【正文】 設(shè)計 學生姓名 李昕 學 號 12020247764 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 機械及自動化 1 班 指導教師 2020 年 5 月 6 日 摘 要 本文主要介紹的是基于三菱 FX1N40MR 可編程控制器（ PLC） 的飲料灌裝生產(chǎn)流水線的控制系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)主要運用了三菱 PLC、傳感器、繼電器、行程開關(guān)等器件，利用 PLC 良好的自動控制性能，實現(xiàn)飲料罐裝生產(chǎn)過程的無人控制 。 (3) the system can achieve manually reset. The system mainly uses the Mitsubishi PLC, sensors, relays, switches and so on and uses the good automatic control performance of PLC to achieve the no control of beverage filling production line . KEY WORDS: PLC。鑒于這些問題，我國企業(yè)不斷發(fā)展自身的實力，逐步朝著生產(chǎn)高速化、設(shè)備結(jié)構(gòu)合理化、設(shè)備的多功能化、設(shè)備的綠色化、控制的智能化等方向發(fā)展。 隨著工業(yè)自動化水平日益提高，眾多工業(yè)企業(yè)均面臨著傳統(tǒng)生產(chǎn)線的改造和重新設(shè)計問題。 飲料灌裝機用于灌裝各種各樣的瓶裝飲料，適合大中型飲料生產(chǎn)廠家，早期的灌裝機械大多數(shù)采用容積泵式、蠕動泵式作為計量方法。 PLC 控制具有編程簡單、工作可靠、使用方便等特點，在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域廣泛應用。飲料通過進液電磁閥流入恒壓儲液罐，液面達到上限位時進液電磁閥斷電關(guān)閉，使液位保持恒定。 隨著工業(yè)自動化水平日益提高，眾多工業(yè)企業(yè)均面臨著傳統(tǒng)生產(chǎn)線的改造和重新設(shè)計問題。作為通用工業(yè)控制計算機，其實現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲邏輯的飛躍，在世界工業(yè)控制中發(fā)揮著越來越重要的作用。用戶在購到所需的 PLC 后，只需按說明書的提示，做少量的接線 和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將 PLC應用于生產(chǎn)實踐 [512]。設(shè)計好的飲料灌裝生產(chǎn)流水線能夠?qū)崿F(xiàn)以下目的：（ 1）系統(tǒng)通過開關(guān)設(shè)定為自動操作模式，一旦啟動，則傳送帶的驅(qū)動電機啟動并一直保持到停止開關(guān)動作或 待灌裝的飲料瓶被傳送至 灌裝設(shè)備下時停止；瓶子裝滿飲料并上蓋后，傳送帶 驅(qū)動電機必須自動啟動，并保持到 下一個待灌裝的飲料瓶被傳送至 灌裝設(shè)備下或停止開關(guān)動作；（ 2）當瓶子定位在灌裝設(shè)備下時，停頓 1s，灌裝設(shè)備開始工作，對于大瓶灌裝 8 秒鐘，小瓶則灌裝 5 秒鐘，待灌裝過程完畢再對飲料瓶進行上蓋，上蓋時間為 2 秒鐘。 硬件方案設(shè)計 飲料的灌裝是采用了飲料灌裝機，飲料灌裝機將灌裝裝置以及封蓋裝置集合在一起，使飲料的灌裝穩(wěn)定、高效的完成。 系統(tǒng)的工作原理：系統(tǒng)一旦上電，傳送帶驅(qū)動電動機運轉(zhuǎn)，待空飲料瓶行至行程開關(guān)，行程開關(guān)閉合，電動機停轉(zhuǎn)，灌裝設(shè)備通過閥門 的 關(guān)斷來控制飲料灌裝的時間，待飲料灌裝過程完畢后電動機恢復轉(zhuǎn)動，如此循環(huán)實現(xiàn)生產(chǎn)線上的自動控制。這種方法沒有普遍的規(guī)律可以遵循 ,具有很大的試探性很隨意性 ,最后的結(jié)果不是唯一的。 ，時間繼電器對應的梯形圖中的輔助繼電器（ M）和定時器（ T）的元件號。看一個電氣控制線路都會發(fā)現(xiàn) ,線路的接通和斷開 ,都是通過繼電器等元件的觸點來實現(xiàn)的 ,故控制線路的種種功能必定取決于這些觸點的開，合兩種狀態(tài)。 FX1N 系列的 PLC 只有繼電器輸出方式和晶體管輸出方式兩種 , 繼電 器輸出方式其特點是：可使用交直流電源，其動作慢，但安全隔離效果好，可靠性高；晶體管輸出方式其特點是：只能使用直流電源，其響應速度最快 —— 場效應管輸出模塊的工作頻率可達 20kHz，但過載能力較差。 