1、 畢業設計(論文)報告題目名稱： 飲料灌裝生產流水線總體設計 學生姓名： 陳樸 學 號： 1204043104 二級學院（系）/專業： 能源與電氣工程學院/電氣自動化 班 級： 電氣1211 指導教師： 蔡大華 2015 年 4 月 25 日摘 要本文論述了PLC強大功能在工廠生產流水線中的應用-可編程控制器PLC在飲料灌裝生產線中的應用。并給出了相關的結構圖，地址分配表等關鍵詞：灌裝生產線;PLC;傳感器ABSTRACTIn recent years, along with the social progress and development, beverage production in

2、dustry also entered the period of rapid development, all kinds of brand, taste drink everywhere, so beverage production enterprises of production line equipment will be greatly increased.傳統的繼電器是用來對傳統的生產線的控制，在使用過程中會出現，出產效率低，響應速度慢，故障率高，可靠性差，系統的工作狀態，故障處理，設備狀態監測與維修只能經歷一個被動查找故障點。并且第二次故障極易發生，產品的通過率也很低，從而使

3、生產成本變多。然而，隨著科技進步，飲料灌裝生產線進程正朝著智能化和自動化的目標發展。但是在考慮生產線操作員工以及電氣維修工人的實際知識水平，一套基于單指令模式的梯形圖，使用戶程序編制形象。易學；調試與查錯也很方便，就顯得十分重要了。The traditional relay is used to control to the traditional production line in use process will appear, low production efficiency and response speed, high failure rate, poor reliabilit

4、y and the working state of the system, fault handling, equipment condition monitoring and maintenance can only experience a passive find fault point. And second failures occur easily, the product pass rate is very low, so that the production cost becomes more. However, with the progress of science a

5、nd technology, beverage filling production line process is towards automation and intelligent development goals. But in consideration of the production line operators and electrical maintenance workers of the actual knowledge level, a single instruction mode of ladder diagram based on using user pro

6、gram image. To learn; debugging and error checking is also very convenient, it is very important.本文論述了PLC強大功能在工廠生產流水線中的應用-可編程控制器PLC在飲料灌裝生產線中的應用。并給出了相關的結構圖，地址分配表等In this paper, the application of programmable logic controller (PLC) in the beverage filling production line PLC powerful in factory produ

7、ction lines in the application. And gives the structure chart of the relevant address allocation table, etc.關鍵詞：灌裝生產線;PLC;傳感器Keywords: filling production line; PLC; sensor目 錄摘要.2ABSTRACT .3前言 .61.飲料灌裝生產流水線總體設計.7 1.1任務的分析.7 1.2 硬件方案設計 . .7 1.3 軟件方案設計. . .8 1.3.1 經驗設計法.8 1.3.2 邏輯設計法.92.系統元件的選擇.10 2.1

8、PLC的簡介.10 2.1.1 PLC的選擇原則.12 2.1.2 PLC的型號確定 .13 2.2 電動機的選擇 . .13 2.3 接觸器的選擇 . .14 2.4 熱繼電器的選擇 . .14 2.5 開關電器、熔斷器的選擇 . .15 2.6 傳感器的選擇 . .153.系統的硬件電路.16 3.1 系統硬件結構 . .16 3.2 主電路的設計 . .16 3.3 控制電路的設計 . .16 3.4 操作面板的設計 . .174.系統程序的設計.18 4.1 控制要求以及控制過程的分析 . .18 4.1.1 系統流程圖.18 飲料灌裝生產線的PLC控制系統的I/O分配.19 4.2程

9、序.20 4.2.1 初始化程序.20 4.2.2 裝箱選擇程序.21 4.2.3 流水線主控程序 .22 4.2.4 閃爍報警程序.23 4.2.5 計數程序.23 4.2.6 數據傳送程序.255.程序的調試 . .25 5.1 裝箱選擇程序的仿真 . .26 5.2 主控制程序的仿真 . .26 5.3 閃爍報警程序的仿真 . .29 5.4 計數程序的仿真 . .30結束語 . .31參考資料 . .32前 言目前，飲料的灌裝的自動化生產已經基本普及，為了進一步增強生產產品的質量，減少生產時間，提高產能，以適應顧客對產品要求的快速升級。產品生產正向縮短生產周期，降低生產成本，提高生產質

