基于PLC的饮料灌装生产流水线控制系统的设计VIP

......基于PLC的饮料灌装生产流水线控制系统的设计摘要PLC随着计算机和网络通讯技术的发展，企业对生产过程的自动控制和信灌装就是饮料生产线上重要的生产环节。PLC是顺序逻辑控制、模块控制以及计算统计功能。西门子S7-300系列PLC在模块控制、高速计数和计算方面的功能较强，实现比较方便。因此本系统选用了S7-300型号的PLC进行控制，既满足了控制系统所需的I/O点数，又满足了被控对象的控制要求。采用PLC控制饮料灌装生产线，实现了饮料生产线的自动化、智能化。对劳动生产率的提高，饮料质量和产量的提高具有深远的意义。关键词 S7-300可编程序控制器（PLC）/自动化/智能化基于PLC的饮料灌装生产流水线控制系统的设计第1章课题背景研究饮料灌装生产流水线的概述（聚酯瓶2000H＆K165公司头，Krones178头，灌装机直径大至5米，灌装精度0．5ml非碳酸饮料灌装机灌装阀50～100头，灌装速度最高达1500罐／分，灌装机料槽转速20～25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20PET惰性气体，可以保护容物，减少营养素的损失。PET风味，确保产品卫生安全，已开发PET130℃菌包装技术，以实现薄壁罐的无菌包装。国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300线达500多条。PLC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.50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PLC控制确定。PLC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.1PLCPLCPLC代替，构成实用、可靠的饮料灌装生产线PLC了设备的柔性和灵活性。具有整体技术经济效益。PLCPLC目前饮料灌装生产线的控制过程主要是继电器接触控制，但这种电路接线复[3-4]。不过，随着时代的发展，饮PLC理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践[5-12]。生产流水线的概念走的输送带承载被加工的物品，因此被称为流水线生产。生产流水线的形式及特点板链式装配流水线特点：承载的产品比较重，和生产线同步运行，可以实现产品的爬坡；生产的节拍不是很快；以链板面作为承载，可以实现产品的平稳输送。滚筒式流水线皮带式流水线特点：承载的产品比较轻，形状限制少；和生产线同步运行，可以实现产品的爬坡转向；以皮带作为载体和输送，可以实现产品的平稳输送，噪音小；可以实现轻型物料或产品较长距离的输送。差速输送流水线旋转、专机、检测设备、机械手等。第2章课题研究容设计要求S7-300PLCPLC生产流水线能够实现以下目的：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1s，灌装设备开始工作，对于大瓶852报警方式为红灯以0.5s对于大瓶：20，15瓶为一中包10瓶为一小包；能够实现对生产产品进行自动记数并可以手动对计数器清零。饮料灌装生产流水线模型饮料灌装自动化生产线示意图如图1-1次通过空瓶、灌装、满瓶和终端4个工位。面）设备实现。控制面板上有启动/停止按钮、急停按钮、下位/上位选择开关、手动/自动选择开关、正反转点动按钮、故障复位按钮、计数清零按钮及各种指示灯等。图1-1饮料灌装生产流水线模型欲完成以上的控制动作，需要通过可编程控制器来对生产线的控制。.........可编程控制器的产生和定义可编程控制器的缩写为（eLogicalr，是将计算机技20世纪60年代，生产过程及各种设备的控制主要是继电器控制系统。继电1968年美国通用汽车）20世纪80年代后，由于计算机技术的迅猛的发展，PLC采用通用微处理器为核心，具有了函数运算、高速计数、中断技术、 PID控制等功能，称为PC(ProgramableController)即可编程控制器。但由于PC（Personalputer）已成为个人计算机的代名词为了不与之混淆人们习惯上仍将可编程控制器称为PLC经过短短的几十年发展，可编程控制器已经成为自动化技术的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。1982年，国际电工委员会PLC1987年12月颁布可编程控制器的特点可靠性高，抗干扰能力强波动等影响，已在PLC硬件及软件的设计上采用了措施。如在硬件方面采用了电和磁的屏蔽，对I/O接口采用了光电隔离，对电源及I/O接口线采用了多种滤异常，CPUPLC机构简单，应用灵活PLC编程方便，易于使用PLC采用了与继电器控制电路有许多相似之处的梯形图作为主要的编程语功能完善，适用性强PLCPLCPIDPLC补控制等。