饮料罐装生产流水线PLC控制设计Word文件下载.docx
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3、流水线灌装的工作原理?
64、系统流程图?
7三、电气控制电路设计?
81、电控系统与原理图设计?
8四、PLC设计?
91、选择PLC?
92、I/O点的编号分配和PLC外部接线图?
103、控制面板图?
114、梯形图?
125、指令表?
15五、调试过程及结果?
18六、总结?
18参考书目?
20一、系统概况
饮料灌装生产流水线是指按一定控制要求将有关驱动电机、电气控制装置、检测装置等组合为一体的多功能自动控制装置。
本系统电镀生产线采用了传送带，传送带用一台电动机控制，同时用变频器对电机平滑调速。
1、生产工艺及流程
该罐装生产线为人工/自动操作的工作程序，由2只电磁阀控制托瓶架的升降，2只电磁阀控制压盖的行程。
驱动部分有:
清水泵、无菌泵、清洗输送、灌装输送、灌装泵。
1.1、手动控制工作状态
将操作台上旋钮置手动，各工位工作状态如下:
（1）按启动按钮，传送带把洗过的空瓶送到托瓶架上;
托瓶架启动，把洗过的空瓶送到罐装机的罐装口;
罐装泵启动，罐满后自动停止;
（2）按停止按钮，传送带停止。
1.2、自动控制工作状态
（1）启动:
按下自动按钮后，生产线进入自动工作状态，具备工作条件后，瓶子随着传送带进入工序。
（2）罐装:
当瓶子随着输送带平稳的进入托瓶架时，托瓶架的限位开关信号送给PLC，翻瓶架的一组气动电磁阀打开，汽缸开始工作，将瓶子送到罐装口的下部，这时汽缸上限信号送入PLC，罐装泵开始启动，在罐装的过程中翻瓶架自动落下，罐装到一定的时间（及罐满）后自动停止（罐装时间3/5加仑的设定时间不同），罐装结束后，经过一定的延时时间，罐装输送带开始启动。
一、设计任务
1、课题内容
饮料罐装生产流水线梯形图控制程序设计并画出电气接线图。
2、控制要求
（1）系统通过开关设定为自动操作模式、手动操作模式，一旦启动，则传送带的驱动电机启动并一直保持到停止开关动作或罐装设备下的传感器检测到一个瓶子时停止;
瓶子装满饮料后，传送带驱动电机必须自动启动，并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作。
（2）当瓶子定位在罐装设备下时，停顿1.1秒，罐装设备开始工作，罐装过程为5秒钟，罐装过程应有报警显示，5.1秒后停止并不再显示报警。
（3）用两个传感器和若干个加法器检测并记录空瓶数和满瓶数，一旦系统
启动，必须记录空瓶数和满瓶数，设最多不超过99999999瓶。
（4）可以手动对计数值清零（复位）。
3、课题要求
（1）根据课题的控制要求完成设计
（2）对电机、传感器、到位开关选型并列出选型依据
（3）画出电气连线图，写出程序流程图及代码
（4）完成课程设计说明书
二、总体设计方案
1、饮料灌装流水线的基本结构
整个灌装流水线的基本结构如图1、图2、图3所示。
整个流水线由主传送带、次品传送带、灌装装置、次品推动装置、定位传感器、次品检测传感器等组成。
电动机的启动和停止，灌装装置向上、向下移动和灌装，次品的检测、推动都是由PLC控制的。
流水线由传感器实时监控，由PLC控制，控制准确，自动化程度高。
图1灌装流水线基本结构图
图2灌装流水线基本结构图
图3灌装流水线的基本结构图
2、选择电器元件
（1）电动机的选择
电动机M1型号为Y132M-4，额定电压为交流380V，额定电流为15A，频率为50HZ，功率为7.5KW，转速为1440r/min。
电动机M2型号为Y90S-4，额定电压为交流380V，额定电流为2.8A，频率为50HZ，功率为1.1KW，转速为1440r/min。
电动机M3选与电动机M2一样的型号即可。
（2）断路器的作用:
断路器的作用是切断和接通负荷电路，以及切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行。
而高压断路器要开断1500V，电流为1500-2000A的电弧，这些电弧可拉长至2m仍然继续燃烧不熄灭。
故灭弧是高压断路器必须解决的问题。
吹弧熄弧的原理主要是冷却电弧减弱热游离，另一方
面通过吹弧拉长电弧加强带电粒子的复合和扩散，同时把弧隙中的带电粒子吹散，迅速恢复介质的绝缘强度。
断路器选用原则;
1）空开额定工作电压大于等于线路额定电压
2）空开额定电流大于等于线路负载电流
3）空开电磁脱扣器整定电流大于等于负载最大峰值电流（负载短路时电流值达到脱扣器整定值时，空开瞬时跳闸。
一般D型代号的空开出厂时，电磁脱扣器整定电流值为额定电流的8-12倍。
）也就是说短路跳闸而电机启动电流是可以避开的。
根据三个电动机的额定电流，选择断路器QF1、QF2、QF3的型号如表所示。
