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基于PLC的饮料灌装生产线毕业设计论文

2020-10-25 23:44

  基于PLC的饮料灌装生产线毕业设计论文_工学_高等教育_教育专区。黑龙江工程学院 第 1章 引言 目前,饮料的灌装生产已经实现自动化,为了提高产品质量,缩短生产周期,适 应产品迅速更新换代的要求,产品生产正向缩短生产周期、降低成本、提高生产质量 等方面发展。因

  黑龙江工程学院 第 1章 引言 目前,饮料的灌装生产已经实现自动化,为了提高产品质量,缩短生产周期,适 应产品迅速更新换代的要求,产品生产正向缩短生产周期、降低成本、提高生产质量 等方面发展。因此,饮料厂的自动化灌装生产线中有越来越多的机器在使用先进的灌 装技术来提高机器的自动化控制水平和生产效率。 而应用 PLC 完成电气部分的控制是 工业自动化电气控制的主要发展方向。本次课设主要介绍全自动灌装生产线的基本概 念。全自动灌装生产线是由数台自动灌装机械经控制系统进行集中控制,并按照各自 功能完成一定任务进行顺序、连续生产的一系列机器组合。通过对饮料罐装自动控制 的介绍,使我们对灌装这个行业有了更深的了解,也对自动化这个名词有了进一步的 了解。我国的饮料罐装自动化相对于西方发达国家来讲还有很大的差距。设备陈旧, 技术落后,成为阻碍我们灌装行业发展的一个严重问题。鉴于这些问题,我国企业不 断发展自身的实力,逐步朝着生产高速化、设备结构合理化、设备的多功能化、设备 的绿色化、控制的智能化等方向发展。推出适合自己需求的产品来。本次课设就是朝 着这个方向进行研究和设计。 1 黑龙江工程学院 第2章 2.1 系统控制要求 系统总体设计任务 (1)系统通过开关设定为自动操作模式,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 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 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) 。 系统示意图如图 2.1 所示 图 2.1 系统示意图 2 黑龙江工程学院 2.2 系统工艺流程 2.2.1 灌装流水线的工作原理 灌装流水线的运作是通过电机和灌装设备来控制的。通过电动机的运转,带动流 水线的工作。而灌装设备的开通则直接控制饮料流通。通过输入 PLC 软件程序,直接 控制电机及流水线的运作.。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。 2.2.2 工艺流程图 工艺流程图如图 2.2 所示 图 2.2 工艺流程图 3 黑龙江工程学院 2.3 确定设计方案 系统总体框图如图 2.3 所示 图 2.3 系统总体框图 4 黑龙江工程学院 第 3 章 控制系统硬件设计 3.1 PLC 选型及扩展 3.1.1 PLC 的结构与特点: PLC 的构成从结构上分,PLC 分为固定式和组合式(模块式)两种。固定式 PLC 包括 CPU 板、I/O 板、显示面板、内存块、电源等,这些元素组合成一个不可拆卸的 整体。模块式 PLC 包括 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架,这些模 块可以按照一定规则组合配置 PLC 编程简介体积小,重量轻,耗电少,接线编程简单,可靠性高,反应快,可 靠性高,抗干扰能力强。PLC 一经出现,由于它的自动化程度高、可靠性好,设计周 期短、使用和维护简便等独特优点,备受国内外工程技术人员和工商业界厂商的极大 关注, 生产 PLC 的厂商孕起。 随着大规模集成电路和微处理器在 PLC 中应用, 是 PLC 的功能不断得到增强,产品得到飞速发展。目前,PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、 石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各 个行业。 PLC 常用程序设计语言简介方源 可编程控制器程序设计语言。在可编程控制器 中有多种程序设计语言,它们是梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语言、功能 模块图语言及结构化语句描述语言等。其中梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符 号来描述程序的一种程序设计语言。是最广泛,最受欢迎的一种编程语言。它采用梯 形图程序设计语言,程序采用梯形图的形式描述。