毕业论文饮料罐装生产流水线系统设计与调试

1、目录1摘要2前言1第一章绪论21.1 课题研究的背景和意义21.1.1 罐装生产流水线的背景2灌装生产流水线的现状和发展31.2 控制要求7第二章总体控制方案82.1 饮料罐装生产流水线的基本结构82.2灌装流水线的工作原理10第三章硬件控制设计113.1 PLC的选择113.1.1 PLC的分类11 PLC的比较143.2 传感器的选择143.3 电磁阀的选择163.4 按钮开关173.5 报警灯173.6 行程开关183.7 加减计数器193.8 机械手193.9 数码管21第四章电气控制线路设计234.1 硬件电路的控制234.1.1 灌装设备设计254.1.2 压盖设备设计25第五章软

2、件控制设计275.1系统流程图275.1.1 系统流程图275.1.2 系统流程控制过程305.2 I/O接线图315.3 I/O分配表315.4梯形图32第六章调试过程及结果35第七章设计总结36参考文献37摘要传统的饮料灌装生产线的电气设备控制系统是传统的继电器接触器控制方式,在使用的过程中，生产工效低，人机对话靠指示灯+按钮+讯响器的工作方式，响应慢，故障率高，可靠性差，系统的工作状态、故障处理、设备监控与维护只能凭经验被动的去查找故障点。且在生产过程中容易产生二次污染，造成合格率低，生产成本增加。而自动化生产线在众多领域应用得非常广泛，其控制部分常常采用PLC 控制，它使自动化生产线运

3、行更加平稳，定位更加准确，功能更加完善，操作更加方便。为适应发展，故提出利用PLC控制技术改造现有生产线。PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的设计。 可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。现以三菱FX2N系列，进行程序设计并仿

4、真验证,设计一款PLC输入和输出设备的饮料灌装生产线。该生产线集传送、灌装、产品分类、报警警示、灯光闪烁和计时于一身， 而且其编程简单，容易理解掌握，工作稳定可靠。关键词：三菱FX2N，PLC，饮料灌装流水线前 言目前，饮料的灌装生产流水线已经实现自动化，为了提高产品质量和缩短生产周期，适应产品迅速更新换代的要求，产品生产正向缩短生产周期、降低成本、提高生产质量等方面发展。因此，饮料厂的自动化灌装生产线中有越来越多的机器在使用先进的灌装技术来提高机器的自动化控制水平和生产效率。而应用PLC完成电气部分的控制是工业自动化电气控制的主要发展方向。本次课设主要介绍全自动灌装生产线的基本概念。全自动灌

5、装生产线是由数台自动灌装机械经控制系统进行集中控制，并按照各自功能完成一定任务进行顺序、连续生产的一系列机器组合。通过对饮料罐装自动控制的介绍，使我们对灌装这个行业有了更深的了解，也对自动化这个名词有了进一步的了解。我国的饮料罐装自动化相对于西方发达国家来讲还有很大的差距。设备陈旧，技术落后，成为阻碍我们灌装行业发展的一个严重问题。鉴于这些问题，我国企业不断发展自身的实力，逐步朝着生产高速化、设备结构合理化、设备的多功能化、设备的绿色化、控制的智能化等方向发展。推出适合自己需求的产品来。本次课题就是朝着这个方向进行研究和设计。第一章 绪论1.1课题研究的背景和意义罐装生产流水线的背景经济的迅速

6、发展，人们消费水平的提高，对各种饮制品的需求量也越来越大。高产量，高效率，高品质已成为现代工业发展的宗旨，人的体力劳动逐步走向工业自动化，智能化。所以新型科技产品的出现时经济和工业发展的必需品。PLC（可编程控制器）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。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

7、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。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。饮料灌装机用于灌装各种各样的瓶装饮料，适合大中型饮料生产厂家，早期的灌装机械大

8、多数采用容积泵式、蠕动泵式作为计量方法。这些方法存在一些缺点。例如：灌装精度和稳定性难以保证、更换灌装规格困难等。本系统采用的饮料分装计量是通过时间和单位时间流量来确定的，计量精度由可编程控制器（PLC）控制确定。PLC控制具有编程简单、工作可靠、使用方便等特点，在工业自动化控制领域广泛应用。专为PLC应用而实际的触摸屏集主机、输入和输出设备于一体，适合在恶略的工业环境中使用。饮料灌装装置主要包括两部分：恒压储液罐灌液和计数部分。在恒压储液罐灌液不封，里面有上限液位和下线液位传感器，它们淹没时是1状态。液面低于下线液位时恒压储液罐为空。饮料通过进液电磁阀流入恒压储液罐，液面达到上限位时进液电磁

