1、-PAGE . z. - - s- 2012 2013 學(xué)年 第 一 學(xué)期 電氣控制及PLC 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告題 目：飲料罐裝生產(chǎn)流水線的PLC控制專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班 級：09電氣工程及其自動(dòng)化姓 名： 魏金雨、鄔鵬、吳東升、吳慶利 指導(dǎo)教師： 江春紅 李鐵玲電氣工程系2012年11月2日課題名稱飲料罐裝生產(chǎn)流水線的PLC控制指導(dǎo)教師職稱 執(zhí)行時(shí)間20122013學(xué)年第1學(xué)期 第 12 周學(xué)生*承當(dāng)任務(wù)魏金雨0909141058查找資料及提出問題鄔鵬0909141059利用PLC畫出梯形圖及指令圖吳東升0909141060編寫程序吳慶利0909141061畫出原理圖及I/O配置

2、接線圖設(shè)計(jì)目的1、了解飲料罐裝生產(chǎn)流水線的PLC控制的設(shè)計(jì)原理。2、掌握飲料罐裝生產(chǎn)流水線的PLC控制的設(shè)計(jì)方法。3、加深理解PLC的程序編寫4、學(xué)會(huì)熟練掌握應(yīng)用PLC畫出梯形圖及指令圖設(shè)計(jì)要求1. 設(shè)計(jì)出硬件系統(tǒng)的構(gòu)造圖、接線圖、時(shí)序圖等；2. 系統(tǒng)有啟動(dòng)、停頓功能；3. 運(yùn)用功能指令進(jìn)展PLC控制程序設(shè)計(jì)，并有主程序、子程序和中斷程序；4. 程序構(gòu)造與控制功能自行創(chuàng)新設(shè)計(jì)；5. 進(jìn)展系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)飲料罐裝生產(chǎn)流水線的PLC控制要求。摘要飲料罐裝生產(chǎn)流水線的PLC控制：文章探討了如何利用日本三菱PLC 進(jìn)展飲料灌裝生產(chǎn)流水線的控制，重點(diǎn)分析了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)局部，并給出了系統(tǒng)硬件接線圖、PLC

3、 控制I/O 端口分配表以及整體程序流程圖等，實(shí)現(xiàn)了飲料灌裝的自動(dòng)化，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。傳統(tǒng)的飲料罐裝生產(chǎn)線的電氣設(shè)備控制系統(tǒng)是傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制方式,在使用的過程中，生產(chǎn)工效低，人機(jī)對話靠指示燈+按鈕+訊響器的工作方式，響應(yīng)慢，故障率高，可靠性差，系統(tǒng)的工作狀態(tài)、故障處理、設(shè)備監(jiān)控與維護(hù)只能憑經(jīng)歷被動(dòng)的去查找故障點(diǎn)。且在生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生二次污染，造成合格率低，生產(chǎn)本錢增加。而自動(dòng)化生產(chǎn)線在眾多領(lǐng)域應(yīng)用得非常廣泛，其控制局部常常采用PLC 控制，它使自動(dòng)化生產(chǎn)線運(yùn)行更加平穩(wěn)，定位更加準(zhǔn)確，功能更加完善，操作更加方便。關(guān)鍵詞：PLC；自動(dòng)化飲料灌裝生產(chǎn)線；系統(tǒng)硬件接線圖；I/

4、O 端；分配表目錄一、系統(tǒng)概況51、生產(chǎn)工藝及流程5二、設(shè)計(jì)任務(wù)51、課題內(nèi)容52、控制要求53、課題要求5三、總體設(shè)計(jì)方案61、飲料灌裝流水線的根本構(gòu)造62、選擇電器元件73、流水線灌裝的工作原理84、系統(tǒng)流程圖9四、電氣控制電路設(shè)計(jì)101、電控系統(tǒng)與原理圖設(shè)計(jì)10五、PLC設(shè)計(jì)111、選擇PLC112、I/O點(diǎn)的編號分配和PLC外部接線圖123、控制面板圖124、梯形圖135、指令表16六、結(jié)論19參考書目19正 文一、系統(tǒng)概況飲料灌裝生產(chǎn)流水線是指按一定控制要求將有關(guān)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電氣控制裝置、檢測裝置等組合為一體的多功能自動(dòng)控制裝置。本系統(tǒng)電鍍生產(chǎn)線采用了傳送帶，傳送帶用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制，同