PLCPLC控制时，应遵循以下基本原则最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。PLC保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等，也能正常工作。力求简单、经济、使用及维修方便适应发展的需要PLC/I/O点数和存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。实际上PLC的PLCPLC程序非常重要，硬件上保证的安全性，以及软件PLC程序中的安全考虑应该同步进行任务的分析本次设计的任务是以S7-300系列PLC作为处理核心，用行程开关、传感器将生产过程中的信号（如空瓶的运行的位置、饮料瓶的大小等等）处理后送给PLC处理器，由PLC对数据进行运算，然后输出驱动信号（如接触器、电磁阀等等）来完成饮料罐装生产过程的流水线操作。CPLC部的计数器对所生产的产品进行计数。硬件方案设计生产产品的计数。生产流水线结构如图1-1所示。电传感器工作来实现的。软件方案设计PLC软件方案设计的方法有经验设计法，逻辑设计法等。经验设计法遵循,具有很大的试探性很随意性,最后的结果不是唯一的。该方法的核心是输出线圈。以下是经验设计方法的基本步骤：了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况。PLCPLC的外部接线图。电器（M）和定时器（T）的元件号。根据前面的对应关系画出梯形图。逻辑设计法逻辑设计法的理论基础是逻辑代数。而继电器控制系统的本质是逻辑线路。看一个电气控制线路都会发现,线路的接通和断开,都是通过继电器等元件的触点来实现的,故控制线路的种种功能必定取决于这些触点的开，合两种状态。因此电气控制电路从本质上说是一种逻辑线路,它符合逻辑运算的基本规律。具体步骤如下图1-2所示:明确设计任务和技术条件明确设计任务和技术条件PLC机型选择系统总体设计制作控制区编制程序I/O配线程序检查调试安装PLC局部模拟运行联机调试修改软件，硬件是否满足要求？否是系统试运行程序备份整理系统文件交付使用图1-2PLC逻辑设计步骤图第3章元件的选择PLC的选型根据饮料罐装自动生产线的工艺流程图，PLC控制系统的输人信号有9个，且均为开关量。PLC控制系统的输出信号有10个。PLC主要主要考虑一下几点：I/O信号的点数：根据已确定的I/O设备统计所需要的I/O信号的点数，选择是否支持扩展机架的CPU。CPUCPUPLC/1-3输入信号名称 功能编号输出信号名称功能编号SB0 启动按钮I0.0KM1传送带电动机Q0.0SB1 停止按钮I0.1YV1灌装电磁阀Q0.1ST0 行程开关I0.2YV2小瓶封盖Q0.2S0 光电传感器I0.3YV3大瓶封盖Q0.3SB4 大包I0.4HL4大包Q0.4SB5 中包I0.5HL5中包Q0.5SB6 小包I0.6HL6小包Q0.6SB7 散装I0.7HL7散装Q0.7SB10 手动复位I1.0HL10系统上电显示Q1.0HL11灌装过程显示Q1.1表1-3PLCI/O端地址编号对照表电动机的选型目前市面上的电动机类型多种多样，用于驱动传送带传送的电动机的类型也数不胜数[13-用性，本系统选择的电动机型号为Y132M-41-4电流 电压 最大转矩 额定转速 极数 频率 额定功率15.4A 380V 2.3n.m 1440r/min 4 50Hz 7.5KW表1-4Y132M-4型电动机的性能参数接触器的选型接触器是一种用来接通或断开带负载的交直流主电路或大容量控制电路的自动化切换器，主要控制对象是电动机。通用接触器可大致分以下两类。CJ1、0CJ12、CJ12B的动作原理和结构基本上与交流接触器是相同的。接触器的选型有诸多因素外与负载密切相关一般三相异步电机的起动电流为额定电流的3-5倍。所以接触器的额定电流为：I=36A (3-1)N综上所述，本系统选用CJ10-40接触器：额定电流为40A,额定电压为380V。热继电器的选型KMKM的线圈电主电动机M1的额定电流15A，FR1可以选用JR16，热元件电流为20A，电流整定围为14-22A工作时将额定电流调整为15A。开关电器、熔断器的选型行程开关是一种由物体的位移来决定电路通断的开关，选用型号为LXK2-131型。熔断器选用RL1-15型熔点器，熔体的额定电流为30A。传感器的选型系统中运用传感器对饮料瓶的大小进行区别，根据设计需要选择反射式光电传感器]1-5所示。发光发光反射物反射式光电传感器接收图1-5反射式光电传感器原理图该系统选择的反射式光电传感器型号为PM2-LF10,其性能参数如表1-6所示。性能检测距离最小检测物体应差重复精度电源电压消耗电流输出