并根据PLC和变压器选择QF4和QF5的型号。
（3）热继电器FR1、FR2、FR3
主电动机M1的额定电流15A，FR1可以选用JR16，热元件电流为20A，电流整定范围为14~22A工作时将额定电流调整为15A。
同理，FR2可选用JR10-10型热继电器，热元件电流为2A，电流整定范围为0.45~2A工作时将额定电压调整为1.1A。
FR3的型号和FR2相同。
（4）微波液位仪
微波液位仪原理图如图4所示:
相距为S的发射天线和接收天线，相互构成一定角度。
波长为λ的微波从被测液面反射后进入接受天线。
接收天线接收到的微波功率将随着被测液面的高低不同而异。
接受天线接收到的功率为P0
2,PGG,,0tt,P,,024,S，4d,,
式中，为发射天线的发射功率;
为发射天线的增益;
为接收天线GGPtt0的增益;
d为两天线与被测表面间的垂直距离。
当发射功率、波长、增益均恒定时，上式可改写为
2PGG,K4,,01ttP,,,,02244SKd,，,,22d，4
图4微波液位仪原理图
式中，为取决于发射功率、天线增益与波长的常数;
为取决于天线KK12安装方法和安装距离的常数。
由上式可知，只要测到接收功率，就可得到被P0测液面的高度。
（5）红外发光二极管
常用的红外发光二极管（如SE303?
PH303），其外形和发光二极管LED相似，发出红外光（近红外线约0.93m）。
当红外线接收管受到红外线的照射时，其本身的电阻很小，呈低阻值，电路导通。
当红外发射头与接收头中间没有物品挡住时红外接收到红外线照射，呈现低电阻，发出一个高电平信号。
当有物体经过红外发射与接收的中间时，由于红外线被挡住，红外接收管呈现大的阻值，电路断开，这时红外接收管发出一个低电平信号。
当物体过完之后又回到原来的状态。
电器元件及其型号如表1所示。
1电器元件明细表表
符号名称型号数量
M1主传送带电动机Y132M—41
M2灌装装置电动机Y90S—41
M3次品传送带电动机Y90S—41
QF1断路器NS100N1
QF2断路器NS80N1
QF3断路器NS80N,
QF4断路器NS20N1
QF5断路器NS10N1
FR1热继电器JR161
FR2热继电器JR10-101
FR3热继电器JR10-101SB1,SB3按钮LA10-1K3SB5,SB7按钮LA10-1K3
3、流水线灌装的工作原理
灌装流水线的运作是通过电磁阀和电动机来控制的。
4、系统流程图
开始
自动手动
自动/手动
按下起动按钮SB1按下起动按钮SB2传送带运行传送带运行
否否检测到到达灌
饮料罐装处是是
Y延时1.1秒松开SB2、按下SB4
灌装饮料灌装饮料
否否
灌装时间到饮料灌满是是YY按下停止按松开SB4
钮SB0
结束结束
图5系统流程图
流程图说明:
系统分自动和手动两种模式，在手动模式下，由SB2按钮控制
启动主传送带电动机，到达灌装位置后，松开SB2，再按下按钮SB3，灌装装置开始动作;
再自动模式下按下按钮SB5启动主传送带电动机，当定位传感器检测到饮料瓶后，主传送带停止，灌装装置开始动作，定时时间到达以后，灌装装置自动停止，住传送带再次运动。
三、电气控制电路设计
1、电控系统与原理图设计
图6中断路器QF1、QF2、QF3、QF4、QF5将三相电源引入，同时QF1、QF2、QF3、QF4、QF5为电路提供短路保护。
电动机的过载保护分别由三个热继电器提供。
图6电气控制原理图
系统通过按钮设定为自动操作模式和手动操作模式。
（1）自动操作模式
一旦启动，则传送带的驱动电机启动并一直保持到停止开关动作或罐装设备下的传感器检测到一个瓶子时停止;
瓶子装满饮料后，传送带驱动电机自动启动，并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作。
（2）手动操作模式
手动模式下，由SB2按钮控制启动主传送带电动机，到达灌装位置后，松开
SB2，再按下按钮SB3，灌装装置开始动作，通过定时器控制灌装时间，灌装时间到达后，整个流水线停止，直到再次按下启动按钮，流水线才运作。
手动模式可以用于自动模式启动前的系统调整。
（3）报警
当灌装装置开始灌装饮料时，报警装置得到PLC输出信号，此时，报警灯亮，开始报警，5秒钟以后，灌装结束，同时报警结束。
（4）计数过程
计数过程需记录满瓶数和次品瓶数，主要是以红外发光二极管和微波液位计作为传感器，记录所有瓶数的技术原理是当红外线接收管受到红外线的照射时，其本身的电阻很小，呈低阻值，电路导通，当红外发射头与接收头中间没有物品挡住时红外接收到红外线照射，呈现低电阻，发出一个高电平信号，计数装置计一次数。
计数装置由8个十进制计数器组成，当计数到99999999时，再计数一次，计数器溢出。
计数最多不超过99999999。
