【正文】 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 李昕 學(xué) 號 12020247764 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級 機(jī)械及自動(dòng)化 1 班 指導(dǎo)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(jì)。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)系統(tǒng)最終能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能： (1)能對空瓶進(jìn)行運(yùn)送、灌裝，灌裝量可根據(jù)空瓶大小設(shè)定；（ 2）對滿瓶進(jìn)行運(yùn)送及計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值包括累計(jì)計(jì)數(shù)、單位包裝計(jì)數(shù)，單位包裝計(jì)數(shù)量可根據(jù)包裝大小設(shè)定；（ 3）能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。 a） 關(guān) 鍵 詞 ： PLC；飲料灌裝；生產(chǎn)流水線 III ABSTRACT This paper mainly introduces the control system of beverage filling production line based on Mitsubishi FX1N40MR system design consists of hardware and software design. The hardware design includes Mitsubishi FX1N40MR PLC’s external circuit design and installation。 (2) the full bottles can be transported and counted, the count includes total count and the count of unit package and the total number of unit packaging can be set according to package size。 Beverage filling。設(shè)備陳舊，技術(shù)落后，成為阻礙我們灌裝行業(yè)發(fā)展的一個(gè)嚴(yán)重問題。 PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè) 備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 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(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，近年來在工業(yè)自動(dòng)控制、機(jī)電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到普遍應(yīng)用。提高包裝機(jī)械自動(dòng)化程度的目的：一是為了提高生產(chǎn)率；二是為了提高設(shè)備的柔性和靈活性；三是為了提高包裝機(jī)械完成復(fù)雜動(dòng)作的能力。這些方法存在一些缺點(diǎn)。本系統(tǒng)采用的飲料分裝計(jì)量是通過時(shí)間和單位時(shí)間流量來確定的，計(jì)量精度由 PLC 控制確定。專為 PLC 應(yīng)用而實(shí)際的觸摸屏集主機(jī)、輸入和輸出設(shè)備于一體，適合在惡略的工業(yè)環(huán)境中使用 . 飲料灌裝裝置主要包括兩部分：恒壓儲液罐灌液和計(jì)數(shù)部分。液面低于下線液位時(shí)恒壓儲液罐為空。 鑒于 PLC 可靠性高、耐惡劣環(huán)境能力強(qiáng)、使用極為方便三大特點(diǎn)，利用 PLC 技術(shù)平臺自主開發(fā)創(chuàng)新，將機(jī)械、電氣和自動(dòng)化等技術(shù)有機(jī)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(shí)用、可靠的飲 料灌裝生產(chǎn)線 PLC 控制系統(tǒng)。具有整體技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益 。目前，飲料的灌裝伸長已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，適應(yīng)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。 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(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，近年來在工業(yè)自動(dòng)控制、機(jī)電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到普遍應(yīng)用。鑒于此，設(shè)計(jì)者利用 PLC 的功能和特點(diǎn)設(shè)計(jì)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(fù)雜，可靠性低，使得工業(yè)生產(chǎn)的效率得不到提高 [34]。 PLC 是微機(jī)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(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是 PLC 的程序編制，不需要專門的計(jì)算機(jī)編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯(cuò)也都很方便。 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(jìn)行了設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)的要求對 PLC、電動(dòng)機(jī)、傳感器等外部設(shè)備進(jìn)行選型。整個(gè)灌裝和上蓋過程應(yīng)有報(bào)警顯示，待上蓋完畢后不再顯示報(bào)警；報(bào)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(jìn)行自動(dòng)記數(shù)并 可以手動(dòng)對計(jì)數(shù)器清零 。 該系統(tǒng)的總體思路：此生產(chǎn)線為全自動(dòng)控制的，生產(chǎn)線一旦上電， PLC 將通過軟件對生產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)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(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)狀態(tài)的顯示，并且通過 PLC 內(nèi)部的計(jì)數(shù)器對所生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)。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(shí)現(xiàn)的。生產(chǎn)流水線結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。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(shí)現(xiàn)的。 5 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法 梯形圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法是比較廣泛的一種方法。該方法的核心是輸出線圈。 PLC 的輸入信號和輸出負(fù)載，畫出 PLC 的外部接線圖。 。而繼電器控制系統(tǒng)的本質(zhì)是邏輯線路。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(yùn)算的基本規(guī)律。 PLC 控制系統(tǒng)的輸出信號有 10 個(gè)。 綜合以上信息，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)實(shí)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(diǎn)數(shù)輸出點(diǎn)數(shù)均為 16 點(diǎn)，可以滿足工藝要求，且留有一定的余量。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?；谠撓到y(tǒng)的控制要求與各類型電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作場合，并考慮到經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，本系統(tǒng)選擇的電動(dòng)機(jī)型號為 Y132M4，其性能參數(shù)如表 32 所示。通用接觸器可大致分以下兩類。主要有電磁機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置等組成。 2）直流接觸器，一般用于控制直流電器設(shè)備，線圈中通以直流電，直流接觸器的動(dòng)作原理和結(jié)構(gòu)基本上與交流接觸器是相同的。所以接觸器的額定電流為： IN=36A (31) 綜上所述，本系統(tǒng)選用 CJ1040 接觸器：額定電流為 40A,額定電壓為 380V。一部分是主觸點(diǎn)，接在電動(dòng)機(jī)與接觸器 KM 之間。熱繼電器在控制線路中起過載保護(hù)的功能。根據(jù)雙金屬熱元件的數(shù)目可分為兩極和三極型熱器，而三極型又分帶斷相保護(hù)和不帶斷相保護(hù)兩種。 開關(guān)電器、熔斷器的選型 行程開關(guān)是一種由物體的位移來決定電路通斷的開關(guān)，選用型號為 LXK2131 型。 傳感器的選型 系統(tǒng)中運(yùn)用傳感器對飲料瓶的大小進(jìn)行區(qū)別，根據(jù)設(shè)計(jì)需要選擇 反 射式光電傳感器 [15]。 8 反 射 式 光 電 傳 感 器反射物發(fā) 光接 收 圖 31 反射式光電傳感器原理圖 該系統(tǒng)選擇的反射式光電傳感器型號為 PM2LF10,其性能參數(shù)如表 33 所示。10% 脈動(dòng) PP5%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 外加電壓： 30V DC 以下 (輸出和 0V 之間 ) 由熱繼電器 FR1 實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。 飲料罐裝生產(chǎn)的主控制電路如圖 42 所示。其中各種單操作按鈕開關(guān) 6 個(gè)，分別 SB0 啟動(dòng)按鈕、 SB1 停止按鈕、 SB4 大包、 SB5 中包、 SB6 小包、 SB7 散裝、SB10 手動(dòng)復(fù)位按鈕。 PLC 控制系統(tǒng)的輸出信號有 10 個(gè)，其中 1 個(gè)用于驅(qū)動(dòng)傳送帶電 動(dòng)機(jī)的接觸器 KM1, 3 個(gè)電磁閥分別用于大瓶和小瓶的封蓋及飲料罐裝， 6 個(gè)用于生產(chǎn)線上的狀態(tài)顯示。 FX 2 N 32 MR 001P LCX 10Y 0X 7X 6X 5X 3X 4X 2X 0X 1Y 4Y 3Y 2Y 124 VCO MCO M 2CO M 1Y 11Y 10Y 7Y 6