飲料灌裝生產線電氣系統(tǒng)設計

PAGEIPAGE30１１摘要隨著工業(yè)自動化水平日益提高，眾多工業(yè)企業(yè)均面臨著傳統(tǒng)生產線的改造和重新設計問題。PLC（可編程序控制器）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)與計算機技術結合在一起，近年來在工業(yè)自動控制、機電一體化、改造傳統(tǒng)產業(yè)等方面得到普遍應用。作為通用工業(yè)控制計算機，其實現(xiàn)了工業(yè)控制領域接線邏輯到存儲邏輯的飛躍，在世界工業(yè)控制中發(fā)揮著越來越重要的作用。鑒于此，設計者利用PLC的功能和特點設計出了一款飲料灌裝生產流水線控制系統(tǒng)。文章剛開始介紹了PLC的相關知識，接著以飲料灌裝流水線為例，采用三菱公司的FX系列可編程序控制器，介紹了PLC在飲料灌裝流水線中的應用，給出了詳細的程序設計過程。利用PLC控制飲料灌裝生產過程，可有效提高灌裝生產效率，并顯著增加控制系統(tǒng)的可靠性和柔性。關鍵詞:可編程控制器；灌裝流水線；順序功能圖；梯形圖AbstractWiththeincreasinglevelofindustrialautomation,manyindustrialenterprisesarefacedwiththetransformationoftraditionalproductionlineandre-designproblem.PLC(programmablelogiccontroller)isamicroprocessorasthecoreofindustrialcontroldevices,itwillrelaythetraditionalcontrolsystemcombinedwithcomputertechnologyinrecentyearsinindustrialautomation,mechanicalandelectricalintegration,thetransformationoftraditionalindustriessuchasgenerallyapplied.Asageneral-purposeindustrialcontrolcomputer,therealizationofindustrialcontrolwiringlogicalleapinlogictostorage,industrialcontrolintheworldisplayinganincreasinglyimportantrole.Inviewofthis,thedesignersoftheuseofPLCfunctionsandfeaturesdesignedabeveragefillingproductionlinecontrolsystem.

ThearticleintroducedthePLCbeginningoftherelevantknowledge,andthentodrinkbottlinglineasanexample,theuseofMitsubishiFXseriesprogrammablelogiccontroller,PLC,introducedinthebeveragebottlinglineintheapplication,givenadetailedprogramdesignprocess.PLCcontroloftheuseofbeveragefillingproductionprocess,whichcaneffectivelyimprovetheproductionefficiencyoffilling,andsignificantlyincreasethereliabilityofcontrolsystemsandflexible.