10、量等方面發展。因此飲料廠的自動化灌裝生產線中有更多的機械設備在使用先進的生產線灌裝技術來提升機械設備的自動化控制水平和生產效率。而就目前來講自動化生產的電氣控制部分的主要進軍方向就是PLC針對電氣部分的控制。本設計鑒于PLC控制系統非常可靠，可以在惡劣環境下連續運轉，操作簡單，容易上手四大優點，利用PLC技術平臺自主開發創新，將自動化技術中的電氣和機械相結合在一起等技術有機結合在一起，將PLC代替以前的繼電器、接觸器控制的作用，構成實用、可靠的飲料灌裝生產線PLC控制系統。該控制系統可節省大量的電氣元件、導線與原材料，縮短設計周期，減少維修工作，提高加工產品合格率進而提高生產率，而且程序調整修

11、改方法方便靈活，提高了設備的柔性和靈活性，具有整體技術經濟效益。本課題探討了如何利用德國西門子PLCS7-200進行飲料灌裝生產流水線的控制，重點分析了系統軟硬件設計部分，并給出了系統硬件接線圖、PLC控制I/O端口分配表以及整體程序流程圖等。1.飲料灌裝生產流水線總體設計1.1任務的分析本次設計使用PLC作為流水線控制處理的核心，處理器將處理來自各個設置好的設備的發送過來的信號。這些數據和計算信號通過PLC，然后飲料灌裝生產線的有效輸出信號，準確的操作。整體設計思想控制：進行全線的自動化生產控制，啟動時，PLC將第一預定控制系統流程線后。輸出繼電器的動作來控制輸送帶停止和飲料的飲料瓶灌裝，并

12、通過PLC內計數器已灌裝瓶數。1.2 硬件方案設計 該生產流水線是運用飲料灌裝機對瓶子進行飲料灌裝，它能夠連續的、不間斷的實現飲料的灌裝和封裝，并且這一過程是穩定、高效的。使用繼電器計數充填。生產線模型圖填充如圖1-1所示。圖1-1 飲料灌裝生產流水線模型 該系統的工作原理：一旦啟動，傳送帶將由旋轉電機運行驅動，當瓶檢測傳感器檢測空瓶，行程開關閉合，電機停止，飲料通過預置時間填充空瓶的灌裝設備，當滿瓶傳感器檢測電動機回收瓶全自動控制，如此反復循環，實現生產線。為解決飲料瓶大小不一的情況，本課題采用的光電傳感器是反射式的。圖1-2 飲料灌裝生產流水線結構圖1.3 軟件方案設計 PLC程序編制解決

13、方案是通過參考以往經驗并有邏輯的進行設計。1.3.1 經驗設計法 在一些典范基本電路的設計上，按照被設計目標對程序控制的各項要求，對梯形圖進行一步一步修正和改進。有時候必需屢次地優化和修正梯形圖，增添少許中央程序元件和觸電，最終才獲取滿足要求的成果3.12。 這樣的設計法沒有通用的規律，需要一遍一遍的嘗試，成功的偶然性也隨之產生，因此最終得到的結果是獨一無二的，在進行軟件設計時，軟件設計者的經驗和產品所能達到的效果有很大的關系，通過這樣的方法進行電路設計叫做經驗設計法。 1.3.2 邏輯設計法 通過邏輯分析的方法，有利于對控制電路的分析，從而對得到最好的設計方案有很大的幫助，充分滿足電路的設計