5、時(shí)用變頻器對電機(jī)平滑調(diào)速。1、生產(chǎn)工藝及流程該罐裝生產(chǎn)線為人工/自動(dòng)操作的工作程序，由2只電磁閥控制托瓶架的升降，2只電磁閥控制壓蓋的行程。驅(qū)動(dòng)局部有：清水泵、無菌泵、清洗輸送、灌裝輸送、灌裝泵。1.1、手動(dòng)控制工作狀態(tài)將操作臺(tái)上旋鈕置手動(dòng)，各工位工作狀態(tài)如下：1按啟動(dòng)按鈕，傳送帶把洗過的空瓶送到托瓶架上；托瓶架啟動(dòng)，把洗過的空瓶送到罐裝機(jī)的罐裝口；罐裝泵啟動(dòng)，罐滿后自動(dòng)停頓；2按停頓按鈕，傳送帶停頓。1.2、自動(dòng)控制工作狀態(tài)1啟動(dòng)：按下自動(dòng)按鈕后，生產(chǎn)線進(jìn)入自開工作狀態(tài)，具備工作條件后，瓶子隨著傳送帶進(jìn)入工序。2罐裝：當(dāng)瓶子隨著輸送帶平穩(wěn)的進(jìn)入托瓶架時(shí)，托瓶架的限位開關(guān)信號送給PLC，翻瓶架

6、的一組氣動(dòng)電磁閥翻開，汽缸開場工作，將瓶子送到罐裝口的下部，這時(shí)汽缸上限信號送入PLC，罐裝泵開場啟動(dòng)，在罐裝的過程中翻瓶架自動(dòng)落下，罐裝到一定的時(shí)間及罐滿后自動(dòng)停頓罐裝時(shí)間3/5加侖的設(shè)定時(shí)間不同，罐裝完畢后，經(jīng)過一定的延時(shí)時(shí)間，罐裝輸送帶開場啟動(dòng)。二、設(shè)計(jì)任務(wù)1、課題內(nèi)容飲料罐裝生產(chǎn)流水線梯形圖控制程序設(shè)計(jì)并畫出電氣接線圖。2、控制要求1 系統(tǒng)通過開關(guān)設(shè)定為自動(dòng)操作模式、手動(dòng)操作模式，一旦啟動(dòng)，則傳送帶的驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)并一直保持到停頓開關(guān)動(dòng)作或罐裝設(shè)備下的傳感器檢測到一個(gè)瓶子時(shí)停頓；瓶子裝滿飲料后，傳送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須自動(dòng)啟動(dòng)，并保持到又檢測到一個(gè)瓶子或停頓開關(guān)動(dòng)作。2 當(dāng)瓶子定位在罐裝設(shè)備下

7、時(shí)，停頓1.1秒，罐裝設(shè)備開場工作，罐裝過程為5秒鐘，罐裝過程應(yīng)有報(bào)警顯示，5.1秒后停頓并不再顯示報(bào)警。3 用兩個(gè)傳感器和假設(shè)干個(gè)加法器檢測并記錄空瓶數(shù)和滿瓶數(shù)，一旦系統(tǒng)啟動(dòng)，必須記錄空瓶數(shù)和滿瓶數(shù)，設(shè)最多不超過99999999瓶。4 可以手動(dòng)對計(jì)數(shù)值清零復(fù)位。3、 課題要求1 根據(jù)課題的控制要求完成設(shè)計(jì)2 對電機(jī)、傳感器、到位開關(guān)選型并列出選型依據(jù)3 畫出電氣連線圖，寫出程序流程圖及代碼4 完成課程設(shè)計(jì)說明書三、總體設(shè)計(jì)方案1、飲料灌裝流水線的根本構(gòu)造整個(gè)灌裝流水線的根本構(gòu)造如圖1、圖2、圖3所示。整個(gè)流水線由主傳送帶、次品傳送帶、灌裝裝置、次品推動(dòng)裝置、定位傳感器、次品檢測傳感器等組成。