Keywords:programmablelogiccontroller；fillinglines；SequentialFunctionChart；LadderDiagram目錄摘要 IAbstract II1緒論 11.1設計任務 21.1.1課題內容 21.1.2工藝要求 21.1.3控制要求 31.1.4課題要求 32總體設計方案 42.1灌裝機灌裝方法的選擇 42.2定量灌裝 52.3飲料灌裝流水線的基本結構 52.4瓶子的輸送 52.5次品的分離 53電氣控制系統(tǒng)設計 63.2選擇電器元件 73.3流水線灌裝的工作原理 103.4系統(tǒng)流程圖 103.5電控系統(tǒng)與原理圖設計 124PLC設計 144.1PLC的結構、特點及工作原理介紹 144.2選擇PLC 154.3I/O點的編號分配和PLC外部接線圖 164.4控制面板圖 174.5程序設計原則及方法 184.6梯形圖 194.7說明 215調試過程及結果 22參考文獻 23結束語 24致謝 26附錄 27INDEX\e""\o"S"\c"3"\z"2052"1緒論目前，飲料廠的自動化灌裝生產線中已經有越來越多的機器在使用先進的灌裝生產技術提高機器的自動化控制水平和生產效率，而應用PLC完成電氣部分的控制是工業(yè)自動化電氣控制的主要發(fā)展方向。紅牛飲料公司新上市的72000罐/小時的自動化灌裝生產線便是先進的灌裝技術。濃縮果汁設備除引進的濃縮果汁生產線外，我國已基本能生產濃縮果汁設備。第一條國產果汁生產線誕生于1994年底，使用廠是山東平原寶原果汁飲品公司，當時的主要設備是臥式螺旋沉降式離心機和降膜管式三效蒸發(fā)器外，還有蘭州石化裝備工程總公司的板式蒸發(fā)器，目前606所已能成套提供濃縮果汁設備。用于果汁澄清的超濾裝置目前都依靠進口，相信不久的將來，將會有自動化程度高的國產果汁超濾設備[1]。在飲料灌裝機設備方面，美國、德國、日本、意大利和英國的制造水平相對較高。我們可以通過這些國家的飲料灌裝機的新趨勢來確定我們國家與他們之間的差別，應該向哪些方面發(fā)展才能縮小之間的差別，使我國的灌裝機盡快擠進世界先進行業(yè)之列。1.多功能同一臺設備，可進行茶飲料、咖啡飲料、豆乳飲料和果汁飲料等多種飲料的熱灌裝：均可進行玻璃瓶于聚酯瓶的灌裝，盡量減少企業(yè)生產成本。2.高速度、高產量碳酸飲料灌裝機的灌裝速度最高達2000罐/分，德國H&K公司、SEN公司、KRONES公司，其灌裝機的灌裝閥分別達到165頭、144頭178頭。非碳酸飲料灌裝機的灌裝閥50-100頭，灌裝速度最高達1500灌/分。3.技術含量高、可靠性高全線的自控水平高和全線效率高。在線檢測裝置和計量裝置配套完備，能自動檢測各項參數(shù)、計量精確。集機、電、氣、光、磁為一體的高新技術產品不斷涌現(xiàn)[2][3]。PLC編程簡介體積小，重量輕，耗電少，接線編程簡單，可靠性高，反應快?？删幊炭刂破鳎≒rogrammableController）是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程控制器（ProgrammableController），簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術的發(fā)展，這種裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機（PersonalComputer）簡稱混淆，所以將可編程控制稱PLC。梯形圖是目前最為廣泛，最受歡迎的一種編程語言，采用串行工作方式，具有簡單，直觀等特點，它采用敞開接點、常閉接點構成組合邏輯電路驅動各類軟器件線圈或功能指令實現(xiàn)一定的邏輯運算、算術運算或數(shù)據(jù)的傳送、變換與外部輸出等。在梯形圖中各類軟器件用于內部編程的常開、常閉接點使用次數(shù)不受限制。而普通的繼電器線路為并行工作方式，而且受硬件條件限制，各類軟器件用于內部編程的常開、常閉接點使用次數(shù)是受限制的?，F(xiàn)代PLC不僅有邏輯運算、計時、計數(shù)、順序控制等功能，還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅動、通信、人機對話、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺生產機械、一條生產線，又可控制一個生產過程。