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飲料灌裝生產(chǎn)線模擬系統(tǒng)設(shè)計—畢業(yè)設(shè)計-在線瀏覽

2025-02-03 15:48本頁面
  

【正文】 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 2 概述 一.課題研究背景 幾年前,自動化技術(shù)只占包裝機械設(shè)計的 30%,現(xiàn)在已占 50%以上,大量使用了微電腦設(shè)計和機電一體化控制。 本設(shè)計的目的是利用“ 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,構(gòu)成實用的飲料灌裝生產(chǎn)線模擬系統(tǒng)。 該控制系統(tǒng)可節(jié)省大量電氣元件、導(dǎo)線與原材料 ,縮短設(shè)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(shè)備的柔性和靈活性。 三.設(shè)計 要求 系統(tǒng)主要基于 PLC200,主要功能是完成飲料灌裝生產(chǎn)過程,明確裝瓶,傳送,蓋蓋,檢測過程,并可以啟動,移位,復(fù)位按鈕進行操作,實現(xiàn)手動,自動全過程。 : PLC 型號、相關(guān)元器件的選擇以及外部接口電路的設(shè)計。 :實驗室中連接硬件線路,模擬運行,完成程序的調(diào)試。流水線的實時監(jiān)控,由傳感器檢測。 按下啟動按鈕后,生產(chǎn)線進入自動工作狀態(tài),具備工作條件后,瓶子隨著傳送帶進入灌裝工序,灌裝完成后傳送帶繼續(xù)啟動運行。檢測滿瓶過程中計數(shù)(正品與次品分別計數(shù))。 ( 2) 控制要求: ①一旦啟動, M1 主傳送帶驅(qū)動電機啟動并保持到停止開關(guān)動作或者灌裝設(shè)備下的傳感器檢測到一個瓶子時停止,瓶子裝滿飲料后,傳送帶驅(qū)動電機 M1 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。欠壓保護。 M2 次品傳送帶電動機 ( 1) 功能:帶動次品傳送帶運行 ( 2) 控制要求: ①一旦啟動,則 M2 次品傳送帶驅(qū)動電機啟動,并保持到停止開關(guān)動作。欠壓保護。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 7 M3 灌裝電動機 ( 1) 功能:保持料箱液位 ( 2) 控制要求: ①當料箱中下陷位傳感器動作時, M3 啟動給飲料注入原料,當上限位傳感器動作時, M3 停止。 ③通過交流接觸器實現(xiàn)失壓。 ④通過熱繼電器實現(xiàn)過載,欠相保護。 ( 2) 控制要求: ①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 5S,灌裝過程應(yīng)有報警顯示, 5S 后停止灌裝并不再顯示報警。電動定量灌裝系統(tǒng)及電磁閥控制計量裝置,可進行精確灌裝,減少浪費。液面低于下陷位液面是恒壓儲液罐為空。 恒壓儲液罐下面是灌裝頭部分,夾瓶裝置由汽缸 1 驅(qū)動下降,下降到位后,夾瓶裝置由汽缸 2 加緊定位,定位夾緊后,灌裝頭由汽缸 3 驅(qū)動下降,到位后灌裝頭電磁閥打開,開始灌裝,延時 5秒電磁閥關(guān)閉,灌裝頭上升,夾瓶裝置放松上升,傳送帶電機啟動。但由于 PC 容易和個人計算機( Personal Computer)混淆,故人們?nèi)粤?xí)慣地用 PLC作為可編程序控制器的縮寫。 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)主要存在以下兩個缺點,一是可靠性差,排除故障困難,因為它是接觸控制,所以當觸點 發(fā)生磨損和斷裂等損壞情況時很難做出相應(yīng)處理;二是靈活性差,總體成本較高。因此當市場需要適應(yīng)新的變化時,PLC 就應(yīng)運而生了。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(yīng)用于生產(chǎn)實踐。國際電工學(xué)會( IEC)曾先后于 1982 年、 1985 年和 1987 年發(fā)布了可編程序控制器標準草案的第一,二,三稿,并在 1987 年 2月對 PLC 作了如下定義: 可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計??删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備,都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴充其功能的原則設(shè)計。 PLC的產(chǎn)生和定義 可編程控制器的縮寫為 PLC( Programmable Logical Controller),是將計算機技術(shù)、自動化技術(shù)和通信技術(shù)融為一體,專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的控制設(shè)備。繼電器控制簡單、實用,但存在著明顯的缺點:設(shè)備體積大,可靠性差,動作速度慢,功能少,難以實現(xiàn)較復(fù)雜的控制特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng),接線復(fù)雜,一旦動作順序或生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時,就必須進行重新設(shè)計、布線、裝配和調(diào)試,所以通用性和靈活性較差。 