记录次品瓶数的技术原理是当检测到有次品时，微波接受装置发出信号给PLC，PLC的寄存器值加一，同时，所有瓶数减去次品瓶数便得出了可满瓶数，把满瓶数也放入另一个寄存器中。
这就是记录满瓶数和次品瓶数的技术原理。
电路设置了手动复位按钮，计数器正常计数时是低电平，按下复位按钮后，复位端变成高电平，使计数器复位，实现手动对计数器清零。
四、PLC设计
1、选择PLC
三菱公司是日本生产PLC的主要厂家之一。
该公司的生产的系列机型，FX2N属于高性能叠装式机型，是三菱公司上网典型产品，系列PLC具有数十种FX2N
编程元件。
系列PLC编程元件的编号分为两部分:
第一部分是代表功能的FX2N
字母。
如输入继电器用“X”表示、输出见电器用“Y”表示。
第二部分为数字，数字为该类器件的序号。
根据所需的用户输入输出设备及I/O点数，选择FX2N—16MR—001型PLC就可以满足控制系统的要求。
图7PLC外部接线示意图
2、I/O点的编号分配和PLC外部接线图
I/O点的编号分配如表2所示。
表2I/O点的编号分配表
输入输出定位传感器X000传送带电动机KM1Y000手动/自动切换SB1X001灌装电动机KM2Y001手动传送带SB2X002报警灯Y002手动灌装SB3X003下降电磁阀YV1Y003次品检测传感器X004上升电磁阀YV2Y004自动启动SB5X005次品推动电磁阀YV3Y005停止SB6X006灌装电磁阀YV4Y006复位SB7X007次品传送带电动机KM3Y007
PLC的外部接线图如图8所示。
图8PLC的外部接线图
3、控制面板图
根据设计要求及考虑到工人工作的要求，设计控制面板布置情况如图9所
示。
图9控制面板图
4、梯形图
5、指令表
根据梯形图所得指令表如下:
M80020LD
1ORX0072SETM23MOVK0D1008LDM2
9MCN0M212LDX00513ORM114ANIX00615ANIX00716OUTM117LDM118ANIM3019ANIM6020OUTM1021LDX00022ORM3023ANIT424OUTM3025OUTT0
SPK10
OUTM5028
29LDT030MPS
31ANITI
32OUTM1133MRD
ANIT135OUTM1236MPP
37OUTT1
SPK50
40LDT141OUTT4
SPK1044OUTM4045MCRN047LDM348MCN1M3
51LDX00252ANIM3153ANIM6054OUTM2055LDX00356ORM3157ANIT558OUTM3159OUTT2
SPK1062OUTM5163LDT264MPS
65ANIT366OUTM2267MRD
68ANIT369OUTM2170MPP
71OUTT3
SPK5074LDT375OUTT5
78OUTM4179MCRN181LDX00182SETM383RSTM284LDM3085ORM3186OUTC200K99999999
91ADDPD101K1D101
98LDX00499ADDPD100K1
106SUBPC200D100
113SETM60114LDM60115OUTT6
SPK10118LDT6119RSTM60120LDM20121ORM10
122OUTY000123LDM30124ORM31125OUTY001126LDM12127ORM22128OUTY002129LDM11130ORM21
131OUTY006132LDM40133ORM41134OUTY004135LDM50136ORM51137OUTYOO3138LDM60
139OUTY005140OUTY007141LDX007142ORC200143RSTM3
144RSTC200146END
结论
1）该控制系统将恒酒位控制变为恒压力控制,从而节省了投资,简化了控制,装酒误差为?
013mm;
2）实现了对装酒速度任意调节和设定以及整个生产线的加ö
减速和恒速控制,灌装速度为0,180瓶ö
min;
3）系统还具有手动ö
自动转换功能,实现了对整个生产线工艺流程的顺序控制。
参考文献
[1]李道霖（电气控制与PLC原理及应用[M]（电子工业出版社，2006，（7）（
[2]孙海维（SIMATIC可编程控制器及应用[M]（机械工业
出版社，2005，
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[3]廖常初（可编程控制应用技术[M]（重庆大学出版社，2002，（3）（
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[5]孙平（可编程控制器原理及应用[M]（高等教育出版社，2004，（8）（
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