目前，大多數(shù)PLC仍采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè)電氣技術人員的讀圖習慣及編程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形圖語言的編程元件的符號和表達方式與繼電器控制電路原理圖相當接近。通過閱讀PLC的用戶手冊或短期培訓，電氣技術人員和技術工很快就能學會用梯形圖編制控制程序。同時還提供了功能圖、語句表等編程語言。PLC在執(zhí)行梯形圖程序時，用解釋程序將它翻譯成匯編語言然后執(zhí)行（PLC內部增加了解釋程序）。與直接執(zhí)行匯編語言編寫的用戶程序相比，執(zhí)行梯形圖程序的時間要長一些，但對于大多數(shù)機電控制設備來說，是微不足道的，完全可以滿足控制要求。由于PLC采用了軟件來取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，控制柜的設計安裝接線工作量大為減少。同時，PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調試，更減少了現(xiàn)場的調試工作量。并且，由于PLC的低故障率及很強的監(jiān)視功能，模塊化等等，使維修也極為方便PLC是將微電子技術應用于工業(yè)設備的產品，其結構緊湊，堅固，體積小，重量輕，功耗低。并且由于PLC的強抗干擾能力，易于裝入設備內部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備[4]。1.1設計任務1.1.1課題內容課題的主要內容是灌裝生產線控制系統(tǒng)的設計，基于PLC的控制系統(tǒng)有性能上的優(yōu)勢，因而本設計的控制系統(tǒng)采用三菱公司生產的EQ系列的可編程控制器來實現(xiàn)。1.1.2工藝要求對飲料灌裝生產線的工藝要求主要是灌裝生產線的系統(tǒng)使飲料灌裝速度快，成本低，操作簡單，所生產的產品合格率高。1.1.3控制要求（1）系統(tǒng)通過開關設定為自動操作模式、手動操作模式，一旦啟動，則傳送帶的驅動電機啟動并一直保持到停止開關動作或罐裝設備下的傳感器檢測到一個瓶子時停止；瓶子裝滿飲料后，傳送帶驅動電機必須自動啟動，并保持到又檢測到一個瓶子或停止開關動作。（2）當瓶子定位在罐裝設備下時，停頓1.1秒，罐裝設備開始工作，罐裝過程為5秒鐘，罐裝過程應有報警顯示，5.1秒后停止并不再顯示報警。（3）用兩個傳感器和若干個加法器檢測并記錄空瓶數(shù)和滿瓶數(shù)，一旦系統(tǒng)啟動，必須記錄空瓶數(shù)和滿瓶數(shù)，設最多不超過99999999瓶。（4）可以手動對計數(shù)值清零（復位）。1.1.4課題要求（1）根據(jù)課題的控制要求完成設計（2）對電機、傳感器、到位開關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）完成課程設計說明書2總體設計方案2.1灌裝機灌裝方法的選擇由于液料的物理化學性各有差異，對灌裝也就有不同的要求。液料由儲料缸灌入包裝容器，常有如下幾種方法：(1)常壓法灌裝常壓法灌裝，是在大氣壓力下依靠被灌液料的自重流入包裝容器內的灌裝方法。常壓灌裝的工藝過程為：a.進液排氣，即液料進入容器，同時容器內的空氣被排出。b.停止，即容器內的液料達到定量要求時，進液自動停止。常壓法主要用于灌裝低粘度、不含氣的液料，如牛奶、白酒、果汁等。(2)等壓法灌裝等壓法灌裝，是利用儲液箱上部氣室的壓縮空氣，給包裝容器充氣，使二者的壓力接近相等，然后被灌液料靠自重流入該容器內的灌裝方法。等壓灌裝的工藝過程為：a.充氣等壓b.進液回氣c.停止進液d.釋放壓力，即釋放瓶頸內殘留的壓縮氣體至大氣內，避免瓶內突然降壓引起大量冒泡，影響包裝質量和定量精度。等壓法適用于含氣飲料，如啤酒、汽水等的灌裝，可減少其所含二氧化碳氣體損失。