可編程序控制器一直在發(fā)展中,所以至今尚未對其下最后的定義。它采用了可編程序的存儲器,用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令,并通過數(shù)字的,模擬的輸入和輸出,控制各種類型的機械或生產(chǎn) 過程。 1968 年美國 GM(通用汽車)公司提出取代繼電器控制裝置的要求,第二年美國數(shù)宇公司研制出了第一代可編程序控制器,它具有邏輯運算、定時、計數(shù)等順序等功能。但由于 PC( Personal Computer)已成為個人計算機的代名詞,為了不與之混淆,人們習(xí)慣上仍將可編程控制器稱為 PLC。 1982 年,國際電工委員會( IEC)制定了 PLC 的標準,在 1987 年 12月頒布的第三稿中,對可編程控制器的定義是:“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備,都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體,易于擴充其功能的原則設(shè)計。這是 PLC 控制優(yōu)于微機控制的一大特點。 在 PLC 設(shè)計中,可以從硬件和軟件兩方面采取措施,防止以上故 障的發(fā)生,以提高其可靠性。 濾波 :對供電系統(tǒng)及輸入 /輸出線路采用多種形式的濾波,如 LC式π型濾波 網(wǎng)絡(luò),以消除高頻干擾和削弱各種模塊之間的相互影響。 隔離 :在微處理器與輸入 /輸出電路之間,采用光電隔離,有效地隔離輸入 /輸出間電的聯(lián)系,減少故障和誤 動作的可能。 采用模塊式結(jié)構(gòu) :這種結(jié)構(gòu)有助于故障情況下短時修復(fù)。 ②軟件措施有: 故障檢測 :軟件定期地檢測外界環(huán)境,對諸如掉電、強干擾信號等情況能及時進行處理。 設(shè)置了警戒時鐘 WDT:如果程序每循環(huán)執(zhí)行時間超過了 WDT 規(guī)定時間,預(yù)示了程序進入死循環(huán),立即報警。 對程序及動態(tài)數(shù)據(jù)進行電池后備 :停電后,利用后備電池供電,有關(guān)狀態(tài)及信息就不會因此而丟失。例如美國通用電氣公司制成的PC控制模塊平均無故障率可達 1 千萬小時之多,組成系統(tǒng)后的平均無故障率可達 4 至 5 千萬小時。目前大多數(shù) PLC 采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”,即有傳統(tǒng)控制線 路的清晰直觀,又適合電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣和微機應(yīng)用水平,易于接受,與常用的匯編語言相比,更受歡迎。 PLC 是為車間操作人員而設(shè)計的,一般只要很短時間的訓(xùn)練即能學(xué)會使用。當然, PLC的功能開發(fā),需要有軟件專家的幫助。所以 PLC 取代繼電器控制,而且具有 繼電器所不具備的無可比擬的優(yōu)點。 ( 4)功能完善 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 12 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)字和模擬量輸入輸出、邏輯和算術(shù)運算、定時、計數(shù)、順序控制、功率驅(qū)動、通信、人機對話、自檢、記錄和顯示功能,使用設(shè)備水平大提高。為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要,除了一些小型PLC 以外,絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu)。 ( 6)減少了控制系統(tǒng)設(shè)計及施工的工作量 由于 PLC 采用軟件編程來達到控制功能,而不同于繼電器控制采用接線來達到控制功能,同時 PLC 又能率先進行模擬調(diào)試,并且操作化功能和監(jiān)視化功能很強,這些都減少了許多的工作量。對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號(交流或直流,開關(guān)量或模擬量,電壓或電流,脈沖或電位,強電或弱電),設(shè)計有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備直接連接。 由于 PLC 具備了以上特點,它把微計算機技術(shù)與繼電器控制技術(shù)很好地融合 在一起,最新發(fā)展的 PLC 產(chǎn)品,還把直接數(shù)字控制( DDC)技術(shù)加進去,并具有 監(jiān)控計算機聯(lián) 網(wǎng)的功能。 Keyene 的 PLC 是基于工業(yè)自動化的生產(chǎn)要求,專業(yè)對應(yīng)生產(chǎn)需要而研發(fā)的PLC。 Keyence 是從傳感器和光學(xué)元件起家,在軟件研發(fā)上的投入非常大,因此它的 PLC 在數(shù)據(jù)采集處理,通信連接,自動化管理上非常突出,而且使河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 13 用性能可靠。 設(shè)計 PLC 基本原則 設(shè)計 PLC 控制時,應(yīng)遵循以下基本原則 (1) 最大限度地滿足被控對象的控制要求 充分發(fā)揮 PLC 的功能,最大限度地滿足被控對象的控制要求,是設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)的首要前提,這也是設(shè)計中最重要的一條原則。