9、阀断电关闭，使液位保持恒定。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。灌装生产流水线的现状和发展 生产流水线发展是从20世纪后半页随着社会的发着进步,对各行各业提出了越来越高的要求.企业为了提高生产效率和竞争力,采取了从传统手工工作方法到

10、自动化流水线工作方法,采用流水线的作业方法是具有翻天覆地革命性的变化的,随着可编程控制器的出现,是流水线实现自动化控制,是人类社会向前迈出一大步.近年来，饮料工业发展迅猛，碳酸饮料、果汁饮料、蔬菜汁饮料、含乳饮料、瓶装饮用水、茶饮料等品种不断丰富，产量上的“飘红”使得对设备市场的需求也呈“牛市”。     国外灌装与封口设备向高速、多用、高精度方向发展，目前部分灌装生产线已可以在玻璃瓶与塑料容器(聚酯瓶)、碳酸饮料与非碳酸饮料、热灌装与冷灌装等不同要求和环境下使用。目前碳酸饮料灌装机灌装速度最高已达2000罐分，德国HK公司灌装机的灌装阀多达165头，S

11、EN公司144头，Krones公司178头，灌装机直径大至5米，灌装精度±0.5ml以下。     非碳酸饮料灌装机灌装阀50100头，灌装速度最高达1500罐分，灌装机料槽转速2025转分，速度提高1倍。可以进行茶饮料、咖啡饮料、豆乳和果汁饮料等多种饮料的热灌装，国外热灌装饮料封口后不再进行二次杀菌。     碳酸饮料常温灌装已酝酿20多年，常温碳酸化可以降低饮料成本，有利环保。非碳酸饮料充氮系统采用加压方式或液氮滴入方式向铝罐或PET瓶内灌注液氮惰性气体，可以保护内容物，减少营养素的损失。  

12、;   目前PET瓶装茶饮料通常采用热灌装方法，为了降低灌装温度，提高茶饮料风味，确保产品卫生安全，已开发PET树脂成型使用130蒸汽杀菌和特殊灌装头灌装的简便式无菌包装机，同时正在开发冰咖啡等低酸性饮料两片薄壁罐的无菌包装技术，以实现薄壁罐的无菌包装。     国内灌装生产线全方位发展我国饮料灌装设备基本是在引进设备和技术的基础上发展起来的，八十年代，引进各种饮料灌装生产线300多条，包括啤酒灌装线达500多条。引进灌装生产线主要分为以下几类：    玻璃瓶饮料灌装线八十年代引进11

13、6条玻璃瓶饮料灌装线，主要用于碳酸饮料，其中80多条是以记账贸易方式从东欧国家引进的。生产线主要设备有卸箱机、洗瓶机、灌装机、压盖机、贴标机、气水混合机、装箱机等。在线检测设备有真空检测仪、液面检测仪、灌装能力150、200、300400瓶分。设备主要生产厂家有德国SEN、HK、OH、日本三菱重工、意大利希莫拉兹(Simonazzi)、美国迈耶等。     1984年广东轻机厂引进德国SEN公司和HK公司啤酒灌装线制造技术，制造每小时2万瓶的瓶装啤酒灌装线，南京轻机厂和合肥轻机厂引进日本三菱重工技术，制造每小时1.8万瓶的汽水灌装线。其他还有重庆轻机厂的

14、328设备，每小时14000瓶，廊坊包装设备制造总公司246设备、每小时60008000瓶的灌装线。     易拉罐饮料灌装线“八五”期间，我国引进易拉罐饮料灌装线15条，同时引进易拉罐啤酒灌装线14条。主要是德国SEN、美国迈耶公司的设备，包括卸罐机、洗罐机、灌装机、封罐机、温罐机、码垛机及混合机、喷码机、薄膜收缩机、液位检测仪等。灌装能力为150、300、400、500罐分，最高575罐分。目前广东轻机、南京轻机、合肥轻机等都有自己的易拉罐灌装线。     聚酯瓶灌装生产线引进的聚酯瓶饮料灌装线67条，包括卸箱