(3)真空法灌裝真空法灌裝是低于大氣壓力的條件下進行灌裝的方法。即讓儲液罐內部處于常壓狀態(tài)，只對包裝容器內部抽氣，使其形成一定的真空度，液料依靠兩容器內的壓力差，流入包裝容器并完成灌裝。真空法灌裝的工藝過程為：a.瓶抽真空b.進液排氣c.停止進液d.余液回流，即排氣管中的殘液經真空室回流至儲液箱內。真空法使用于灌裝粘度低一些的液料，如油類、糖漿等。(4)壓力法灌裝壓力法灌裝是借助機械或氣液壓等裝置控制活塞往復運動，將精度較高的液料從儲料缸吸入活塞內，然后再強制壓入待灌容器中。由于能夠借助較大外力，放可大大提高灌裝速度。本生產線用于灌裝低粘度、不含氣的液料，如牛奶、白酒、果汁的灌裝，在灌裝方法上選用常壓灌裝工藝。2.2定量灌裝在現(xiàn)代灌裝生產線的生產作業(yè)中，必須要保證定量灌裝的高精確性，使灌裝量的誤差保持在合理的水平?，F(xiàn)行的定量灌裝方式主要有量筒式灌裝、稱重式灌裝、電磁閥灌裝、電磁感應式灌裝。量筒式灌裝主要以機械設備為主，與機械制造和加工有很大的關系，灌裝速度較慢，產品維修率高；稱重式灌裝可以達到很高的精度，但由于其稱重比較復雜，因而速度較慢；電磁感應式灌裝原理較復雜，當今生產線上推廣應用較少，還處于研發(fā)階段；比較可行的方法是采用電磁閥灌裝。電磁閥灌裝機的灌裝閥的開關由電磁閥控制，灌裝精度更高，計時恒壓定量灌裝原理，可使灌裝量的誤差在千分之五以下。電動定量灌裝系統(tǒng)及電磁閥控制計量裝置，可進行精確的灌裝，減少浪費。2.3飲料灌裝流水線的基本結構整個灌裝流水線的基本結構如圖3.1、圖3.2、圖3.3所示。整個流水線由主傳送帶、次品傳送帶、灌裝裝置、次品推動裝置、定位傳感器、次品檢測傳感器等組成。電動機的啟動和停止，灌裝裝置向上、向下移動和灌裝，次品的檢測、推動都是由PLC控制的。流水線由傳感器實時監(jiān)控，由PLC控制，控制準確，自動化程度高。2.4瓶子的輸送此灌裝生產線的寬度僅夠一個瓶身通過，且兩端空隙不超過兩毫米，瓶與瓶之間無空隙，使瓶子保持一條筆直的直線。瓶子從理瓶機出來后，進入主傳送帶，由傳送帶送到灌裝區(qū)。2.5次品的分離當灌滿的瓶子從灌裝區(qū)出來后進入次品檢測區(qū)，當有次品通過次品檢測區(qū)時，次品檢測接近開關發(fā)給PLC一個信號，并由此啟動次品推動裝置及次品傳送帶，分離出次品后，主傳送帶恢復運行。3電氣控制系統(tǒng)設計3.1飲料灌裝基本結構圖3.1灌裝流水線基本結構圖圖3.2灌裝流水線基本結構圖圖3.3灌裝流水線的基本結構圖3.2選擇電器元件（1）電動機的選擇根據(jù)設計所需，從成本和工作效率出發(fā)。要選的電動機在工作的時候不能過載和長時間的輕載。電動機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，轉速為1440r/min。電動機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，轉速為1440r/min。電動機M3選與電動機M2一樣的型號即可。（2）斷路器的作用：斷路器的作用是切斷和接通負荷電路，以及切斷故障電路，防止事故擴大，保證安全運行。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帶電粒子的復合和擴散，同時把弧隙中的帶電粒子吹散，迅速恢復介質的絕緣強度。（3）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載電流3）空開電磁脫扣器整定電流大于等于負載最大峰值電流（負載短路時電流值達到脫扣器整定值時，空開瞬時跳閘。一般D型代號的空開出廠時，電磁脫扣器整定電流值為額定電流的8-12倍。）也就是說短路跳閘而電機啟動電流是可以避開的。根據(jù)三個電動機的額定電流，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。（4）熱繼電器FR1、FR2、FR3主電動機M1的額定電流15A，F(xiàn)R1可以選用JR16，熱元件電流為20A，電流整定范圍為14~22A工作時將額定電流調整為15A。