同時要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場操作人員緊密配合,擬定控制方案,共同解決設(shè)計中的重點問題和疑難問題。這就要求設(shè)計者在系統(tǒng)設(shè)計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮,以確保控制系統(tǒng)安全可靠。 (3) 力求簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便 一個新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量,帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益,但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護也將導(dǎo)致運行資金的增加。這就要求設(shè)計者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟,而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便、成本低,不宜盲目追求自動化和高指標。這就要求在選擇PLC、輸入 /輸出模塊、 I/O 點數(shù)和內(nèi)存容量時,要適當留有裕量,以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進。 (5) PLC的應(yīng)用 由于 PLC自身的特點和優(yōu)勢, PLC已經(jīng)在工業(yè)控制中得到大量廣泛的應(yīng)用,包括機械,冶金,化工,電力,建筑等,應(yīng)用范圍也在不斷擴大。 邏輯控制是 PLC最基本的應(yīng)用,它可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制裝置,可實現(xiàn)組合邏輯控制,定時控制和順序邏輯 控制等功能。 PLC使用專用的運動控制模塊,可對直線運動或圓周運動的位置,速度和加速度進行控制,實現(xiàn)單軸,雙軸和多軸位置控制,并使順序控制和運動控制有機結(jié)合在一起。 PLC通過其模擬量 I/O模塊,及數(shù)據(jù)處理運算功能,實現(xiàn)對模擬量的閉環(huán)控制。 現(xiàn)代 PLC具有數(shù)學(xué)運算,數(shù)據(jù)傳送轉(zhuǎn)換排序和查表功能,可以完成數(shù)據(jù)的采集分析處理等操作。 PLC的通信包過主機與遠程 I/O之間的通信,多臺 PLC之間的通信, PLC與其他智能設(shè)備之間的通信。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 15 PLC 的選擇 S7— 200 PLC 的選擇包括對 PLC 的機型、容量、 I/O 模塊、 電源等的選擇。早些時候稱為 CPU21X,其后的改進型稱為 CPU22X。 S722X 系列 PLC 可提供 5 種不同的基本單元和多種規(guī)格的擴展單元。 表 21 給出了 22X 系列 CPU 的基本配置。此外, S7200 系列 PLC 允許在程序中立即讀寫輸入、輸出口,允許在程序中使用中斷,允許設(shè)定通訊任務(wù)的處理時間,允許設(shè)置停止模式數(shù)字量輸出狀態(tài),可以由用戶自己定義存儲器的掉電保護區(qū),可以允許數(shù)字量時間,允許設(shè)置停止模式數(shù)字量輸出狀態(tài),可以由用戶自己定義存儲器的掉電保護區(qū),可以允許數(shù)字量及模擬量輸入加濾波器,還具有窄脈沖捕捉功能,為復(fù)雜的工業(yè)控制提供了方便。 結(jié)構(gòu)描述: S7200 CPU 將一個微處理器、一個集成電源和數(shù)字量 I/O 點集成在一個緊湊的封裝 中,從而形成了一個功能強大的小型可編程邏輯控制器。 銘牌:型號: Y132M4 功率: 頻率: 50HZ 電壓: 380V 電流: 接法:△ 轉(zhuǎn)速: 1440r/min 電機上一般有這樣的銘牌,用來表示電機參數(shù)。如表 22 所示 表 22 電機磁極個 數(shù)及轉(zhuǎn)速 磁極個數(shù) 2 極 4 極 6 極 8 極 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 17 P( 磁極對數(shù) ) 1 2 3 4 轉(zhuǎn)速 3000 1500 1000 750 p—— 電機旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)。 電機轉(zhuǎn)速與頻率的公式 n=60f/p 上式中 n—— 電機的轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn) /分); 60—— 每分鐘(秒); f—— 電源頻率( HZ); 在 變頻調(diào)速 系統(tǒng)中,根據(jù)公式 n=60f/p 可知: 改變頻率 f 就可改變轉(zhuǎn)速 降低頻率↓ f,轉(zhuǎn)速就變?。杭? 60 f↓ / p = n↓ 增加頻率↑ f,轉(zhuǎn)速就加大: 即 60 f↑ / p = n↑ 表 23 物理量與單位 物理量 符號 基本單位 單位符號 公式 功 W 焦耳(焦) J W=Fs=Pt 功率 P 瓦特(瓦) W P=W/t=Fv 電流 I 安培(安 ) A I=U/R=W/R 電壓 U 伏特(伏) V U=IR 電阻 R 歐姆(歐) Ω R=U/I=W/II 電功 W 焦耳(焦) J W=UIt=Wt 電功率 P 瓦特(瓦)
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