15、机、洗瓶机、灌装机、旋盖机、温瓶机、装箱机等。灌装能力为400500瓶分(250ml)，50280瓶分(250ml)。主要设备厂家有美国迈耶和德国SEN公司。合肥轻机利用德国Krones公司技术，制造聚酯瓶饮料灌装线，目前合肥轻机、南京轻机均能制造玻璃瓶和聚酯瓶两用的饮料灌装线。     软包装饮料灌装线我国先后从瑞典、美国、德国、法国等国家引进软包装饮料灌装线，其中包括：瑞典利乐包无菌包装机“八五”期间引进40多条，现全国有160多条，并在我国北京、广东佛山、江苏昆山设有复合纸板制造线；美国屋顶形纸盒无菌包装机(灌装能力4500盒小时)，法国百利包(灌

16、装能力80袋分)，德国BOSCH、日本东洋、日本印刷等制造的立袋饮料灌装机，德国zupack纸盒成形-灌装-封口饮料热灌装线，德国PKL，采用预成形纸盒，包括开盒、灌装、封口(灌装能力6300盒小时)。以上前三种为无菌灌装，后三种采用热灌装，灌装封口后用喷淋冷水冷却。     碳酸饮料灌装线经过引进和消化吸收，我国饮料装备水平已有很大提高，特别是150瓶(罐)分以上生产能力的灌装生产线基本可以成套供应。目前南京轻机、合肥轻机和广东轻机已能提供生产能力高达600瓶分的玻璃瓶和600罐分的易拉罐饮料或啤酒灌装生产线，主要设备包括半自动卸垛机、冲罐机(洗瓶机)

17、、灌装机、封罐机(压盖机、旋盖机)、温罐机(温瓶机)、混合机、纸箱包装机和杀菌机。     中小规模饮料灌装生产线水平不高，成套能力差，制造厂主要分布在廊坊、张家港、靖江、上海奉贤、胡桥、海门、沈阳、河南新乡以及北京等地，大部分仅提供洗瓶(洗罐)、灌装压盖(封罐)设备。廊坊包装设备制造公司将水处理、制冷、糖化、配料以及管路系统的制造厂组成集团公司，供应成套饮料灌装设备。瓶装饮用水生产线主要包括冲瓶、灌装、封口设备及水处理和消毒设备。廊坊包装设备制造公司、张家港美星等都能成套供应。     果汁饮料灌装生产线中小规模

18、的非充气饮料灌装线包括玻璃瓶灌装生产线和易拉罐灌装生产线，生产能力40200瓶(罐)分。其中灌装速度低的果茶灌装机是宝坻包装厂的产品，近年来采用活塞式定量的灌装机制造厂有铭瑞、乐惠和黄岩飞云机械厂等。     易拉罐灌装生产线制造厂遍及温州、杭州、汕头等地，生产能力400012000罐分，主要提供洗罐、灌装、封罐设备，成套提供能力较差。     浓缩果汁设备除引进的浓缩果汁生产线外，我国已基本能生产浓缩果汁设备。第一条国产果汁生产线诞生于1994年底，使用厂是山东平原宝原果汁饮品公司，当时的主要设备是卧式螺旋沉降式

19、离心机和降膜管式三效蒸发器，采用传统方法生产浓缩果汁。浓缩设备除使用降膜管式蒸发器外，还有兰州石化装备工程总公司的板式蒸发器，目前虽然我国已有少数企业能提供成套浓缩果汁设备，但用于果汁澄清的超滤装置都依靠进口。相信不久的将来会有自动化程度高的国产果汁超滤设备问世。1.2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，

20、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）第二章 总体控制方案2.1饮料罐装生产流水线的基本结构饮料灌装流水线的基本结构图如下所示：整个灌装流水线的基本结构如图1、图2、图3所示。整个流水线由主传送带、次品传送带、灌装装置、次品推动装置、定位传感器、次品检测传感器等组成。电动机的启动和停止，灌装装置向上、向下移动和灌装，次品的检测、推动都是由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。 灌装生产流水线基本结构图1灌装生

21、产流水线基本结构图 2灌装生产流水线基本结构图 32.2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。第三章 硬件控制设计3.1PLC的选择 PLC的结构与特点：PLC的构成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这