同理，F(xiàn)R2可選用JR10-10型熱繼電器，熱元件電流為2A，電流整定范圍為0.45~2A工作時將額定電壓調整為1.1A。FR3的型號和FR2相同。（5）微波液位儀微波液位儀原理圖如圖3.4所示：相距為S的發(fā)射天線和接收天線，相互構成一定角度。波長為λ的微波從被測液面反射后進入接受天線。接收天線接收到的微波功率將隨著被測液面的高低不同而異。接受天線接收到的功率EQ為EQ(式3-1)式中，為發(fā)射天線的發(fā)射功率；EQ為發(fā)射天線的增益；為接收天線的增益；d為兩天線與被測表面間的垂直距離。當發(fā)射功率、波長、增益均恒定時，上式可改寫為EQ(式3-2)圖3.4微波液位儀原理圖式中，為取決于發(fā)射功率、天線增益與波長的常數(shù)；為取決于天線安裝方法和安裝距離的常數(shù)。由上式可知，只要測到接收功率，就可得到被測液面的高度。（5）電磁閥電磁閥是用電磁控制的工業(yè)設備，用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調整介質的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥是用電磁效應進行控制，其工作原理：通電時，電磁線圈產生電磁力把關閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時，電磁力消失，彈簧把關閉件壓在閥座上，閥門關閉。在真空、負壓、零壓時能正常工作。本生產線使用了電磁閥用來控制灌裝口的開關，儲液罐的進料口的開關。為滿足生產線工藝要求，本設計選用的是常閉直動式電磁閥，電壓規(guī)格為DC24V。（6）紅外發(fā)光二極管常用的紅外發(fā)光二極管（如SE303·PH303），其外形和發(fā)光二極管LED相似，發(fā)出紅外光（近紅外線約0.93m）。當紅外線接收管受到紅外線的照射時，其本身的電阻很小，呈低阻值，電路導通。當紅外發(fā)射頭與接收頭中間沒有物品擋住時紅外接收到紅外線照射，呈現(xiàn)低電阻，發(fā)出一個高電平信號。當有物體經過紅外發(fā)射與接收的中間時，由于紅外線被擋住，紅外接收管呈現(xiàn)大的阻值，電路斷開，這時紅外接收管發(fā)出一個低電平信號。當物體過完之后又回到原來的狀態(tài)。電器元件及其型號如表3.1所示。表3.1電器元件明細表符號名稱型號數(shù)量M1主傳送帶電動機Y132M—41M2灌裝裝置電動機Y90S—41M3次品傳送帶電動機Y90S—41QF1斷路器NS100N1QF2斷路器NS80N1QF3斷路器NS80N１QF4斷路器NS20N1QF5斷路器NS10N1FR1熱繼電器JR161FR2熱繼電器JR10-101FR3熱繼電器JR10-101SB1～SB3按鈕LA10-1K3SB5～SB7按鈕LA10-1K33.3流水線灌裝的工作原理整個流水線由啟動按鈕、停止按鈕、微波測位器、主傳送帶、灌裝液罐、次品傳送帶、次品推動裝置，次品檢測接近開關等組成。驅動部分有：灌裝瓶子輸送、灌裝機、次品分離。電動機的啟動和停止，灌裝裝置向上、向下移動和灌裝，次品的檢測、推動都是由PLC控制的。流水線由接近開關實時監(jiān)控，由PLC控制，控制準確，自動化程度高。灌裝流水線的運作是通過電磁閥和電動機來控制的。3.4系統(tǒng)流程圖開始開始自動/手動按下起動按鈕SB5按下起動按鈕SB2傳送帶運行到達灌裝處延時1.1秒灌裝飲料灌裝時間到傳送帶運行按下停止按鈕SB0結束檢測到飲料罐松開SB2、按下SB3灌裝飲料飲料灌滿松開SB3結束自動手動否是是Y否是Y是Y否否圖3.5系統(tǒng)流程圖流程圖說明：系統(tǒng)分自動和手動兩種模式，在手動模式下，按下SB2按鈕啟動主傳送帶電動機，當瓶子到達灌裝位置后，松開SB2，再按下按鈕SB3，灌裝裝置開始運作，當飲料灌滿后松開按鈕SB3；在自動模式下按下按鈕SB5啟動主傳送帶電動機，當定位傳感器檢測到飲料瓶后，主傳送帶停止1.1秒，灌裝裝置開始動作，定時時間到達以后，灌裝裝置自動停止，住傳送帶再次運動。