8、電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停頓，灌裝裝置向上、向下移動(dòng)和灌裝，次品的檢測、推動(dòng)都是由PLC控制的。流水線由傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控，由PLC控制，控制準(zhǔn)確，自動(dòng)化程度高。圖1 灌裝流水線根本構(gòu)造圖圖2 灌裝流水線根本構(gòu)造圖圖3 灌裝流水線的根本構(gòu)造圖2、選擇電器元件1電動(dòng)機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)M1型號為Y132M-4，額定電壓為交流380V，額定電流為15A，頻率為50HZ，功率為7.5KW，轉(zhuǎn)速為1440r/min。電動(dòng)機(jī)M2型號為Y90S-4，額定電壓為交流380V，額定電流為2.8A，頻率為50HZ，功率為1.1KW，轉(zhuǎn)速為1440r/min。電動(dòng)機(jī)M3選與電動(dòng)機(jī)M2一樣的型號即可。2斷路器的作用：斷路器的作用是切斷

9、和接通負(fù)荷電路，以及切斷故障電路，防止事故擴(kuò)大，保證平安運(yùn)行。而高壓斷路器要開斷1500V，電流為1500-2000A的電弧，這些電弧可拉長至2m仍然繼續(xù)燃燒不熄滅。故滅弧是高壓斷路器必須解決的問題。 吹弧熄弧的原理主要是冷卻電弧減弱熱游離，另一方面通過吹弧拉長電弧加強(qiáng)帶電粒子的復(fù)合和擴(kuò)散，同時(shí)把弧隙中的帶電粒子吹散，迅速恢復(fù)介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度。斷路器選用原則；1空開額定工作電壓大于等于線路額定電壓2空開額定電流大于等于線路負(fù)載電流3空開電磁脫扣器整定電流大于等于負(fù)載最大峰值電流負(fù)載短路時(shí)電流值到達(dá)脫扣器整定值時(shí)，空開瞬時(shí)跳閘。一般D型代號的空開出廠時(shí)，電磁脫扣器整定電流值為額定電流的8-12倍。

10、也就是說短路跳閘而電機(jī)啟動(dòng)電流是可以避開的。 根據(jù)三個(gè)電動(dòng)機(jī)的額定電流，選擇斷路器QF1、QF2、QF3的型號如表 所示。并根據(jù)PLC和變壓器選擇QF4和QF5的型號。3熱繼電器FR1、FR2、FR3主電動(dòng)機(jī)M1的額定電流15A，F(xiàn)R1可以選用JR16，熱元件電流為20A，電流整定*圍為1422A工作時(shí)將額定電流調(diào)整為15A。同理，F(xiàn)R2可選用JR10-10型熱繼電器，熱元件電流為2A，電流整定*圍為0.452A工作時(shí)將額定電壓調(diào)整為1.1A。FR3的型號和FR2一樣。電器元件及其型號如表1所示。表 1 電器元件明細(xì)表符 號名 稱型 號數(shù) 量M1主傳送帶電動(dòng)機(jī)Y132M41M2灌裝裝置電動(dòng)機(jī)Y

11、90S41M3次品傳送帶電動(dòng)機(jī)Y90S41QF1斷路器NS100N1QF2斷路器NS80N1QF3斷路器NS80NQF4斷路器NS20N1QF5斷路器NS10N1FR1熱繼電器JR161FR2熱繼電器JR10-101FR3熱繼電器JR10-101SB1SB3按鈕LA10-1K3SB5SB7按鈕LA10-1K33、流水線灌裝的工作原理灌裝流水線的運(yùn)作是通過電磁閥和電動(dòng)機(jī)來控制的。4、系統(tǒng)流程圖開場自動(dòng)/手動(dòng)按下起動(dòng)按鈕SB1按下起動(dòng)按鈕SB2傳送帶運(yùn)行到達(dá)灌裝處延時(shí)1.1秒灌裝飲料灌裝時(shí)間到傳送帶運(yùn)行按下停頓按鈕SB0完畢檢測到飲料罐松開SB2、按下SB4灌裝飲料飲料灌滿松開SB4完畢自動(dòng)手動(dòng)否

