1、LOGO指指导教师导教师：饮料罐装生产线控制饮料罐装生产线控制系统的改进系统的改进设计设计n班班级级：n学学生：生：n学号学号：n 背景：背景：目前，饮料的灌装生产已经实现自动化，为了提高产品质量，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。系统的背景及意义系统的背景及意义u 本次课设主要介绍全自动灌装生产线的基本概念。全自动本次课设主要介绍全自动灌装生产线的基本概念
2、。全自动灌装生产线是由数台自动灌装机械经控制系统进行集中控灌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。有了进一步的了解。u 饮料罐装自动我国的相对于西方发达国家来讲还有很大的饮料罐装自动我国的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差
3、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。本次课设就是朝着这个方向进出适合自己需求的产品来。本次课设就是朝着这个方向进行研究和设计。行研究和设计。u 本文主要讲的是饮料灌装生产流水线的本文主要讲的是饮料灌装生产流水线的PLC控制，刚开始控制，刚开始介绍的是灌装线与灌装封
4、盖机，之后又穿插了一些关于介绍的是灌装线与灌装封盖机，之后又穿插了一些关于PLC的相关知识，接着以饮料灌装流水线为例采用三菱公的相关知识，接着以饮料灌装流水线为例采用三菱公司的司的FX系列可编程序控制器，介绍了系列可编程序控制器，介绍了PLC在饮料罐装流水在饮料罐装流水线中的应用，给出了详细的程序设计过程。利用线中的应用，给出了详细的程序设计过程。利用PLC控制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。加控制系统的可靠性和柔性。u 随着工业自动化水平日益提高，众多工业企业均面临着传随着工业自动化水平日益提高
5、，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。统生产线的改造和重新设计问题。PLC（可编程序控制器（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）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。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辑到存储逻辑的飞跃，在世界工
6、业控制中发挥着越来越重要的作用。鉴于此，设计者利用要的作用。鉴于此，设计者利用PLC的功能和特点设计出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。采用了一款饮料灌装生产流水线控制系统。采用PLC控制饮料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动生产率的提高，饮料质量和产量的提高具有深远的意义。论文的结构和主要内容论文的结构和主要内容u第一部分第一部分 灌装线与灌装封盖机介绍灌装线与灌装封盖机介绍u第二部分第二部分 PLC的介绍的介绍u第三部分第三部分 系统总体设计系统总
7、体设计u第四部分第四部分 系统软件设计系统软件设计课程研究方法课程研究方法u1控制系统总体设计：分析控制要求，了控制系统总体设计：分析控制要求，了解系统工作过程解系统工作过程u2控制系统硬件的设计：控制系统硬件的设计：PLC型号、相关型号、相关元器件的选择以及外部接口电路的设计元器件的选择以及外部接口电路的设计u3控制系统软件设计：绘制顺序功能图和控制系统软件设计：绘制顺序功能图和梯形图梯形图u4系统调试：利用仿真软件对所编制的程系统调试：利用仿真软件对所编制的程序进行软件调试序进行软件调试PLC的功能的功能u 1.逻辑控制逻辑控制u 2.定时控制定时控制u 3.计数控制计数控制u 4.步进步
8、进(顺序顺序)控制、控制、u 5.PID控制、数据控制控制、数据控制u 6.PLC具有数据处理能力、通信和联网具有数据处理能力、通信和联网u 7.其它其它PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制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、的要求，如定位控制模块、CRT 模块。模块。PLC的特点的特点u 1.可靠性高，抗干扰能力强可靠性高，抗干扰能力强u 2.功能完善，适用性强功能完善，适用性强u 3.易学易用，深受工程技术人员欢迎易学易用，深受工程技术人员欢迎u 4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造五系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造五.体体积小
9、，重量轻，能耗低积小，重量轻，能耗低PLC的应用范围的应用范围u 目前，在国内外目前，在国内外PLC已广泛应用冶金、石油、化工、建材已广泛应用冶金、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、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断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，扩大。从应用类型看，PLC的应用大致可归纳为以下几个的应用大致可归纳为以下几个方面：方面：u 1.开关量逻辑控制开关量逻辑控制 2.运动控制运动控制 3.过程控制过程控制 4.数据处理数据处理PLC和和继电接触式控制系