22、些模块可以按照一定规则组合配置PLC编程简介体积小，重量轻，耗电少，接线编程简单，可靠性高，反应快，可靠性高，抗干扰能力强。PLC一经出现，由于它的自动化程度高、可靠性好，设计周期短、使用和维护简便等独特优点，备受国内外工程技术人员和工商业界厂商的极大关注，生产PLC的厂商孕起。随着大规模集成电路和微处理器在PLC中应用，是PLC的功能不断得到增强，产品得到飞速发展。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。PLC的分类 PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对PLC的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异

23、和I/O点数的多少等进行大致分类。1. 按结构形式分类 根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式、模块式和叠装式三类。（1）整体式PLC 体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部分都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑体积小、价格低等特点。小型PLC一般采用这种整体式结构。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元(又称主机)和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元只有I/O和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其

24、功能得以扩展。（2）模拟式PLC 模拟式PLC是将PLC各组成部分，分别做成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。(3) 叠装式PLC 将整体式和模块式的特点结合起来，构成叠装式PLC。叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，而且各模块可以一层层的叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可以做的体积小巧

25、。2. 按功能分类 根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。（1）低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自我诊断、监控等基本功能，还有少量模拟量I/O、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。（2）中档 PLC 除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量I/O、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。还有一些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。（3）高档 PLC 除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根及其它特殊功能函数

26、的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实行工厂自动化。3. 按I/O点数分类 根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。（1）小型 PLCI/O点数 256点；单CPU、8位或16位处理器、用户储存器容量4K以下。如：GE-I型 美国通用电器（GE）公司TI100 美国德州仪器公司F、F1、F2 日本三菱电器公司C20 C40 日本立石公司（欧姆龙）S7-200 德国西门子公司EX20 EX40 日本东芝公司SR-20/21 中外合资无锡华光电子工业有限公司 （2）中型 PLCI/O点数256 2

27、046点;双CPU,用户储存器容量28K 如: S7-300 德国西门子公司 SR-400 中外合资无锡华光电子工业有限公司 SU-5、SU-6 德国西门子公司 C-500 日本立石公司 GE- GE 公司(3) 大型 PLCI/O点数 > 2048点；多CPU、16位、32位处理器，用户储存器容量8 16K如：S7-400 德国西门子公司 GE- GE公司 C-2000 日本立石公司 K3 三菱公司等 PLC的比较 西门子：价格昂贵，模拟量精确度高，编程复杂。模拟量简单，主要用于高精密设备。 三 菱 ：价格一般，编程简单，模拟量复杂，模拟量精确度比西门子差，主要用于一般设备。 欧姆龙：

28、价格一般，编程简单，模拟量不如西门子和三菱，一般数字量控制设备。 三菱对重工业比较适应，环境适应能力比较强，比较脏的地方也能运行比较稳定；像铸造，电梯这样的；欧姆龙在电子行业运用的比较多，它的PLC功能强大，而且系列比较全，甚至PLC间通信，子机控制等都比较好，性能比三菱的略强，但是环境适应能力略差与三菱的。 松下的产品一贯的中规中矩的，但是在PLC 方面感觉没有欧姆龙专业，PLC型号也不是很全，适合于简单控制。 因此，根据设计需求我选择了三菱生产的PLC系列。 三菱公司是日本生产PLC的主要厂家之一。该公司生产的FX2N系列机型，属于高性能叠装式机型，是三菱公司上网典型产品，FX2N系列PL

29、C编程元件的编号分为两部分；第一部分是代表功能的字母。如输入继电器用“X”表示，输出继电器用”Y”表示。第二部分为数字，数字为该类器件的序号。根据所需的用户输入，输出设备及I/O点数，选择FX2N-48RM-001型PLC就能满足控制系统的要求。3.2传感器的选择由于结合实际情况我选择了光电传感器。主要用到光电压力传感器和光电液位传感器等。传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。传感器分类：按照其用途，传感器可分类为，压力传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传

30、感器、射线传感器、射线辐射传感器、热敏传感器。不同的传感器有不同的工作原理，例如，光电传感器，光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、电学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变为电信号的器件。光电传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的