参数2.5～8mm(中心：5mm)白色无光泽纸(15×15mm)φ0.05mm铜线(设定距离：5mm)使用白色无光泽纸(15×15mm)工作距离的20%以下0.08mm以下5～24VDC±10%脉动P-P5%以下平均：25mA以下，峰值：80mA以下NPN开路集电极晶体管最大流入电流：100mA外加电压：30VDC0V剩余电压：1V100mA短路保护反应时间

0.4V以下流入电流为16mA时装 备0.8ms以下表1-6PM2-LF10反射式光电传感器的性能参数第4章系统硬件电路实现统硬件结构框图系统的硬件分为主电路、控制电路、辅助电路三大部分，控制电路控制主电路，辅助电电路起辅助信号显示的作用，它们之间的关系如图1-7所示：控控制电路主电路辅助电路图1-7硬件电路关系图主电路的设计M1KM1由热继电器FR1实现过载保护。断路器QF1、QF2、QF3将三相电源引入，同时QF1QF2QF31-8QF1QF1QF2QF3KM1LNPLC220V24V3M1图1-8主控制电路图控制电路的设计PLC9个，分别SB0启动按钮、SB1停止按钮、SB4大包、SB5中包、SB6小包、SB7散装、SB10手动复位按钮。行程开关11个。PLC控制系统的输出信号有10个，其中1361-9所示。??SB0??SB0???????KM1X0Y0??SB1?????YV1X1 Y1????ST0????YV2???X2Y2?????S0????YV3X3Y3??SB4 ?????HL4X4 Y4??SB5X5FX2N32MR001PLC??HL5Y5??SB6 ??X6 Y6??SB7 ??????SB10X7Y7????HL10X10Y10????HL1124VY1124VCOMCOM1COM2???AC图1-9三菱PLC外部接线图图1-9三菱PLC外部接线图4.4操作面板的设计SB0 SB1 SB4SB5SB6SB7启 启 启 启 启 启 准确显示，方便工作人员的工作为原则而设计。如图1-10所示。SB10。启 启 启 启 启 启 启 启 启 启 启 启SB0SB1SB4SB5SB6SB7启 启启 启启 启启 启启启 启SB10启 SB10启 启 启 启 启 启 启 启启 启 启第5章系统程序的设计控制要求和控制过程分析1s，灌装设备开始工作，灌装过程5s8S20.5s间隔闪烁。与此同时对生产的饮料进行打包并计数，对于小瓶：40瓶为一大包，30瓶为一中8小时将所记数据送入指定的存2-1和图2-2所示。I/O端口分配X0：启动 Y0：驱动电动机转动X1：停止 灌装饮料X2：行程开关 小瓶上盖X3：传感器 大瓶上盖X4：选择大包包装 显示大包包装X5：选择中包包装 显示中包包装X6：选择小包包装 显示小包包装X7：选择散装 Y7：显示散装X10：手动复位 Y10：系统上电显示Y11：灌装和上盖过程显灌装饮料灌装饮料是否装满否否是否装满是是上盖2秒上盖2秒开始开始否是否按下启动按钮是传送带运行是是否按下停止按钮否否是否到灌装位置是检测饮料罐大小大瓶小瓶停顿1s停顿1s否按下过停止按钮是M8002M8002M8X0M1Y0M7X2M7M2T0K10T0X3T0X3M3Y1T1K50M4Y1T2K80T1 T2M5 Y2T3K20 M6 Y3T4K20T3T4M7M7图2-2顺序功能图梯形图始化程序初始化，启动时、按下复位钮和8小时将程序中用到的计数器置零， RST co ］X1，｀｀

RST C1 ］R5T CZ ］R5T C3 ］］| |］RST G斗| | RST C5 ］］RST C8］］R仑T 仑？＇］］RST C8］］RST C9］-[RST C10 -{RST C11 -[RST C12 -[RST C13 -[RST 斗 -[RST C15 l装箱选择程序对生产好的饮料进行装箱选择：X4X5X6X7所对应的按钮SB4SB5SB6SB7分别用于选择包装的类型：大包中包小包散装。流水线主控程序停顿1s，灌装设备开始工作，对于大瓶灌装8秒钟，小瓶则灌装5秒钟，待灌装过程完毕再对饮料瓶进行上盖，上盖时间为2...MlM112:0 MlM1M8I)[.I2---lf----18 」XO M8 M2: M?131匕」I l M11斗斗

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