表 31 PLC I/O 端地址編號對照表 輸入信號 輸出信號 名稱 功能 編號 名稱 功能 編號 SB0 啟動按鈕 X0 KM1 傳送帶電動機 Y0 SB1 停止按鈕 X1 YV1 灌裝電磁閥 Y1 ST0 行程開關(guān) X2 YV2 小瓶封蓋 Y2 S0 光電傳感器 X3 YV3 大瓶封蓋 Y3 SB4 大包 X4 HL4 大包 Y4 SB5 中包 X5 HL5 中包 Y5 SB6 小包 X6 HL6 小包 Y6 SB7 散裝 X7 HL7 散裝 Y7 SB10 手動復位 X10 HL10 系統(tǒng)上電顯示 Y10 HL11 灌裝過程顯示 Y11 電動機的選型 目前市面上的電動機類型多種多樣，用于驅(qū)動傳送帶傳送的電動機的類型也數(shù)不勝數(shù) [1314]。 1）交流接觸器。 接觸器的選型有諸多因素外與負載密切相關(guān)一般三相異步電機的起動電流為額定電流的 35 倍。另一部分是接在控制電路中，與接觸器 KM 的線圈電路相串聯(lián)。 主電動機 M1 的額定電流 15A， FR1 可以選用 JR16，熱元件電流為 20A，電流整定范圍為 1422A 工作時將額定電流調(diào)整為 15A。反射式光電傳感器的工作原理如圖 31 所示。 最大流入電流： 100mA 斷路器 QF QF QF3 將三相電源引入，同時 QF QFQF3 為電路提供短路保護。行程開關(guān) 1 個，傳感器開關(guān) 1 個。如圖 44 所示。這樣做有利于不同層次的需要。在生產(chǎn)過程中可以對各計數(shù)器手動清零，系統(tǒng)每8 小時將所記數(shù)據(jù)送入指定的存儲器中，然后將記數(shù)器清零。 15 流水線主控程序 生產(chǎn)流水線主控電路的自動控制： 系統(tǒng)通過開關(guān)設(shè)定為自動操作模式，一旦 啟動，則傳送帶的驅(qū)動電機啟動并一直保持到停止開關(guān)動作或灌裝設(shè)備下的傳感器檢測到一個瓶子時停止；瓶子裝滿飲料并上蓋后，傳送帶驅(qū)動電機必須自動啟動，并保持到又檢測到一個瓶子或停止開關(guān)動作；當瓶子定位在灌裝設(shè)備下時，停頓 1s，灌裝設(shè)備開始工作，對于大瓶灌裝 8 秒鐘，小瓶則灌裝 5 秒鐘，待灌裝過程完畢再對飲料瓶進行上蓋，上蓋時間為 2 秒鐘。 18 數(shù)據(jù)傳送程序 設(shè)定 8 小時傳輸一次數(shù)據(jù)，將各記數(shù)器中所記數(shù)據(jù)存儲到指定的存儲器中。 21 在傳送帶運轉(zhuǎn)時， X2X3(對應光電傳感器 )同時上電，表示檢測到大瓶，此后灌裝加料過程為 8 秒。 記數(shù)程序的仿真 對于小瓶，每大包可裝 40 瓶，并且最后對所裝包數(shù)進行記數(shù)。仿真調(diào)試后的控制系統(tǒng)基本上滿足以下控制要求： (1)能對空瓶進行運送、灌裝，灌裝量可根據(jù)空瓶大小設(shè)定；（ 2）對滿瓶進行運送及計數(shù)，計數(shù)值包括 累計計數(shù)、單位包裝計數(shù)，單位包裝計數(shù)量可根據(jù)包裝大小設(shè)定；（ 3）能夠?qū)崿F(xiàn)手動復位。 基于 PLC 的飲料灌裝生產(chǎn)流水線的控制系統(tǒng)為飲料罐裝生產(chǎn)提供了極大地便利，在各種飲料罐裝生產(chǎn)行業(yè)迅猛發(fā)展。 老師 對我的悉心幫助 為我打下 堅實 的 理論 基 礎(chǔ) 知 識 ，提高 個 人能力都非常有益，在此我 對 丁 老 師 表示忠心的感 謝 和崇高的敬意。 致 謝 25 致 謝 首先感謝寧夏大學新華 學院四年來對我的精心培養(yǎng)，這四年是我的一段比較快樂的時光，也是人生中一段寶貴的經(jīng)歷。但對于大型的生產(chǎn)流水線來說，該系統(tǒng)就無法滿足其更加復雜、準確、智能的控制要求。該系統(tǒng)的設(shè)計包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。 在灌裝加料和上蓋時按下停止按鈕，系統(tǒng)不會馬上停止工作，而是待灌裝和上蓋工作結(jié)束后，最終停止 運轉(zhuǎn)。 裝箱選擇程序的仿真 X4 X5 X6 X7 分別對應大包 中包 小包和散裝的按鈕，選擇不同的按鈕按下，在控制面板上會顯示出相應的包裝。 16 17 閃爍報警程序 罐裝和上蓋過程中閃爍報警 記數(shù)程序 對于小瓶： 40 瓶為一大包， 30 瓶為一中包， 20 瓶為一小包；對于大瓶： 20 瓶為一大包， 15 瓶為一中包 10 瓶為一小包。系統(tǒng)過程流程圖和順序功能圖分別如下圖 51 和圖 52 所示。 當 瓶子定位在灌裝設(shè)備下時，停頓 1s，灌裝設(shè)備開始工作，灌裝過程為 小瓶裝 5s 鐘 ，大瓶裝8S 鐘 ， 然后均上蓋時間為 2 秒， 灌裝 和上蓋 過程應有報警顯示， 上蓋過程 停止并不再顯示報警；報警方式為紅