31、非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分型面等；也可用于检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电传感器具有非接触器、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页；再如，液面传感器（静压液位计/液位变送器/液位传感器/水位传感器是一种测量液位的传感器。灌装监测传感器选型为：光电传感器（热型红外线传感器）采用红外线传感器来监测空瓶子的到来后动作，起到接通开关的作用。它是利用被测物体热辐射

32、引起敏感元件温度的变化进行测量。本次课题我将选择用光电传感器和液位传感器，分别用来检测瓶子是否到达和瓶子是否装满合格。3.3电磁阀的选择1、 据管道参数选择电磁阀的：通径规格（即DN）、接口方式1、按照现场管道内径尺寸或流量要求来确定通径（DN）尺寸。2、接口方式，一般>DN50要选择法兰接口，DN50则可根据用户需要自由选择。二、根据流体参数选择电磁阀的：材质、温度组1、腐蚀性流体：宜选用耐腐蚀电磁阀和全不锈钢；食用超净流体：宜选用食品级不锈钢材质电磁阀。2、高温流体：要选择采用耐高温的电工材料和密封材料制造的电磁阀，而且要选择活塞式结构类型的。3、流体状态：大至有气态，液态或混合状态

33、，特别是口径大于DN25订货时一定要区分开来。4、流体粘度：通常在50cSt以下可任意选择，若超过此值，则要选用高粘度电磁阀。三、根据压力参数选择电磁阀的：原理和结构品种1、公称压力：这个参数与其它通用阀门的含义是一样的，是根据管道公称压力来定。2、工作压力：如果工作压力低则必须选用直动或分步直动式原理；最低工作压差在0.04Mpa以上时直动式、分步直动式、先导式均可选用。四、电气选择：电压规格应尽量优先选用AC220V、DC24较为方便。五、根据持续工作时间长短来选择：常闭、常开、或可持续通电1、当电磁阀需要长时间开启，并且持续的时间多余关闭的时间应选用常开型。2、要是开启的时间短或开和关的

34、时间不多时，则选常闭型。3、但是有些用于安全保护的工况，如炉、窑火焰监测，则不能选常开的，应选可长期通电型。六、根据环境要求选择辅助功能：防爆、止回、手动、防水雾、水淋、潜水1、爆炸性环境：必须选用相应防爆等级的电磁阀。2、 当管道介质有倒流现象时,可选择带止回功能的电磁阀。3、当露天对电磁阀进行现场人工操作时，带手动功能的电磁阀。4、露天安装或粉尘多场合应选用防水，防尘品种（防护等级在IP45以上）。用于喷泉或水下管道则必须采用潜水电磁阀（防护等级在IP68以上）。3.4 按钮开关是一种结构简单，应用十分广泛。在电气自动控制电路中，用于手动发出控制信号以控制接触器、继电器、电磁启动器等。按钮

35、开关的结构种类很多，可分为自锁式、自复位式、旋柄式、蘑菇头式、带指示灯式、带灯符号式及钥匙是等，有单钮、双钮、三钮及不同组合形式，一般是采用积木式结构，由按钮帽，复位弹簧，桥式触头和外壳等组成，通常做成复合式，有一对常闭触头和常开触头，有的产品可通过多个元件的串联增加触头对数。还有一种自持式按钮，按下后即可自动保持闭合位置，断电后才能打开。3.5 报警灯 适用范围：广泛适用于各种特殊场所警示标志，也适合市政、施工作业和监护、救护、抢险工作人员做信号联络和方位指示之用。 光效节能 光源选用超高亮度固态免维护LED光源，光效高、寿命长、节能环保；优良的芯电路设计，声音和声光两种工作模式任意转换，声

36、音报警声强高达115分贝以上，穿透能力强。 充电电池 高能无记忆电池组，充放电性能稳定、容量高、自放电率低、节能环保。 安全可靠 采用先进的光学软件和优化的结构密封设计，外壳选用进口的工程塑料，经受强力的碰撞和冲击，确保灯具可在恶劣的环境中长期稳定可靠的工作。 使用方便 体积小、重量轻、携带方便，可采用台面放置、手提、磁力吸附等多种方式。3.6行程开关行程开关，位置开关（又称限位开关）的一种，是一种常用的小电流主令电器。利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路，达到一定的控制目的。通常，这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、

37、变速运动或自动往返运动等。 在电气控制系统中，位置开关的作用是实现顺序控制、定位控制和位置状态的检测。用于控制机械设备的行程及限位保护。构造：由操作头、触点系统和外壳组成。 在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。 行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。 行程开关可以安装在相对静止的物体（如固定架、