12、是是Y否是Y是Y否否圖 5 系統(tǒng)流程圖流程圖說明：系統(tǒng)分自動(dòng)和手動(dòng)兩種模式，在手動(dòng)模式下，由SB2按鈕控制啟動(dòng)主傳送帶電動(dòng)機(jī)，到達(dá)灌裝位置后，松開SB2，再按下按鈕SB3，灌裝裝置開場動(dòng)作；再自動(dòng)模式下按下按鈕SB5啟動(dòng)主傳送帶電動(dòng)機(jī)，當(dāng)定位傳感器檢測到飲料瓶后，主傳送帶停頓，灌裝裝置開場動(dòng)作，定時(shí)時(shí)間到達(dá)以后，灌裝裝置自動(dòng)停頓，住傳送帶再次運(yùn)動(dòng)。四、電氣控制電路設(shè)計(jì)1、電控系統(tǒng)與原理圖設(shè)計(jì)圖6中斷路器QF1、QF2、QF3、QF4、QF5將三相電源引入，同時(shí)QF1、QF2、QF3、QF4、QF5為電路提供短路保護(hù)。電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)分別由三個(gè)熱繼電器提供。圖 6電氣控制原理圖系統(tǒng)通過按鈕設(shè)定為

13、自動(dòng)操作模式和手動(dòng)操作模式。1自動(dòng)操作模式 一旦啟動(dòng)，則傳送帶的驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)并一直保持到停頓開關(guān)動(dòng)作或罐裝設(shè)備下的傳感器檢測到一個(gè)瓶子時(shí)停頓；瓶子裝滿飲料后，傳送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，并保持到又檢測到一個(gè)瓶子或停頓開關(guān)動(dòng)作。2手動(dòng)操作模式手動(dòng)模式下，由SB2按鈕控制啟動(dòng)主傳送帶電動(dòng)機(jī)，到達(dá)灌裝位置后，松開SB2，再按下按鈕SB3，灌裝裝置開場動(dòng)作，通過定時(shí)器控制灌裝時(shí)間，灌裝時(shí)間到達(dá)后，整個(gè)流水線停頓，直到再次按下啟動(dòng)按鈕，流水線才運(yùn)作。手動(dòng)模式可以用于自動(dòng)模式啟動(dòng)前的系統(tǒng)調(diào)整。3報(bào)警當(dāng)灌裝裝置開場灌裝飲料時(shí)，報(bào)警裝置得到PLC輸出信號，此時(shí)，報(bào)警燈亮，開場報(bào)警，5秒鐘以后，灌裝完畢，同時(shí)報(bào)警完

14、畢。4計(jì)數(shù)過程計(jì)數(shù)過程需記錄滿瓶數(shù)和次品瓶數(shù)，主要是以紅外發(fā)光二極管和微波液位計(jì)作為傳感器，記錄所有瓶數(shù)的技術(shù)原理是當(dāng)紅外線接收管受到紅外線的照射時(shí)，其本身的電阻很小，呈低阻值，電路導(dǎo)通，當(dāng)紅外發(fā)射頭與接收頭中間沒有物品擋住時(shí)紅外接收到紅外線照射，呈現(xiàn)低電阻，發(fā)出一個(gè)高電平信號，計(jì)數(shù)裝置計(jì)一次數(shù)。當(dāng)有物體經(jīng)過紅外發(fā)射與接收的中間時(shí)，由于紅外線被擋住，紅外接收管呈現(xiàn)大的阻值，電路斷開，這時(shí)紅外接收管發(fā)出一個(gè)低電平信號。當(dāng)物體過完之后又回到原來的狀態(tài)。計(jì)數(shù)裝置由8個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成，當(dāng)計(jì)數(shù)到99999999時(shí)，再計(jì)數(shù)一次，計(jì)數(shù)器溢出。計(jì)數(shù)最多不超過99999999。記錄次品瓶數(shù)的技術(shù)原理是當(dāng)檢測到

15、有次品時(shí)，微波承受裝置發(fā)出信號給PLC，PLC的存放器值加一，同時(shí)，所有瓶數(shù)減去次品瓶數(shù)便得出了可滿瓶數(shù)，把滿瓶數(shù)也放入另一個(gè)存放器中。這就是記錄滿瓶數(shù)和次品瓶數(shù)的技術(shù)原理。電路設(shè)置了手動(dòng)復(fù)位按鈕，計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)時(shí)是低電平，按下復(fù)位按鈕后，復(fù)位端變成高電平，使計(jì)數(shù)器復(fù)位，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)對計(jì)數(shù)器清零。五、PLC設(shè)計(jì)1、選擇PLC三菱公司是日本生產(chǎn)PLC的主要廠家之一。該公司的生產(chǎn)的EQ系列機(jī)型，屬于高性能疊裝式機(jī)型，是三菱公司上網(wǎng)典型產(chǎn)品，系列PLC具有數(shù)十種編程元件。系列PLC編程元件的編號分為兩局部：第一局部是代表功能的字母。如輸入繼電器用*表示、輸出見電器用Y表示。第二局部為數(shù)字，數(shù)字為該類器件

