮流量计控制 PLC 以达到计量控制的目的。在这一步中，当喷口下压到底，PLC 控制电磁阀打开出喷口，椭圆齿轮流量计开始计数，流量计计数至 1L 的时候（椭圆齿轮流量计的工作原理及二次仪表的选择见 3.2.1 和3.2.2） ，流量计传输信号给 PLC，PLC 马上关断电磁阀，接下来才能进行下一步骤。此操作流程如图 2.2：

18、PLC流流量量计计电电磁磁阀阀1 1. .打打开开喷喷口口2.流流量量计计计计数数3.计计量量达达到到1L4.关关断断电电磁磁阀阀图 2-2 计量系统工作流程图河北化工医药职业技术学院论文（设计）河北化工医药职业技术学院论文（设计）72.32.3 传送带电气控制设计传送带电气控制设计 传送带主电路为简单的正反转控制电路（如图 2.3） ，传送带的要求的速度为匀速。如果速度过快，则水瓶在急停时容易出现瓶身跌倒，致使液体外泄。传送带过慢同样不可取，因为过慢影响工作效率，将对工厂的产量产生影响。图 2-3 主电机电路接线图基于基于 PLC 矿泉水自动灌装系统的设计矿泉水自动灌装系统的设计8第三章第三

19、章 硬件设计硬件设计3.13.1 PLCPLC 的选择的选择一一、选选型型规规则则在可编程逻辑控制器系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是可编程逻辑控制器工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。可编程逻辑控制器及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用可编程逻辑控制器应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，可编程逻辑控制器的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确

20、控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定可编程逻辑控制器的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的可编程逻辑控制器和设计相应的控制系统。 (一)输输入入输输出出（I I/ /O O）点点数数的的估估算算 I/O 点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商可编程逻辑控制器的产品特点，对输入输出点数进行圆整。(二)存存储储器器容容量量的的估估算算 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的

21、存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。 存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量 I/O 点数的 1015 倍，加上模拟 I/O 点数的 100 倍，以此数为内存的总字数（16 位为一个字） ，另外再按此数的 25%考虑余量。二、控制功能的选择二、控制功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 1 1、运运算算功功能能 简单可编程逻辑

22、控制器的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通可编程逻辑控制器的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型可编程逻辑控制器中还有模拟量的PID 运算和其他高级运算功能。随着开放系统的出现，目前在可编程逻辑控制器中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和PID运算等。要显示数据时需要

23、译码和编码等运算。 2 2、控控制制功功能能 河北化工医药职业技术学院论文（设计）河北化工医药职业技术学院论文（设计）9控制功能包括 PID 控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。可编程逻辑控制器主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高可编程逻辑控制器的处理速度和节省存储器容量。例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、 ASC 码转换单元等。 3 3、通通信信功功能能 大中型可编程逻辑控制器系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如TCP/IP），需要时应

24、能与工厂管理网（ TCP/IP）相连接。通信协议应符合 ISO/IEEE通信标准，应是开放的通信网络。 可编程逻辑控制器系统的通信接口应包括串行和并行通信接口、RIO 通信口、常用 DCS 接口等；大中型可编程逻辑控制器通信总线（含接口设备和电缆）应1：1冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。 可编程逻辑控制器系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于1Mbps，通信负荷不大于 60%。可编程逻辑控制器系统的通信网络主要形式有下列几种形式： 1）、PC 为主站，多台同型号可编程逻辑控制器为从站，组成简易可编程逻辑控制器网络； 2）、1 台可编程逻辑控制器为主站，其他同型

25、号可编程逻辑控制器为从站，构成主从式可编程逻辑控制器网络； 3）、可编程逻辑控制器网络通过特定网络接口连接到大型DCS 中作为 DCS 的子网； 4）、专用可编程逻辑控制器网络（各厂商的专用可编程逻辑控制器通信网络）。 为减轻 CPU 通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的（如点对点、现场总线、）通信处理器。 4 4、编编程程功功能能 离线编程方式：可编程逻辑控制器和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU 只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU 对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不

26、方便。在线编程方式： CPU 和编程器有各自的 CPU，主机 CPU 负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型可编程逻辑控制器中常采用。 五种标准化编程语言：顺序功能图（ SFC）、梯形图（ LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（ IL）、结构文本（ ST）两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准（ IEC6113123），同时，还应支持多种语言编程形式，如C，Basic 等，以满足特殊控制场合的控制要求。 5 5、诊诊断断功功能能 可编