38、门框等，简称静物）上或者运动的物体（如行车、门等，简称动物）上。当动物接近静物时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合。由开关接点开、合状态的改变去控制电路和机构的动作。3.7加减计数器 计数器是一个用以实现计数功能的时序部件，它不仅可用来计数，还常用作数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其它特定的逻辑能 计数种类很多。根据计数器中各触发器的时钟脉冲引入方式，可分为同步计数器和异步计数器。根据计数制的不同，可分为二进制计数器和非二进制计数器。根据计数器的增减趋势，又可分加发、减法和可逆计数器。还有可预置数和可编程功能计数器等等。 因为本次所记的数位笔较高，因此此次采用

39、的是32为加 / 减计数器。它的设定值为 -2147483648 +2147483647，其中C200 C219(共20点)为通用型，C220 C234(共15点）为断电保持型。 32位加 / 减计数器 C220 C234的加 / 减计数方式由特殊辅助继电器M8200 M8234设定，对应的特殊辅助继电器为ON时，为减计数；反之为加计数。计数器的设定值除了可由常数K设定外，还可以通过指定数据储存器来设定，32位设定值存放在元件号相连的两个数据储存器中。如果指定的是D0，则设定值存放在D1和D0中。3.8 机械手机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是

40、电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用.机械手的操作方式分为手动操作方式和自动操作方式。自动操作方式又分为单步、单周期和连续操作方式。手动操作：就是用按钮操作，对机械手的每一种运动单独进行控制。例如：当选择上下运动时，按下启动按钮，机械上升；按下停止按钮，机械手下降。当选择左右运动时，按下启动按钮，机械

41、手左移；按下停止按钮，机械手右移。当选择夹紧放松运动时，按下启动按钮，机械手夹紧；按下停止按钮，机械手放松。单步操作：每按一下启动按钮，机械手完成一步动作后自动停止。单周期操作：机械手从原点开始，按下启动按钮，机械手自动完成一个周期的动作后停止。在工作中若按一下停止按钮，则机械手动作停止。重新启动时需用手动操作方式将机械手移回到原点，然后按一下启动按钮，机械手又开始重新单周期操作。连续操作：机械手从原点开始，按一下启动按钮，机械手将自动地、连续地周期性循环。在工作中若按一下停止按钮，则机械手停止工作。重新启动时，必须用手动操作将机械手移回到原点，然后按下启动按钮，机械手又开始重新连续工作。在工

42、作中若按下复位按钮，则机械手将继续完成一个周期的动作后，回到原点自动停止。机械手在工业生产中得到广泛的应用，传统工艺中采用继电器控制时，需要的继电器多，接线复杂，因 此故障多，维修困难，费时费工，不仅加大了成本，而且影响设备的工效。本文介绍了用日本三菱公司生产的F1F2 系列可编程控制器，根据机械手的运动规律：左右、上下、夹松等进行软件编程。实现了手动操作，即：用按钮操 作，对机械手的每一种运动单独进行控制；自动操作包括单步、单周期和连续操作。另外，对右工作台有工件的特 殊情况进行了处理。采用梯形控制直观易懂，为电气人员所熟悉；采用PLC控制使接线简化，安装方便，而且保证 运行的可靠性，减少维

43、修量，提高了工效。3.9数码管数码管是一类显示屏通过对其不同的管脚输入相对的电流，会使其发亮，从而显示出数字能够显示 时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数。由于它的价格便宜 使用简单 在电器 特别是家电领域应用极为广泛，空调、热水器、冰箱等等。绝大多数热水器用的都是数码管，其他家电也用液晶屏与荧光屏。 控制系统:1、防水LED护栏管一般是在外罩接口处用热熔胶或硅胶密封，内部LED、电路板都是裸露的，由于昼夜温差大，外罩的端头与外罩热胀冷缩不同，导致热熔胶或硅胶密封处出现缝隙，下雨后雨水渗进内部，造成电路短路而烧毁LED。要解决这个问题，一定要求对内部电路和LED进行灌胶处理。接头单用热熔胶