10、统继电接触式控制系统比较比较u 饮料罐装生产流水线设计饮料罐装生产流水线设计,理论上讲理论上讲,可以采用继电器接触器可以采用继电器接触器电气控制系统和电气控制系统和PLC控制系统来实现。但是在实际工程中控制系统来实现。但是在实际工程中往往选择一种经济、有效、性能优越的控制方案，考虑到往往选择一种经济、有效、性能优越的控制方案，考虑到上述几点，上述几点，PLC较适合饮料灌装生产流水线。较适合饮料灌装生产流水线。u PLC与继电器与继电器-接触器相比较：继电器接触器相比较：继电器-接触器控制系统自接触器控制系统自上世纪二十年代问世以来，一直是机电控制的主流。由于上世纪二十年代问世以来，一直是机电控
11、制的主流。由于它的结构简单、使用方便、价格低廉，所以使用广泛。它它的结构简单、使用方便、价格低廉，所以使用广泛。它的缺点是动作速度慢，可靠性差，采用微电脑技术的可编的缺点是动作速度慢，可靠性差，采用微电脑技术的可编程顺序控制器的出现，使得继电接触式控制系统更加逊色程顺序控制器的出现，使得继电接触式控制系统更加逊色。PLC等取代继电接触式控制逻辑。等取代继电接触式控制逻辑。PLC和和继电接触式控制系统继电接触式控制系统比较比较u 控制逻辑控制逻辑u 继电接触式控制系统采用硬接线逻辑，它利用继电器等的继电接触式控制系统采用硬接线逻辑，它利用继电器等的触点串联、并联、串并联，利用时间继电器的延时动作
12、等触点串联、并联、串并联，利用时间继电器的延时动作等组合或控制逻辑，连线复杂、体积大、功耗也大。当一个组合或控制逻辑，连线复杂、体积大、功耗也大。当一个电气控制系统研制完后，要想再做修改都要随着现场接线电气控制系统研制完后，要想再做修改都要随着现场接线的改动而改动。特别是想要能够增加一些逻辑时就更加困的改动而改动。特别是想要能够增加一些逻辑时就更加困难了，这都是硬接线的缘故。所以，继电接触式控制系统难了，这都是硬接线的缘故。所以，继电接触式控制系统的灵活性和扩展性较差。的灵活性和扩展性较差。u 可编程控制器采用存储逻辑。它除了输入端和输出端要与可编程控制器采用存储逻辑。它除了输入端和输出端要与
13、现场连线以外，而控制逻辑是以程序的方式存储在现场连线以外，而控制逻辑是以程序的方式存储在PLC的的内存当中。若控制逻辑复杂时，则程序会长一些，输入输内存当中。若控制逻辑复杂时，则程序会长一些，输入输出的连线并不多。若需要对控制逻辑进行修改时，只要修出的连线并不多。若需要对控制逻辑进行修改时，只要修改程序就行了，而输入输出的连接线改动不多，并且也容改程序就行了，而输入输出的连接线改动不多，并且也容易改动，因此，易改动，因此，PLC的灵活性和扩展性强。而且的灵活性和扩展性强。而且PLC是由是由中大规模集成电路组装成的，因此，功耗小，体积小。中大规模集成电路组装成的，因此，功耗小，体积小。PLC和和
14、继电接触式控制系统继电接触式控制系统比较比较u 控制速度控制速度u 继电器接触式控制系统的控制逻辑是依靠触点的动作来实继电器接触式控制系统的控制逻辑是依靠触点的动作来实现的，工作频率低。触点的开闭动作一般是几十毫秒数量现的，工作频率低。触点的开闭动作一般是几十毫秒数量级。而且使用的继电器越多，反映的速度越慢，还是容易级。而且使用的继电器越多，反映的速度越慢，还是容易出现触点抖动和触点拉弧问题。出现触点抖动和触点拉弧问题。u 而可编程控制器是由程序指令控制半导体电路来实现控制而可编程控制器是由程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度相当快。通常，一条用户指令的执行时间在微秒的，速度相当快。通常，
15、一条用户指令的执行时间在微秒数量级。由于数量级。由于PLC内部有严格的同步，不会出现抖动问题内部有严格的同步，不会出现抖动问题，更不会出现触点拉弧问题，更不会出现触点拉弧问题PLC和和继电接触式控制系统继电接触式控制系统比较比较u 定时控制和计数控制：定时控制和计数控制：u 继电接触式控制系统利用时间继电器的延时动作来进行定继电接触式控制系统利用时间继电器的延时动作来进行定时控制。用时间继电器实现定时控制会出现定时的精度不时控制。用时间继电器实现定时控制会出现定时的精度不高，定时时间易受环境的湿度和温度变化而影响。有些特高，定时时间易受环境的湿度和温度变化而影响。有些特殊的时间继电器结构复杂，
16、维护不方便。而可编程程序控殊的时间继电器结构复杂，维护不方便。而可编程程序控制器使用半导体集成电路作为定时器，时基脉冲由晶体震制器使用半导体集成电路作为定时器，时基脉冲由晶体震荡器产生，精度相当高并且定时时间长，定时范围广荡器产生，精度相当高并且定时时间长，定时范围广。PLC和和继电接触式控制系统继电接触式控制系统比较比较u 可靠性和维护性。可靠性和维护性。u 继电接触式控制系统使用了大量的机械触点，连线也多。继电接触式控制系统使用了大量的机械触点，连线也多。触点在开闭时会受到电弧的损坏，寿命短。因而可靠性和触点在开闭时会受到电弧的损坏，寿命短。因而可靠性和维护性差。维护性差。u PLC采用微
17、电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，可靠性高。电路来完成，可靠性高。PLC还配备了自检和监控功能，还配备了自检和监控功能，能自诊断出自身的故障，并随时显示给操作人员，还能动能自诊断出自身的故障，并随时显示给操作人员，还能动态的监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了态的监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。方便。u 总之，总之，PLC在性能上均优越于继电接触式控制系统，特别在性能上均优越于继电接触式控制系统，特别是控制速度快，可靠性高，设计施工周期短，调试方便，是控制速度快，可靠性高，设计施工周期短，调试方便，控
18、制逻辑修改方便，而且体积小，功耗低。控制逻辑修改方便，而且体积小，功耗低。饮料灌装生产流水线模型饮料灌装生产流水线模型u 饮料灌装自动化生产线示意图如图饮料灌装自动化生产线示意图如图2-1所示。生产线由瓶所示。生产线由瓶子传送带和灌装液罐组成，传送带由电动机驱动，可以正子传送带和灌装液罐组成，传送带由电动机驱动，可以正转和反转。电动机正转时，传送的瓶子依次通过空瓶、灌转和反转。电动机正转时，传送的瓶子依次通过空瓶、灌装、满瓶和终端装、满瓶和终端4个工位。个工位。系统总体设计系统总体设计u 系统通过开关设定为自动操作模式，一旦启动，则传送带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