27、程逻辑控制器的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC 内部的性基于基于 PLC 矿泉水自动灌装系统的设计矿泉水自动灌装系统的设计10能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对可编程逻辑控制器的CPU 与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。 可编程逻辑控制器的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。 6 6、处处理理速速度度 可编程逻辑控制器采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则可编程逻辑控制器将扫描不到该信号，造成信号数据的

28、丢失。 处理速度与用户程序的长度、 CPU 处理速度、软件质量等有关。目前，可编程逻辑控制器接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约0.20.4Ls，因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期（处理器扫描周期）应满足：小型可编程逻辑控制器的扫描时间不大于0.5ms/K；大中型可编程逻辑控制器的扫描时间不大于 0.2ms/K。三三、P PL LC C 输输入入/ /输输出出类类型型1 1、开开关关量量 开关量主要指开入量和开出量，是指一个装置所带的辅助点，譬如变压器的温控器所带的继电器的辅助点（变压器超温后变位）、阀门凸轮开关所带的辅助点（阀门开关后变位），接触器所带的辅助点（接

29、触器动作后变位）、热继电器（热继电器动作后变位），这些点一般都传给 PLC 或综保装置，电源一般是由 PLC 或综保装置提供的，自己本身不带电源，所以叫无源接点，也叫PLC 或综保装置的开入量。 2 2、数数字字量量 在时间上和数量上都是离散的物理量称为数字量。把表示数字量的信号叫数字信号。把工作在数字信号下的电子电路叫数字电路。 3 3、模模拟拟量量 在时间上或数值上都是连续的物理量称为模拟量。把表示模拟量的信号叫模拟信号。把工作在模拟信号下的电子电路叫模拟电路。本生产线选择本生产线选择 plcplc 型号型号本自动化生产线共有个输入以及各输出，结合实际需求与成本控制故采用三菱 FX2N-4

30、8MR-001 型 PLC 。该款 PLC 价格适中，性能稳定，适用于本设计。 内置 8K 容量的 RAM 存储器，最大可以扩展到 16K CPU 运算处理速度 0.08S/基本指令 在 FX2N 系列右侧可连接输入输扩展模块和特殊功能模块河北化工医药职业技术学院论文（设计）河北化工医药职业技术学院论文（设计）113.23.2 流量计流量计选择选择椭圆齿轮流量计的特点椭圆齿轮流量计的特点流量测量与流体的流动状态无关，这是因为椭圆齿轮流量计是依靠被测介质的压头推动椭圆齿轮旋转而进行计量的(如图 3.2.1)。粘度愈大的介质，从齿轮和计量空间隙中泄漏出去的量愈小，因此核测介质的粘皮愈大， 泄漏误差

31、愈小，对测量愈有利。椭圆齿轮流量计计量精度高，适用于粘度较高的介质流量的测量，但不适用于含有固体颗粒 的流体(固体颗粒会将齿轮卡死，以致无法测量流量)。如果被测液体介质中夹杂有气体时，也会引起测量误差。椭圆齿轮流量计是容积式流量计的一种，用于精密的连续或间断的测量管道中液体的流量或瞬时流量它特别适合于重油、聚乙烯醇、树脂等粘度较高介质的流量测量。椭圆齿轮流量计的安装椭圆齿轮流量计的安装椭圆齿轮流量计在安装前应清洁管道若液体内含有固体颗粒，则必须在管道上游加装过滤器；若含气体应安装排气装置。椭圆齿轮流量计对前后直管段没有一定的要求。它可以水平或垂直安装。安装时，应使流量计的椭圆齿轮转动轴与地面平

32、行。 椭圆齿轮流量汁的使用椭圆齿轮流量汁的使用按照要求正确安装后的椭圆齿轮流量计，使用时即可保证足够的精度，通常累计值的精度可达 0.5 级，是一种较为准确的流量计量仪表。但是，如果使用时被测介质的流量过小，仪表的泄漏误差的影响就会突出，不能够保证足够的测量精度。因此，不同型号规格的椭圆齿轮流量计对最小使用流量有对应的允许值，只有当实际被测流量大于该下限流量允许值时，测量精度才能得到保证。其次，使用椭圆齿轮流量计时注意被测介质的温度不能过高，否则不仅会增加测量误差，而且有使齿轮发生卡死的可能。为此，椭圆齿轮流量计在仪表所规定的使用温度范围内使用。长期使用后的椭圆齿轮流量计，其内部的齿轮会被腐蚀