14、與技術要求，并且可以有效減少多余的電路系統，獲得耐用、有效的電路設計。3.12。 運用邏輯分析法進行電路設計通常分為四步： 首先，選取合適的各項元件，并合理對I/O點進行分配，并確定各項元件的運行狀態。 其次：找出需要的線圈所有開關邊界線，之后創建一一對應的中間線圈。 再次：羅列出中間線圈及相應元件邏輯函數式，并作出對應的梯形圖。 最后：對梯形圖進行全面的改進，使PLC的運行系統和生產要求相對應。邏輯設計步驟圖如圖1-3。圖1-3 PLC邏輯設計步驟圖2.系統元件的選擇2.1 PLC的簡介 可編程控制器是在工業生產中各種惡劣條件下進行研究出來的數據運算控制系統，。用于控制多種種類的設備和不同情

15、況下的生產操作。可編程控制器和相關的配置，應該是形成便于控制系統生產的一個總體，并且能夠容易增加其功能3.16.11。綜上所述，PLC就是一個可以通過設計出來的程序來控制產業生產的微型計算機，除了能實現許許多多的效用外，另有連接通信其他微機的功用。 （1）PLC的結構：PLC是由輸入模塊、輸出模塊、CPU和編程器組成，此外另有給PLC里面的電路供應電源的電源部件3。輸出接口部件中央處理單元CPU（板）輸入接口部件接受按鈕繼電器觸點行程開關等接觸器電磁閥指示燈等驅動 受控元件現場信號 電源部件 圖2-1 PLC的基本結構框圖 （2）PLC的主要特點： 編程方式易學：梯形圖的原理是通過運用大量的編

16、程語言的PLC，它的電路標識和表示方法跟繼電器的控制電路圖類似，梯形圖語言更加形象生動，簡單易學，電氣工程技術人員一般來講對繼電器的原理圖都非常了解，那么他們只需要花費幾天的時間就能充分掌握梯形圖語言，并用來編制用戶程序； 功效強，機能比高：每臺PLC內部都有幾百甚至上千個用戶可以選擇使用的程序編制元件，功能性很強，能夠對機械設備完成復雜多樣的控制操作。而繼電器控制系統要達到與之相似的效用，就需要相當可觀的花費了； 有完整的硬件配套設施，能夠適應各種環境，可用性很強:已經規范化的各種PLC產品，用戶可以選擇各種各樣的硬件配置來滿足需要，用戶還可以通過對系統不同的配置，達到不一樣的效用，構成的系

17、統也就不一樣。PLC的安設接線也非常簡易，正常情況下將PLC以外的線路接頭跟PLC的端子相連即可。PLC的符合能力恒強，正常情況下能夠直接啟動運行電磁閥和功率較小的交流接觸器。； 運行穩定，很少受外界環境影響：許多中間和時間繼電器被PLC的軟件系統所取代，PLC的外部只留下了數量很少的輸出硬件元件和輸入硬件元件，這使它的接線數量是繼電器控制十分之一到百分之一,因為接觸端口和線路的減少有效降低了接觸不良的問題； 程序的設計相對簡單，設備安裝、調試容易； 故障率低，有效降低維修工的工作強度； 體積小，耗能低。 （4）PLC的工作原理： 工作方式周期循環掃描 進展中的工作自診斷，輸入樣本，掃描過程中

18、，輸出刷新階段輸出處理程序處理 輸入端子輸入映像寄存器執行用戶程序內部存儲器刷新輸出映像寄存器輸出端子輸入信號輸出信號 輸入處理圖2-2 PLC的工作過程示意圖 （5）PLC的應用領域： 數字量邏輯控制； 運動控制； 閉環過程控制； 數據處理； 通信聯網。2.1.1 PLC的選擇原則PLC選取的基本原則：功能復合需求的條件下，選用最實用的、維修簡單、性價比最好的機型。在相對固定的過程。良好的環境條件（少量修復）的場合，應選用PLC的總體結構；在其他情況下，最好是使用PLC的模塊化結構。開關量控制和開關控制，用很少的工程項目來進行模擬控制，控制的速度不考慮范圍內。因此，低檔機的選擇也可以是A與D