这种程序设计语言采用因果关系来 描述事件发生的条件和结果。每个梯级是一个因果关系。在梯级中,描述事件发生的 条件表示在左面,事件发生的结果表示在后面。梯形图程序设计语言是最常用的一种 程序设计语言。它来源于继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程控制领域,电气技 术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉,因此,由这种逻辑控制技术发展而来的梯形 图受到了欢迎,并得到了广泛的应用。3.1.2 选择 PLC 在 PLC 系统设计时,首先应确定控制方案,下一步工作就是 PLC 工程设计选型。 工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC 及有关设备应是集成的、标 5 黑龙江工程学院 准的, 按照易于与工业控制系统形成一个整体, 易于扩充其功能的原则选型所选用 PLC 应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统,PLC 的系统硬件、软件配置及功 能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语 言有利于缩短编程时间,因此,工程设计选型和估算时,应详细分析工艺过程的特点、 控制要求,明确控制任务和范围确定所需的操作和动作,然后根据控制要求,估算输 入输出点数、所需存储器容量、确定 PLC 的功能、外部设备特性等,最后选择有较高 性能价格比的 PLC 和设计相应的控制系统。 根据设计要求,选择 PLC 型号为西门子 200,型号为 cpu224。 3.3.4 I/O 分配表 I/O 分配表如图 3.1 所示 表 3.1 I/O 分配表 名称 限位罐装 检测液位 限位检测 总停 自动控制 手动 M1 手动 M2 手动罐装 手动推动 变频器 1 正转 变频器 2 正转 报警指示灯 罐饮料开关 压盖电磁阀 推瓶电磁阀 变频器 1 输入模拟量 变频器 2 输入模拟量 代码 KF3 KF4 KF5 SF0 SF1 SF2 SF3 SF4 SF5 KF3 KF4 PG3 QA2 MB1 MB2 R1 R2 地址编码 I0.0 I0.1 I0.2 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.6 AIW0 AIW2 6 黑龙江工程学院 3.1.4 PLC 主机及扩展模块图 PLC 主机及扩展模块图如图 3.1 所示 图 3.1 主机及扩展模块图 3.2 电机及驱动控制 3.2.1 电机的选择 (1)根据电源电压、使用条件、拖动对象选择电动机.要求电源电压与电动机额 定电压相符. (2) 根据安装地点和工作环境选择不同型式的电动机. (3) 根据容量、效率、功率因数、转数选择电动机.如果容量选择过小,就会发生 长期过载现象,影响电动机寿命甚至烧毁. 如果容量选择过大,电动机的输出机械功率不能充分利用 ,功率因数也不高. 因为 电动机的功率因数和效率是随着负载变化的. 根据传送带的功率及课程要求,两台电机选择型号为 Y100L2-4。 7 黑龙江工程学院 3.2.2 电机主线路图 电机主接线 传感器的选择 信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展,都需要在传感 器的开发方面有相应的进展。微处理器现在已经在测量和控制系统中得到了广泛的应 用。随着这些系统能力的增强,作为信息采集系统的前端单元,传感器的作用越来越 重要。传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件。 广义地说,传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。 它获得的信息正确与否,直接关系到整个系统的精度。 外界进入传感器的信号幅度是很小的,而且混杂有干扰信号和噪声。为了方便随 后的处理过程, 首先要将信号整形成具有最佳特性的波形, 有时还需要将信号线 黑龙江工程学院 该工作是由放大器、滤波器以及其他一些模拟电路完成的。成形后的信号随后转换成 数字信号,并输入到微处理器。 灌装监测传感器选型为:光电传感器(热型红外线传感器) 针对本课题的控制要求,在设计中我选用了三个光电传感器,一个用来检测饮料 瓶是否装满;一个是检测液位高度;还选用了一个定位传感器来检测瓶子是否到达指 定位置。型号为 PXO。 3.4 低压电器选型 3.4.1 电磁阀的选择 一、安全性: (1)电磁阀公称压力应超过管内最高工作压力。 (2) 爆炸性环境必须选用相应防爆等级产品, 露天安装或粉尘多场合应选用防水, 防尘品种。 (3)腐蚀性介质宜选用塑料王电磁阀和全不锈钢,对于强腐蚀的介质必须选用隔 离式密封结构电磁阀。 二、适用性 (1)介质特性 (2)电源条件 (3)环境条件 (4)管道参数 三、可靠性: (1)有些场合动作次数并不多,但对可靠性要求却很高,如消防、紧急保护等, 切不可掉以轻心,要选择优质可靠的产品。 (2)工作寿命:寿命试验及动作可靠性的检测项目,我国不列入出厂试验项目, 属于型式试验。为确保您购买的电磁阀的质量及寿命应选正规厂家的名牌产品。 四、经济性: 经济性是电磁阀的选用尺度之一,但必须是在安全、适用、可靠的基础上的选择。 经济性不单是产品的售价,更要优先考虑其功能和质量以及安装维修及其它附件所需 9 黑龙江工程学院 用费用。总之,经济性不单指产品价格,而是产品的性能价格比、综合费用价格比。 根据课程要求应选择型号为 D971X-16 DN4。 3.4.2 接触器的选择 接触器是电气控制系统中不可缺少的执行器件,而三相笼型电动机也是最常用的 被控对象。对额定电压为 AC380V 的接触器,如果知道了电动机的额定功率,则相应 的接触器其额定电流的数值也基本可以确定。对于 5.5KW 以下的电动机,其控制接触 器的额定电流约为电动机额定功率数值的 2-3 倍; 对于 5.5-11KW 的电动机, 其控制接 触器的额定电流约为电动机额定功率数值的 2 倍;对于 11KW 以上的电动机,其控制 接触器的额定电流约为电动机额定功率数值的 1.5-2 倍。 记住这些关系, 对在实际工作 中迅速选择接触器非常有用。 根据课程要求应选择型号为 3TF52。 3.4.3 中间继电器 在控制电路中起信号传递、 放大、 切换和逻辑控制等作用 的继电器称作中间继电 器。它属于电压继电器的一种,主要用于扩展触点数量,实现逻辑控制。中间继电器 的主要技术参数有额定电压、额定电流、触点对数以及线圈电压种类和规格等。选用 时要注意线圈的电压种类和电压等级应与控制电路一致。另外要根据控制电路的需求 来确定触点的形式和数量。当一个中间继电器的触点数量不够用时,也可以将两个中 间继电器并联使用,以增加触点的数量。 根据课程要求应选择型号为 3TH-80-22。 3.4.4 变频器的选择 变频器的电路主要由主电路、6up!控制电路和保护电路等部分组成。主电路用来完成 电能的转换;控制电路用以实现信息的采集、变换、传送和系统控制;保护电路除用 于防止因变频器主电路的过压、 过流引起的损坏外, 还应保护异步电动机及传动系统。 10 黑龙江工程学院 一、根据交流环节分类 (1)交-直-交变频器 (2)交-交变频器 二、根据直流电路的滤波方式分类 (1)电压型变频器 在逆变器前使用大容量的电容来缓冲无功功率,直流电压波形比较平直,相当于 一个理想情况下内阻抗为零的恒压源,在不超过容量的情况下,可以驱动多台电 动机并联运行。 (2)电流型变频器 在逆变器前使用大电感来缓冲无功功率,直流电流波形比较平直;对负载电动机 来说,变频器是一个交流电源。其突出特点是容易实现回馈制动,调速系统动态响应 快。适用于频繁急加速减速的大容量电动机的传动系统。 元件明细表如图 3.2 所示 表 3.2 元件明细表 文字符号 MA1 MA2 SF0~SF5 KF3~KF4 KF1~KF2 MB1~MB2 QA0 PG1~PG3 R1~R2 EM235 PLC224 FU MM440 DC24V 元件 传送带电机 不合格的传送带 按钮 光电传感器 中间继电器 电磁阀 接触器 指示灯 精密滑动变阻器 模拟量扩展模块 逻辑控制器 熔断器 变频器 直流电源 型号 Y100L2-4 Y100L2-4 LAY2 PXO 3TH-80-22 D971X-16 DN4 3TF52 3SB S20K385 EM235 PLC224 RN1 MM440 6EP1331-2BA00 11 数量 1 1 5 3 2 2 3 3 2 2 1 4 2 1 黑龙江工程学院 3.6 人机接口设计 触摸屏如图 3.3 所示 图 3.3 触摸屏 西门子触摸屏 6AV6 648-0AE11-3AX0, 人机界面已经成为大多数工业机械设备的 标准配置,尤其在使用小型机器和简单应用时,成本成了关键因素。西门子顺应市场 需求推出的全新 SIMATIC 精彩系列面板(Smart Line ) ,准确地提供了人机界面的 标准功能,经济实用,具备高性价比。精彩系列面板采用全新的高分辨率 16:9 宽屏 液晶显示和先进的工业设计理念,使设备操作变得更加轻松快捷,引领人机界面产品 进入高分辨率宽屏显示时代。 