44、或硅胶密封固然简单，但可靠性达不到在户外应用的要求。 2、防紫外线LED护栏管由于要求混光防雨，外面都会有外罩，外罩的材料选择是很多不规范公司降低成本的又一个手段，质量好的产品都会使用增加了抗紫外线的材料。如GE、拜尔等材料，而质量不好的LED护栏管很多使用混合了水口料的材料，谈不上抗紫外线，太阳光比较大的地方，不到一个月，外罩就变成黄色的了，从而出光效果变差，透光率也大大减小。 3、线损有色金属涨价很多，采用劣质材料和减小线径是一些厂家节省成本的方法，一般好的生产厂家都会在内部使用1mm以上的导线，而且导线材料使用的是符合国标的产品。如果导线面积不够或材料的杂质太多，电阻值就较大，前面的护栏

45、管和后面的护栏管就有较大的电压差，为了让后面的LED也能正常工作，就需要增加输入电压，这样无形中就增加了功耗，很多电能不是用于驱动驱动LED，而是浪费在导线和恒流芯片上。现在通用的恒流芯片都有功耗要求，电压高功耗就大，如果功耗太大，热量散不出去就会导致芯片烧毁。这就是为什么很多LED护栏管都是前面损坏得多的原因了。 4、散热一般LED护栏管外罩和低座完全是一体的，都是塑胶材料。当LED排布很密时，在通电热平衡后，LED的结温已经很高了，就将造成LED的寿命急剧减少。实力强的LED护栏管公司肯定会有热设计人员，在设计护栏管外罩时就会想法把LED的热量和恒流芯片的热量有效的传导到大气中去。底座使用

46、铝材是比较好的方法。另外在设计时要尽量将PCB靠近铝底座。 5、供电护栏管的供电有两种方式：220V的高压和48V以下的低压。220V直接供电是一种危险而又不经济的方式，低压的做法是用电容或电阻降压后供给。这种方式首先是安全性就存在很大的问题；其次是太耗电并对电网有极大的损害，供电部门是坚决反对的。由于突然在线路上加接了大量的容性负载，使供电线路失配形成了自激震荡，就可能出大事故。第四章 电气控制线路设计4.1硬件电路的控制 电气控制原理图如图3.2所示：图3.2 电气控制原理图图3.2中断路器QF1、 QF2、 QF3、 QF4、 QF5将三相电源引入，同时QF1、 QF2、 QF3、 QF

47、4、 QF5为电路提供短路保护。（1）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，传送带驱动电机自动启动，并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作。（2）报警当灌装装置开始灌装饮料时，报警装置得到PLC输出信号，此时，报警灯亮，开始报警，5秒钟以后，灌装结束，同时报警结束。（3）计数过程计数过程需记录满瓶数和次品瓶数，主要是以红外发光二极管和微波液位计作为传感器，记录所有瓶数的技术原理是当红外线接收管受到红外线的照射时，其本身的电阻很小，呈低阻值，电路导通，当红外发射头与接收头中间没有物品挡住时红外接收到红外线照射

48、，呈现低电阻，发出一个高电平信号，计数装置计一次数。当有物体经过红外发射与接收的中间时，由于红外线被挡住，红外接收管呈现大的阻值，电路断开，这时红外接收管发出一个低电平信号。当物体过完之后又回到原来的状态。计数装置由8个十进制计数器组成，当计数到99999999时，再计数一次，计数器溢出。计数最多不超过99999999。记录次品瓶数的技术原理是当检测到有次品时，微波接受装置发出信号给PLC，PLC的寄存器值加一，同时，所有瓶数减去次品瓶数便得出了可满瓶数，把满瓶数也放入另一个寄存器中。这就是记录满瓶数和次品瓶数的技术原理。电路设置了手动复位按钮，计数器正常计数时是低电平，按下复位按钮后，复位端

49、变成高电平，使计数器复位，实现手动对计数器清零。灌装设备设计饮料灌装装置主要包括两部分:灌装设备设计恒压储液罐灌液和计数部分。在恒压储液罐灌液中，里面有上限液位和下限液位传感器，它们被淹没时是一状态。液面低于下限液位时恒压储液罐为空。恒压储液灌电磁阀断电关闭，使液位保持稳定。恒压储液罐下面是罐装头部分，共有若干个灌装头。夹瓶装置由气缸1驱动下降，下降到位后，夹瓶装置由气缸2夹紧定位，下降及夹紧由行程开关控制位置。定位夹紧后，罐装头由气压缸3驱动下降，到位后灌装头电磁阀打开，开始灌液，延时5S后电磁阀关闭，通过电磁阀的开启达到罐装容量控制。饮料通过进液电磁阀流入恒压储液灌，液面到达上限位时进液电