33、和磨损，从而影响测量精度。因此，要经常注意观察，并定期拆下进行检查，若条件允许最好定期进行标定3.33.3 电磁阀选型电磁阀选型电磁阀的特点电磁阀的特点1.动作快递，功率微小，外形轻巧。电磁阀响应时间可以短至几个毫秒，即使是先导式电磁阀也可以控制在几十毫秒内。由于自成回路，比之其它自控阀反应更灵敏。设计得当的电磁阀线圈功率消耗很低，属节能产品； 还可做到只需触发动作，自动保持阀位，平时一点也不耗电。电磁阀外形尺寸小，既节省空间，又轻巧美观。2.外漏堵绝，内漏易控，使用安全。内外泄漏是危及安全的要素。其它自控阀通常将阀杆伸出，由电动、气 动、液动执行机构控制阀芯的转动或移动。这都要解决长期动基于

34、基于 PLC 矿泉水自动灌装系统的设计矿泉水自动灌装系统的设计12作阀杆动密封的外泄漏难题；唯有电磁阀是用电磁 力作用于密封在电动调节阀隔磁套管内的铁芯完成，不存在动密封，所以外漏易堵绝。电动阀力矩控制不易，容 易产生内漏，甚至拉断阀杆头部；电磁阀的结构型式容易控制内泄漏，直至降为零。所以，电磁阀使用特别安全 ，尤其适用于腐蚀性、有毒或高低温的介质。3.型号多样，用途广泛。电磁阀虽有先天不足，优点仍十分突出，所以就设计成多种多样的产品，满足各种 不同的需求，用途极为广泛。电磁阀技术的进步也都是围绕着如何克服先天不足，如何更好地发挥固有优势而展 开。4.系统简单，便接电脑，价格低谦。电磁阀本身结

35、构简单，价格也低，比起调节阀等其它种类执行器易于安 装维护。更显著的是所组成的自控系统简单得多，价格要低得多。由于电磁阀是开关信号控制，与工控计算机连 接十分方便。在当今电脑普及，价格大幅下降的时代，电磁阀的优势就更加明显。国内外的电磁阀从原理上分为三大类(即：直动式、分步直动式、先导式)，而从阀瓣结构和材料上的不同与原理上的区别又分为六个分支小类(直动膜片结构、分步膜片结构、先导式膜片结构、直动活塞结构、分步活塞结构、先导活塞结构) 。 本设计主要采用的是直动势电磁阀。直动式电磁阀直动式电磁阀 原理：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，弹簧力把关闭件

36、压在阀座上，阀门关闭。特点：在真空、负压、零压时能正常工作，但一般通径不超过 25mm。3.43.4 微型电动机微型电动机体积、容量较小，输出功率一般在数百瓦以下的电机和用途、性能及环境条件要求特殊的电机。全称微型特种电机，简称微电机。常用于控制系统中，实现机电信号或能量的检测、解算、放大、执行或转换等功能，或用于传动机械负载，也可作为设备的交、直流电源。微特电机门类繁多，大体可分为直流电动机、交流电动机、自态角电机、步进电动机、旋转变压器、轴角编码器、交直流两用电动机、测速发电机、感应同步器、直线电机、压电电动机、电机机组、其他特种电机等 13 大类。微特电机在结构上大体可分为 3 类 ：电

37、磁式。基本组成与普通电机相似，包括定子、转子、电枢绕组、电刷等部件，但结构格外紧凑。组合式。常见的有两种：上述各种微电机的组合；微电机与电子线路的组合。例如直流电动机与传感器的组合，X 方向河北化工医药职业技术学院论文（设计）河北化工医药职业技术学院论文（设计）13与 Y 方向直线电动机的组合等。非电磁式。外形结构与电磁式一样，如旋转类产品作成圆柱形，直线类产品作成方形，但内部结构因其工作原理不同而差别很大。3.53.5 传感器选择传感器选择行程开关行程开关行程开关又称限位开关或位置开关。它是一种根据运动部件的行程位置而切换电路工作状态的控制电器。行程开关的动作原理与控制按钮相似，在机床设备中