19、电机启动并一直保持到停止开关动作或灌装设备下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，停顿停止开关动作。当瓶子定位在灌装设备下时，停顿1s，灌，灌装设备开始工作，灌装过程为装设备开始工作，灌装过程为5s，灌装过程应有报警显示，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
20、录空瓶数和满瓶数，一旦系统启动，便开始记录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空、满瓶数，且空、满瓶数都最多不超过99999999瓶。瓶。可以手动对计数值清零。可以手动对计数值清零。u 设计中包括设计中包括PLC硬件结构设计及硬件结构设计及PLC控制软件部分设计。控制软件部分设计。u 硬件设计部分：硬件设计部分：1.分析控制要求，选择对应的传感器及其分析控制要求，选择对应的传感器及其他部件、并写出他部件、并写出I/O量功能表；量功能表；2.选择合适的选择合适的PLC机型；机型；3.画出画出PLC控制系统外部接线图。控制系统外部接线图。u 软件设
21、计部分：软件设计部分：1.控制系统顺序功能图；控制系统顺序功能图；2.梯形图；梯形图；3.指指令表。令表。传感器的选择传感器的选择u 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，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传感器的作用越来
22、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。器人技术中的关键部件。u 广义地说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于广义地说，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。到整个系统的精度。u 外界进入传感器的信号幅度是很小的，而且混杂有干扰信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，该工成具有最佳特性的波形，有时还
23、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。形后的信号随后转换成数字信号，并输入到微处理器。u 针对本课题的控制要求，在设计中我选用了两个光电传感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。子是否灌满。PLC的选型的选型u PLC按结构分为整体型和模块型两
24、类，按应用环境分为现按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为字长分为1位、位、4位、位、8位、位、16位、位、32位、位、64位等。从应用角度出发，通常可按位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC的的I/O点数固点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型型PLC提供多种提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的择和配置控制系统的I/O点数，功
25、能扩展方便灵活，一般点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。用于大中型控制系统。输入输出模块的选择输入输出模块的选择u 输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输入模块，应考虑选用的输出号供电方式等应用要求。对输入模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间长等特点；可控硅输出模块适用围广、寿命短、响应时间
26、长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。可根据应用要求，合理选量输出等，与应用要求应一致。可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程本。考虑是否需要扩展机架或远程I/O机架等。机架等。电源的选择电源的选择u PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进的供电电源，除了引进设备时
27、同时引进PLC应根据产应根据产品说明书要求设计和选用外，一般品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计的供电电源应设计选用选用220VAC电源，与国内电网电压一致。重要的应用场电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。如果合，应采用不间断电源或稳压电源供电。如果PLC本身带本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入而引入PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。可采用简单的二极管或熔丝管隔离。u大学学习生活即将结束。在此，我要感谢大学学习生活即将结束。在此，我要感谢所有曾经教导过我的老师和关心过我的同所有曾经教导过我的老师和关心过我的同学，他们在我成长过程中给予了我很大的学，他们在我成长过程中给予了我很大的帮助。本文能够顺利完成，要特别感谢我帮助。本文能够顺利完成，要特别感谢我的导师的导师夏建成夏建成老师，感谢各位系的老师的老师，感谢各位系的老师的关心和帮助。关心和帮助。u最后向所有关心和帮助过我的人表示真心最后向所有关心和帮助过我的人表示真心的感谢。的感谢。致谢致谢
