【文章內(nèi)容簡介】 部分：恒壓儲液罐灌液和計數(shù)部分。在恒壓儲液罐灌液不封，里面有上限液位和下線液位傳感器，它們淹沒時是 1 狀態(tài)。液面低于下線液位時恒壓儲液罐為空。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閉，使液位保持恒定。 鑒于 PLC 可靠性高、耐惡劣環(huán)境能力強、使用極為方便三大特點，利用 PLC 技術(shù)平臺自主開發(fā)創(chuàng)新，將機械、電氣和自動化等技術(shù)有機結(jié)合，將傳統(tǒng)的繼電器 接觸器控制功能用 PLC 代替，構(gòu)成實用、可靠的飲料灌裝生產(chǎn)線 PLC 控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng) 2 可節(jié)省大量電氣元件、導線與原材料 ,縮短設計周期 ,減少維修工作量 , 提高加工零件合格率 ,進而提高生產(chǎn)率，而且程序調(diào)整修改方便靈活，提高了設備的柔性和靈活性。具有整體技術(shù)經(jīng)濟效益。 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)線的改造和重新設計問題。目前，飲料的灌裝伸長已經(jīng)實現(xiàn)自動化，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，適應產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的要求，產(chǎn)品生產(chǎn)正向縮短生產(chǎn)周期、降低成本、提高生產(chǎn)質(zhì)量等方面發(fā)展。因此，飲料廠的自動化灌裝生產(chǎn)線中有越來越多的及其在使用先進的灌裝技術(shù)來提高及其的自動化電氣控制水平和生產(chǎn)效率。 PLC 是以微處理器為核心的工業(yè)控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)與計算機技術(shù)結(jié)合在一起，近年來在工業(yè)自動控制、機電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到普遍應用。作為通用工業(yè)控制計算機，其實現(xiàn)了工業(yè)控制領域接線邏輯到存儲 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。鑒于此，設計者利用 PLC 的功能和特點設計出了一款飲料灌裝生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng) 目前飲料灌裝生產(chǎn)線的控制過程主要是繼電器接觸控制，但這種電路接線復雜，可靠性低，使得工業(yè)生產(chǎn)的效率得不到提高 [34]。不過，隨著時代的發(fā)展，飲料灌裝生產(chǎn)線的控制過程正朝著智能化和自動化的方向發(fā)展。 PLC 是微機技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，又照顧到現(xiàn)場電 氣操作維修人員的技能與習慣，特別是 PLC 的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學；調(diào)試與查錯也都很方便。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]。 課題研究內(nèi)容 本課題對飲料罐裝生產(chǎn)流水線的硬件和軟件進行了設計。其中硬件設計包括三菱FX1N40MR PLC 外部電路的設計與安裝；軟件部分包括程序的設計與調(diào)試。根據(jù)系統(tǒng)的要求對 PLC、電動機、傳感器等外部設備進行選型。設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)通過開關設定為自動操作模式，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動作或待灌裝的飲料瓶被傳送至灌裝設備下時停止；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備下或停止開關動作；（ 2）當瓶子定位在灌裝設備下時，停頓 1s，灌裝設備開始工作，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。整個灌裝和上蓋過程應有報警顯 示，待上蓋完畢后不再顯示報警；報警方式為紅燈以 間隔閃爍；（ 3）包裝上，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 3 一中包 10 瓶為一小包；（ 4）能夠?qū)崿F(xiàn)對生產(chǎn)產(chǎn)品進行自動記數(shù)并可以手動對計數(shù)器清零。 Equation Chapter (Next) Section 1 4 2 飲料罐裝生產(chǎn)流水線總體方案設計 任務的分析 本次設計的任務是以三菱 FX1N 系列 PLC 作為處理核心，用行程開關、傳感器將生產(chǎn)過程中的信號（如空瓶的運行的位置、飲料瓶的大小等等）處理后送給 PLC 處理器，由 PLC 對數(shù)據(jù)進行運算，然后輸出驅(qū)動信號（如接觸器、電磁閥等等）來完成飲料罐裝生產(chǎn)過程的流水線操作。 該系統(tǒng)的總體思路：此生產(chǎn)線為全自動控制 的，生產(chǎn)線一旦上電， PLC 將通過軟件對生產(chǎn)線進行自動控制：通過輸出繼電器控制傳送帶的停轉(zhuǎn)和對飲料瓶灌裝的控制，實現(xiàn)對系統(tǒng)狀態(tài)的顯示，并且通過 PLC 內(nèi)部的計數(shù)器對所生產(chǎn)的產(chǎn)品進行計數(shù)。 硬件方案設計 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。對于飲料瓶大小的區(qū)別是通過反射式光電傳感器工作來實現(xiàn)的。利用輔助繼電器對計數(shù)器進行正電平觸發(fā)來實現(xiàn)對所生產(chǎn)產(chǎn)品的計數(shù)。生產(chǎn)流水線結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。 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，行程開關閉合，電動機停轉(zhuǎn)，灌裝設備通過閥門的關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。對于傳送帶上的飲料瓶大小的區(qū)分，是通過下圖中所在位置的反射式光電傳感器工作來實現(xiàn)的。 E 1閥 門傳 送 帶驅(qū) 動 電 動 機 行 程 開 關光 電 傳 感 器大 瓶小 瓶 圖 21 生產(chǎn)流水線結(jié)構(gòu)圖 軟件方案設計 PLC 軟件方案設計的方法有經(jīng)驗設計法，邏輯設計法等。 5 經(jīng)驗設計法 梯形圖的經(jīng)驗設計法是比較廣泛的一種方法。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。該方法的核心是輸出線圈。以下是經(jīng)驗設計方法的基本步驟： 。 PLC 的輸入信號和輸出負載，畫出 PLC 的外部接線圖。 ，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。 。 邏輯設計法 邏輯設計法的理論基礎是邏輯代數(shù)。而繼電器控制系統(tǒng)的本質(zhì)是邏輯線路?？匆粋€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)。因此電氣控制電路從本質(zhì)上說是一種邏輯線路 ,它符合邏輯運算的基本規(guī)律。具體步驟如下圖 31 所示 : 明 確 設 計 任 務 和 技 術(shù) 條 件修 改 軟 件 ， 硬 件聯(lián) 機 調(diào) 試局 部 模 擬 運 行安 裝 P L C程 序 檢 查 調(diào) 試I / O 配 線編 制 程 序制 作 控 制 區(qū)系 統(tǒng) 總 體 設 計P L C 機 型 選 擇 是 否 滿 足 要 求 ？交 付 使 用整 理 系 統(tǒng) 文 件系 統(tǒng) 試 運 行程 序 備 份否是 圖 22PLC 邏輯設計步驟圖 Equation Chapter (Next) Section 1 6 3 系統(tǒng)元件的選擇 的選型 根據(jù)飲料罐裝自動生產(chǎn)線的工藝流程圖， PLC 控制系統(tǒng)的輸人信號有 9 個，且均為開關量。 PLC 控制系統(tǒng)的輸出信號有 10 個。 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。 綜合以上信息，并結(jié)合經(jīng)濟實用性的考慮，控制系統(tǒng)選用 FX1N40MR 型號的 PLC：繼電器輸出 ,輸人點數(shù)輸出點數(shù)均為 16 點，可以滿足工藝要求，且留有一定的余量。便于以后的修改和擴展。根據(jù)系統(tǒng)的性能與要求， PLC 輸入 /輸出端口地址的分配如表 31所示。 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 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