38、，事先将行程开关根据工艺要求安装在一定的行程位置上，部件在运行中，装在其上撞块压下行程开关顶杆，使行程开关的触点动作而实现电路的切换，达到控制运动部件行程位置的目的。光电传感器光电传感器本设计采用的是欧姆龙的光电传感器(光电开关),E3JK-5M3,直流正负 12240V,交流 24240V。该光电传感器的特点：检测距离长如果在对射型中保留 10m 以上的检测距离等，便能实现其他检测手段（磁性、超声波等） 无法离检测。对检测物体的限制少 由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理，所以不象接近传感器等将检测物体限定在金属，它可对玻璃.塑料.木材.液体等几乎所有物体进行检测。响应时间短光本身为高速

39、，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间，响应时间非常短。 分辨率高 能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点，或通过构成特殊的受光光学系统，来实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。 可实现非接触的检测可以无须机械性地接触检测物体实现检测，因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此，传感器能长期使用。 可实现颜色判别 通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合 而有所差异。利用这种性质，可对检测物体的颜色进行检测。 便于调整 基于基于 PLC 矿泉水自动灌装系统的设计矿泉水自动灌装系统的设计14在投射可视光的类型中，投光光束

40、是眼睛可见的，便于对检测物体的位置进行调整。3.63.6 硬件清单硬件清单名称型号数量备注PLCFX2N-48MR-0011流量计LWGY4椭轮式附二次仪表电磁阀BS12C10直动式行程开关DCA1-5C106微型电动机TY83301三相 AC 380V 50Hz光电传感器E3JK-5M31可视光束对射式表 3-13.7 PLC I/O 分配表设计分配表设计根据控制要求所得的 PLC 输入输出情况，经过合理的选择与分配得出最佳的 I/O 分配输入输出X0 SB1 启动按钮Y0 KM1 传送带电机X1 SB2 停止按钮Y1 CT1 前挡杆伸出电磁阀X2 SQ1 喷头上限位Y2 CT2 前挡杆收回

41、电磁阀X3 SQ2 喷头下限位Y3 CT3 后挡杆伸出电磁阀X4 SQ3 1 号喷头信号Y4 CT4 后挡杆收回电磁阀X5 SQ4 2 号喷头信号Y5 CT5 1 号喷口电磁阀X6 SQ5 3 号喷头信号Y6 CT6 2 号喷口电磁阀X7 SQ6 4 号喷头信号Y7 CT7 3 号喷口电磁阀X10 SQ7 前挡杆前限位Y10 CT8 4 号喷口电磁阀X11 SQ8 前挡杆后限位Y11 CT9 喷头下压电磁阀X12 SQ9 后挡杆前限位Y12 CT10 喷头上抬电磁阀X13 SQ10 后挡杆后限位X14 LD 光电开关表 3-2河北化工医药职业技术学院论文（设计）河北化工医药职业技术学院论文（设

42、计）153.83.8 PLCPLC 外部接线图外部接线图图 3-7 PLC 外部接线图基于基于 PLC 矿泉水自动灌装系统的设计矿泉水自动灌装系统的设计16第四章第四章 软件设计软件设计4.1 控制系统流程图设计控制系统流程图设计开开始始后后拦拦截截杆杆收收回回，前前拦拦截截杆杆伸伸出出计计瓶瓶数数（满满）传传送送带带运运动动前前拦拦截截杆杆收收回回喷喷口口向向上上运运动动停停住住注注水水注注水水喷喷口口向向下下运运动动传传送送带带停停止止运运转转后后拦拦截截杆杆伸伸出出计计瓶瓶数数（空空）传传送送带带动动作作，前前拦拦截截杆杆伸伸出出是是否否等等于于四四是是否否达达到到下下限限位位是是否否达

43、达到到一一升升是是否否达达到到上上限限是是否否等等于于四四否否是是否否是是否否是是否否是是是是否否图 4-1 控制系统流程图河北化工医药职业技术学院论文（设计）河北化工医药职业技术学院论文（设计）174.2 控制功能图设计控制功能图设计图 4-2 控制功能图基于基于 PLC 矿泉水自动灌装系统的设计矿泉水自动灌装系统的设计184.3 程序设计程序设计图 4-3 PLC 程序启动按钮停止按钮前档杆前限位光电开关后档杆前限位喷头下限位，1 号喷头信号，2 号喷头信号，3号喷头信号，4 号喷头信号喷头上限位前档杆后限位后档杆后限位河北化工医药职业技术学院论文（设计）河北化工医药职业技术学院论文（设计