19、之間的相互轉變，相加或者相減，加強低檔機傳送數據的能力，滿足要求。在操作復雜多變，條件要求較嚴格的條件下（如完成運算、閉環控制、通訊聯網等），可視系統的難易程度來采用相對應的機器。2.1.2 PLC的型號確定2.2 電動機的選擇 目前市場上有各種各樣的，不同型號的電機，對于不同場所也有許多適應工作場合的電動機種類。了解該體系的各項控制規則以后，再聯系各個電動機的結構特點和合用的場所，并考慮到價錢和實用性13.14。所以在該系統選用Y132M-4型號的電動機。表2-1 Y132M-4型電動機的性能參數電流電壓堵轉轉矩最大轉矩額定轉速極數頻率額定功率15.4 A380V2.2 n.m2.3 n.m

20、1440 r/min450 Hz7.5KW2.3 接觸器的選擇 圖2-4 2.4 熱繼電器的選擇 當電流流入熱元件時，由于電阻發熱使其溫度升高，而其中兩個漲縮系數不同的金屬薄片也隨著產生不同程度的外形改變2.5 開關電器、熔斷器的選擇2.6 傳感器的選擇 圖2-5 反射式光電傳感器原理圖 該設計選用PM2-LF10型號。 表2-2 型號為PM2-LF10的反射式光電傳感器性能參數性能參數檢測距離2.58mm(中心：5mm)白色無光澤紙(15×15mm)最小檢測物體 0.05mm銅線(設定距離：5mm)應差使用粗糙的白色紙張(15mm2)百分之二十以下的工作長度重復精度(垂直于檢測軸)

21、0.08mm以下電源電壓524V DC±10% 脈動P-P5%以下消耗電流平均：25mA以下，峰值：80mA以下輸出NPN開路集電極晶體管 ·最大流入電流：100mA·外加電壓：30V DC以下(輸出和0V之間)·剩余電壓：1V以下(流入電流為100mA時)0.4V以下(流入電流為16mA時)反應時間 0.8ms以下3.系統的硬件電路3.1 系統硬件結構 該設計系統組成部分：主電路、控制電路、輔助電路。3.2主電路的設計 傳送帶：由電動機M1帶動電機的開始和中止：接觸器KM1來控制。而保障電路的正常不超載，是由熱繼電器完成。斷路器QF1、QF2、QF3會

22、接入三相電，而且QF1、QF2、QF3還要防止電路出現短路現象。主控制電路控制的飲料灌裝生產線如圖3-1所示。圖3-1主控制電路圖3.3 控制電路的設計 該系統的PLC控制有九個為開啟關閉行程進行信號控制。這里面包括各種單獨操作的按鍵開關為六個，依次是SB0：啟動按鈕、SB1：停止按鈕、SB4：大包、SB5：中包、SB6：小包、SB7：散裝、SB10：手動復位按鈕。系統設置了開啟關閉量、傳感器開關各位1個。 十個該系統所擁有輸出信號之中，主傳動輸送帶電機的接觸器KM1擁有一個輸出信號，大的飲料瓶的加蓋有一個電磁閥，小的飲料瓶的加蓋有一個電磁閥，飲料灌裝也有一個電磁閥，生產線上的顯示有六個。圖3

23、-2為外部接線圖。圖3-2 系統外部接線圖3.4 操作面板的設計 操作面板的設計要建立在確實的實際基礎上，要體現操作方便，明了，能夠顯示灌裝生產線上每一個步驟，方便工作人員的操作。圖3-3為操作面板的示意圖。圖3-3 操作面板示意圖4.系統程序的設計4.1 控制要求以及控制過程的分析 系統開始運轉后，驅動電機將會帶動傳送帶運轉，直到停止按鈕被按下或者是檢測到有下一個飲料瓶才會停止；瓶子灌滿后，驅動電動機能夠自行啟動。當飲料罐被輸送帶傳送到飲料灌裝位置時，會有一秒鐘的停頓，然后機器才開始對其進行裝填，容量小的飲料瓶灌裝需要五秒，而容量大的需要八秒，然后需要兩秒鐘對飲料瓶進行密封，灌裝和封蓋進行的