16、的序號。根據(jù)所需的用戶輸入輸出設(shè)備及I/O點(diǎn)數(shù)，選擇F*2N16MR001型PLC就可以滿足控制系統(tǒng)的要求。圖 7 PLC外部接線示意圖2、I/O點(diǎn)的編號分配和PLC外部接線圖I/O點(diǎn)的編號分配如表2所示。表 2 I/O點(diǎn)的編號分配表輸入輸出定位傳感器 *000手動(dòng)/自動(dòng)切換SB1 *001 手動(dòng)傳送帶SB2 *002手動(dòng)灌裝SB3 *003次品檢測傳感器 *004自動(dòng)啟動(dòng)SB5 *005 停頓SB6 *006復(fù)位SB7 *007傳送帶電動(dòng)機(jī)KM1 Y000灌裝電動(dòng)機(jī)KM2 Y001報(bào)警燈 Y002下降電磁閥YV1 Y003上升電磁閥YV2 Y004次品推動(dòng)電磁閥YV3 Y005灌裝電磁閥YV

17、4 Y006次品傳送帶電動(dòng)機(jī)KM3 Y0073、PLC的外部接線圖如圖8所示。圖8 PLC的外部接線圖4、梯形圖5、指令表根據(jù)梯形圖所得指令表如下：0 LD M80021 OR *0072 SET M23 MOV K0 D1008 LD M29 MC N0 M212 LD *00513 OR M114 ANI *00615 ANI *00716 OUT M117 LD M118 ANI M3019 ANI M6020 OUT M1021 LD *00022 OR M3023 ANI T424 OUT M3025 OUT T0 SP K1028 OUT M5029 LD T030 MPS31 A

18、NI TI32 OUT M1133 MRD ANI T135 OUT M12 36 MPP37 OUT T1 SP K5040 LD T1 41 OUT T4SP K1044 OUT M4045 MCR N047 LD M348 MC N1 M351 LD *00252 ANI M3153 ANI M6054 OUT M2055 LD *00356 OR M3157 ANI T558 OUT M3159 OUT T2SP K1062 OUT M5163 LD T264 MPS65 ANI T366 OUT M2267 MRD68 ANI T369 OUT M2170 MPP71 OUT T3S

19、P K5074 LD T375 OUT T5 SP K1078 OUT M4179 MCR N181 LD *00182 SET M383 RST M284 LD M3085 OR M3186 OUT C200 K9999999991 ADDP D101 K1 D10198 LD *00499 ADDP D100 K1106 SUBP C200 D100113 SET M60114 LD M60115 OUT T6 SP K10118 LD T6119 RST M60120 LD M20121 OR M10122 OUT Y000123 LD M30124 OR M31125 OUT Y001

20、126 LD M12127 OR M22128 OUT Y002129 LD M11130 OR M21131 OUT Y006132 LD M40133 OR M41134 OUT Y004135 LD M50136 OR M51137 OUT YOO3138 LD M60139 OUT Y005140 OUT Y007141 LD *007142 OR C200143 RST M3144 RST C200146 END結(jié)論1) 該控制系統(tǒng)將恒酒位控制變?yōu)楹銐毫刂? 從而節(jié)省了投資, 簡化了控制, 裝酒誤差為013 mm;2) 實(shí)現(xiàn)了對裝酒速度任意調(diào)節(jié)和設(shè)定以及整個(gè)生產(chǎn)線的加減速和恒速控制, 灌裝速度為0 180瓶m in;3) 系統(tǒng)還具有手動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能, 實(shí)現(xiàn)了對整個(gè)生產(chǎn)線工藝流程的順序控制。參考文獻(xiàn)1李道霖電氣控制與PLC 原理及應(yīng)用M電子工業(yè)，2006，72孫海維SIMATIC 可編程控制器及應(yīng)用M機(jī)械工業(yè)，2005，13廖常初可編程控制應(yīng)用技術(shù)M*大學(xué)，2002，34馮立明電鍍工藝與設(shè)備化學(xué)M工業(yè)，2005，65孫平可編程控制器原理及應(yīng)用M高等教育，2004，86廖常初主編