50、磁阀断电关闭，使液位保持稳定。4.1.2 压盖设备设计压盖机主要是上部的储盖斗、四个压盖头控制压盖的固定凸轮，下部的星型圆盘、底牌、中心固定主轴机主传动系统组成。旋盖，采用磁性恒力矩，拧盖立柜无级可调，不损伤瓶盖，封盖严密。该旋盖机是为目前多数生产聚酯瓶，饮料而专门配置的，该机具有旋盖质量好、结构紧凑、嗓音低、维修方便等特点。该单机主要是由主轴、旋盖头和理盖三个部分组成。旋盖头的升降：当需要不同高度瓶子时，通过调节机构可以自如实现，其调节过程是，首先先松开内六角平端紧定螺钉，然后摇转摇柄，带动旋盖升降蜗杆，升降蜗杆转动，从而使旋盖机升降螺杆上下运动，这样升降螺杆就带动旋盖头整个部件上下移动，而

51、达到所需调节的高度。最后拧紧紧定螺钉。压盖机的工作原理：利用电机带动推杆下降压紧瓶盖顶端，使锁口装置自动能够锁紧锁盖。压盖机台面和防护罩一般都为不锈钢材料制造，强度大，耐磨损，使用寿命长。通过压盖机轧的饮料瓶盖密封性好。运动过程：推杆做与饮料瓶同步的圆周运动，为了实现自动压盖，推杆需做上下往返运动；首先利用磁力将瓶盖吸附到推杆的封口头中，然后推杆以特定的运动规律先上升再想下运动，当其将达到最低点时，恰好对准运动的饮料瓶口，实现快速压盖。然后封口头继续上升、下降，在另一个最低点处去瓶盖，继续这一个过程。压盖后的饮料瓶继续运动，离开工作台，进入下一步工序。第五章 软件控制设计5.1 系统流程图5.

52、1.1 系统流程图检测到空饮料瓶 开 始 传 送 带 运 行N光电传感器是否到达装设备下YN传 送 带 运 行Y1灌料是否到达 5S延时 1S灌装设备到达下限开关 灌 装 开 始NY灌装设备到达下限开关 报 警 灯 灭传 送 带 运 行Y到达旋盖 设备下光电传感器传 送 带 停 止旋盖设备到达下限开关旋盖设备工作2S计数器计数（装箱）计数器是否到达99999999 结 束 次品传送带运行机械臂动作液面传感器是否有信号 传 送 带 运 行旋盖设备到达上限开关 指 示 灯 灭指示灯亮YNYNY5.1.2 系统流程控制过程灌装流水线工作流程图如图所示。系统通过开关设定为自动操作模式，一旦启动，则传送

53、带的驱动电机启动并一直保持的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，灌装工程为饮料瓶装饮料5S，灌装和上盖过程应有报警显示，上盖过程停止并不再显示报警，报警方式为红灯以0.5S间隔闪烁，与此同时生产的饮料用液面传感器来进行分类，液面传感器有信号为合格品，没有信号则视为不合格品，这时机械臂动作，不合格品推进次品传送带。而正品则打包计数，30为一包。生产完后，系统将所记录数据送入指定的储存器中，然后将计数器清零。在电动机运转时按下停止按钮，系统会马

54、上停止工作；而在系统进行灌装和加盖时，按下停止按钮，系统不会马上停止工作，而是待加盖工作完成后，系统最终停下工作。灌装流水线的运作是通过电机和灌装设备来控制的。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。5.2 I/O接线图5.3 I/O分配表5.4 梯形图第六章 调试过程及结果（1）在电脑上安装GX-Developer软件，程序编号后，将程序输入GX-Developer软件中，在电脑上进行初步仿真调试。（2）先将PLC程序传入程序控制器中。（3）对各个输入I/O口给信号处理，看各个输出口是否有相应的输出，如果没有按照设计要求输出，对程序进行更改，直到各输出口有相应的输出。（4）如果条件允许的话，用编程软件将程序输入PLC中，在确认PLC的电源、外