24、時候設有警報裝置，封蓋結束之后將不再有警報；報警模式設置為紅色的光的頻率為0.5s間歇性的閃爍。同時，已灌裝滿的飲料瓶將由系統對其進行打包與計數，小瓶：大包：40、中包：30、小包：20；大瓶：大包：20、中包：15、小包：10。該系統在進行生產中能夠人為操作使數據歸零，系統預設為每7h將所有記錄數據進行存儲，并在同一時間重置計算器。考慮到安全因素，在進行中止按鍵操作室，設備會立即中止運轉，但是當生產線進行到飲料裝填和封蓋過程中時，進行中止按鍵操作時，但是運轉的系統并不會立刻終止，而是要等到封蓋結束之后，系統才會中止運轉。4.1.1 系統流程圖圖4-1 系統流程圖飲料灌裝生產線的PLC控制系統

25、的I/O分配表4-2為飲料灌裝生產線的PLC控制系統的I/O分配表輸入輸出X0啟動Y0驅動電動機轉動X1停止Y1灌裝飲料X2行程開關Y2小瓶封蓋X3傳感器Y3大瓶封蓋X4選擇大包包裝Y4顯示大包包裝X5選擇中包包裝Y5顯示中包包裝X6選擇小包包裝Y6顯示小包包裝X7選擇散裝Y7顯示散裝X10手動復位Y10系統上點顯示Y11灌裝和封蓋過程顯示4.2程序4.2.1 初始化程序 系統啟動前，要對系統進行初始化，按下復位按鈕，并對計數器清零圖4-3為初始化程序圖4.2.2 裝箱選擇程序 圖4-4為裝箱選擇程序圖4.2.3 流水線主控程序圖4-5為流水線主控程序圖 4.2.4 閃爍報警程序圖4-6為閃爍

26、報警程序 4.2.5 計數程序圖4-7計數程序圖4.2.6 數據傳送程序圖4-8為數據傳送程序圖5.程序的調試5.1 裝箱選擇程序的仿真 不同的按鈕對應相關的包裝。圖5-1為裝箱選擇程序仿真圖5.2 主控制程序的仿真 在開始按鍵X0 Y0功率繼電器的線圈通電并且自動關閉，輸送帶傳送到行程開關電源，X2，y0停電，輸送帶，填充電磁閥Y1電，填充5S，Y1失電，停止灌裝，封蓋裝置Y2通電，封蓋時間為2s。圖5-2為主控制程序仿真圖 輸送帶的運行，X2，X3（與光電傳感器一一對應）一起得電，表明感應到一個大瓶，填充時間八秒。圖5-3為主控程序仿真圖 當輸送帶運行過程中，進行停止按鍵操作：X1，然后系

27、統會停止工作。圖5-4為主控程序仿真圖 當生產線正在進行飲料裝填和封蓋時，停止按鍵操作后，生產線將不會立即終止，但等到裝填和封蓋做完之后，系統才能中止運轉。圖5-5為主控程序仿真圖5.3 閃爍報警程序的仿真 當生產線正在進行飲料添加（即Y1通電）和密封（Y2通電）時，所以報警器（即Y11）會閃爍報警。圖5-6為燈光報警系統仿真圖5.4 計數程序的仿真 小瓶，大包：40，并且最后清點計數圖5-7為技術程序仿真結束語隨著日后經濟社會的發展，科技的進步，自動化生產將在工業生產中越來越重要，企業對設備自動化的需求也會逐漸提高，PLC也會得到更大的改善。 在這幾個月的設計中，我更深入地了解了PLC的工作原理，編程方法及其在自動控制方面應用的優越性能。本課題設計是在蔡大華老師的全心教導和嚴格要求下，較好地做完了本次設計任務。同時，我的獨立思考、解決問題的能力