44、）19第五章第五章 系统维护与常见故障分析系统维护与常见故障分析5.15.1 自动化生产线的保养自动化生产线的保养自动化生产线是企业的中枢，也是整个企业中最为重要的组成部分。在日常维护中，除了必要的检修外，对自动化生产线进行日常保养也很重要。润滑油的添加对于机组的正常运行也是非常重要的，在机组运行后必须对自动化生产线的关键部位涂抹相对应的润滑油，并对其污浊处加以清理和擦拭，这样才能使整条自动化生产线的使用寿命和准确率得到保障。自动化生产线的保养关键问题是对传送带的擦拭确保干净。如果，传送带有油渍或者水渍，这将造成传送带和其传送的物料打滑，致使灌装不准确或者错误灌装。所以，确保传送带的清洁没有油

45、渍是每日的保养例行工作。对于水箱的清理也是每周必须的工作，因为常年的灌装，水箱底部会有部分的沉淀物。这些沉淀物的存在会导致水箱的容量下降，导致一次性加满后灌装数量减少，更严重的就是造成喷口的堵塞，致使自动化生产线瘫痪。所以，定期对水箱进行清洁，也是必做的一份保养工作。5.25.2 自动化生产线常见故障分析自动化生产线常见故障分析常见故障的原因及处理方法： 一、 输送带的打滑及解决办法 输送带在运行中,打滑的原因是多方面的,常见的原因及解决办法有： 1、 初张力太小。输送带离开滚筒处的张力不够造成输送带打滑。这种情况一般发生在启动时,解决的办法是调整拉紧装置,加大初张力。 2、 传动滚筒与输送带

46、之间的摩擦力不够造成打滑。其不要原因多半是输送带上有水或环境潮湿。解决办法是在滚筒上加些松香末。但要注意不要用手投加,而应用鼓风设备吹入,以免发生人身事故。 3、 尾部滚筒轴承损坏不转或上下托辊轴承损坏不转的太多。造成损坏的原因是机尾浮尘太多,没有及时检修和更换已经损坏或转动不灵活的部件,使阻力增大造成打滑。 4、 启动速度太快也能形成打滑。此时可慢速启动。如使用鼠笼电机,可点动两次后再启动,也能有效克服打滑现象。 5、 输送带的负荷过大,超过电机能力也会打滑。此时打滑有利的一面是对电机起到了保护作用。否则时间长了电机将被烧毁。但对于运行来说则是打滑事故。 克服输送带打滑现象,首先要找到打滑原

47、因,方可采取有效解决措施。基于基于 PLC 矿泉水自动灌装系统的设计矿泉水自动灌装系统的设计20 二、 输送带的跑偏及其处理 带式输送机运行时输送带跑偏是最常见的故障之一。跑偏的原因有多种,其主要原因是安装精度低和日常的维护保养差。 安装过程中,头尾滚筒、中间托辊之间尽量在同一中心线上,并且相互平行,以确保输送带不偏或少偏。另外,带子接头要正确,两侧周长应相同。 在使用过程中,如果出现跑偏,则要作以下检查以确定原因,进行调整。输送带跑偏时常检查的部位和处理方法有： 1、检查托辊横向中心线与带式输送机纵向中心线的不重合度。如果不重合度值超过 3mm,则应利用托辊组两侧的长形安装孔对其进行调整。具体方法是输送带偏向哪一侧,托辊组的哪一侧向输送带前进的方向前移,或另外一侧后移。 2、检查头、尾机架安装轴承座的两个平面的偏差值。若两平面的偏差大于 1mm,则应对两平面调整在同一平面内。头部滚筒的调整方法是：若输送带向滚筒的右侧跑偏,则滚筒右侧的轴承座应当向前移动或左侧轴承座后移；若输送带向滚筒的左侧跑偏,则滚筒左侧的轴承座应当向前移动或右侧轴承座后移。尾部滚筒的调整方法与头部滚筒刚好相反。 3、检查物料在输送带上的位置。 物料在输送带横断面上不居中,将