12 黑龙江工程学院 第4章 4.1 控制程序流程图 控制系统软件设计 控制程序流程图如图 4.1 所示 图 4.1 控制程序流程图 13 黑龙江工程学院 首先,恩下自动控制,传送带 M1 电机启动,饮料瓶在传送带上运行。当达到灌料 机下时,停止运动。进行灌料压盖 5 秒钟,按时间原则。灌料结束后,M1 电机启动, 继续运行不影响下一个瓶子进行灌装。瓶子运动到一定位置有一测液位传感器,检测 是否,瓶子己经满了,如没有满,有一推瓶的机械手臂,推动瓶子。并且,电机 M2 启动,运行 5 秒,瓶到达指定位置,如在这期间有另一瓶进入。则在瓶开始进时,在 记 5 秒。 4.2 控制程序设计 4.2.1 内部软原件 根据课题要求,进行《基于 PLC 控制理论的饮料罐装生产线》的设计,查阅有关 资料及相关期刊,得到以下结论: 定时器 T37 为灌料时间 4 秒钟的内部控制软元件; T38 为盖盖时间一秒种的内部控制软元件; 中间继电器 M0.0 为程序的辅助控制软元件; T39 为不合格瓶的控制软元件,用来控制从传送带 1 到传送带 2 的推注器; 定时器 T40 为 M2 电机运行的时间的内部控制软元件。 、 内部软元件表如图 4.1 所示 表 4.1 内部软元件图 T37 T38 M0.0 T39 T40 罐料时间 压盖时间 罐料辅助 推瓶时间 M2 运行时间 14 黑龙江工程学院 4.3 显示操作界面设计 界面设计如图 4.2 所示 图 4.2 界面设计 界面设计如图 4.3 所示 图 4.3 界面设计 15 黑龙江工程学院 4.4 程序调试 程序调试如图 4.3 所示 图 4.3 程序调试 调试时,出现了很多。由于,使用了过多的置位,复位。使程序出现了很多的问题。 经过,很多次的调试,最后终于成功了。 16 黑龙江工程学院 结束语 通过饮料罐装生产流水线的 PLC 控制课程设计,掌握了什么是设计程序,设计程 序工作的基本过程及各阶段的基本任务,熟悉了设计程序总流程图,加深了对 PLC 的 理解,课本上的知识是机械的,表面的。通过努力把课本上的知识变得更为简单,对 实验原理也有了更深的理解。通过这次课程设计,使我更为全面系统的了解 PLC 的构 造原理和基本实现方法。把课本的知识变得生动有趣,激发了我们的学习积极性,把 学过的原理加以强化,把课堂学过的知识通过自己的设计程序表示出来,加深了对理 论知识的理解。现在通过自己的动对手做实验,理论联系实际,对 PLC 的原理认识更 加深刻。在调试时应该很仔细,一步一步调试下来,做到准确无误。 这次课程使我意识到只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践 相结合起来,才是正确的,才能提高自己动手能力和独立思索的能力。同时对于 PLC 发展历史、强大功能、应用领域以及系列知识得到了大概的系统认识,也初步了解了 一个完整的系统开发的过程,本次课设,对于创造思维的培养和开发能力的锻炼有很 大的帮助。 在编程过程中,领略到了熟能生巧的含义。编程不仅要求有良好的基础,而且要 求对各种程序有深刻的了解,同时深切感受到团队合作的重要性,尤其是在查资料的 过程中,人多力量大,大家一起努力,查找资料的效率就提高了许多,大家在一起探 讨,相互学习,分工细化,互相提高,解决问题的速度就快多了。 老师知识的帮助,经验的传授,也是本次课设的一道美丽的风景线,真正起到了 抛砖引玉的目的。这次课设让我的动手能力得到了大大的锻炼,解决实际问题的能力 得到了大大的提高,为以后学习和工作奠定了一定的基础。在此,非常感谢老师对我 们的帮助和悉心的指导。 17 黑龙江工程学院 参考文献 1.王永华.《现代电气控制及 PLC 应用技术》.北京:北京航空航天出版社:2007 年 2.胡学林.《可编程控制器教程(基础篇) 》.北京:电子工业出版社,2004 年 3.陈建明.《电气控制与 PLC 应用》.北京:电子工业出版社,2006 年 4.西门子(中国)有限公司.《深入浅出西门子 S7-200PLC》.北京:北京航空航天出版 社,2003 年 5.吕卫阳.《PLC 工程应用实例解析》.北京:中国电力出版社,2007 年 6.张万忠.《可编程控制器入门与应用实例(西门子 S7-200 系列) 》.北京:中国电力出 版社,2005 年 7.陈克科.《基于人机界面\PLC\变频器的同步调相系统的设计》.中国:中国高新技术 企业.2011 年第 10 期.期刊网 8.王勇 .《基于工控机组态与 PLC 控制系统的调试》.中国:硅谷.2011 年第 10 期.龙 源期刊网 9.朱亮.《简述可编程控制器使用出现问题及解决方法》.中国:管理观察.2011 年第 13 期.龙源期刊网 10.朱森第.《从中国“制造”走向中国“智造” 》.中国:中国制造业信息化.2011 年 第 2 期.中国期刊网 18