3.5電控系統(tǒng)與原理圖設計圖3.6中斷路器QF1、QF2、QF3、QF4、QF5將三相電源引入，同時QF1、QF2、QF3、QF4、QF5為電路提供短路保護。電動機的過載保護分別由三個熱繼電器提供。圖3.6電氣控制原理圖系統(tǒng)通過按鈕設定為自動操作模式和手動操作模式。（1）自動操作模式一旦啟動，則傳送帶的驅動電機啟動并一直保持到停止開關動作或罐裝設備下的傳感器檢測到一個瓶子時停止；瓶子裝滿飲料后，傳送帶驅動電機自動啟動，并保持到又檢測到一個瓶子或停止開關動作。（2）手動操作模式手動模式下，由SB2按鈕控制啟動主傳送帶電動機，到達灌裝位置后，松開SB2，再按下按鈕SB3，灌裝裝置開始動作，通過定時器控制灌裝時間，灌裝時間到達后，整個流水線停止，直到再次按下啟動按鈕，流水線才運作。手動模式可以用于自動模式啟動前的系統(tǒng)調整。（3）報警當灌裝裝置開始灌裝飲料時，報警裝置得到PLC輸出信號，此時，報警燈亮，開始報警，5秒鐘以后，灌裝結束，同時報警結束。（4）計數(shù)過程計數(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作為傳感器，記錄所有瓶數(shù)的技術原理是當紅外線接收管受到紅外線的照射時，其本身的電阻很小，呈低阻值，電路導通，當紅外發(fā)射頭與接收頭中間沒有物品擋住時紅外接收到紅外線照射，呈現(xiàn)低電阻，發(fā)出一個高電平信號，計數(shù)裝置計一次數(shù)。當有物體經過紅外發(fā)射與接收的中間時，由于紅外線被擋住，紅外接收管呈現(xiàn)大的阻值，電路斷開，這時紅外接收管發(fā)出一個低電平信號。當物體過完之后又回到原來的狀態(tài)。計數(shù)裝置由8個十進制計數(shù)器組成，當計數(shù)到99999999時，再計數(shù)一次，計數(shù)器溢出。計數(shù)最多不超過99999999。記錄次品瓶數(shù)的技術原理是當檢測到有次品時，微波接受裝置發(fā)出信號給PLC，PLC的寄存器值加一，同時，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)也放入另一個寄存器中。這就是記錄滿瓶數(shù)和次品瓶數(shù)的技術原理。電路設置了手動復位按鈕，計數(shù)器正常計數(shù)時是低電平，按下復位按鈕后，復位端變成高電平，使計數(shù)器復位，實現(xiàn)手動對計數(shù)器清零。4PLC設計4.1PLC的結構、特點及工作原理介紹PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，來實現(xiàn)開關量的邏輯控制、模擬量控制、運動控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理、通信及聯(lián)網等功能，從而來控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。從結構上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。PLC具有可靠性高，抗干擾能力強；配套齊全，功能完善，適用性強；易學易用，深受工程技術人員歡迎；系統(tǒng)的設計和建造工作量小，維護方便，容易改造；體積小，重量輕，能耗低PLC的工作方式有周期掃描方式、定時中斷方式、輸入中斷方式和通信方式。最主要的方式是周期掃描方式，其大致可以分為7個過程，如圖7所示圖4.1PLC的工作過程可以細分成下面幾個過程:(1)上電處理過程PLC上電后，要進行上電的初始化處理。占用的時間為T0。(2)共同處理過程共同處理的主要任務是復位監(jiān)視計時器、檢查I/O總線、檢查掃描周期檢查程序存儲器。該過程占用的時間為T1。(3)通訊服務過程當PLC和微機構成通訊網絡或由PLC構成網絡時，需要有通訊服務過程。該過程占用的時間為T2。(4)外設服務過程當PLC接有外部設備如編程器、打印機等，則需要進行外設服務過程。該過程占用的時間為T3。(5)輸入刷新過程輸入信號刷新為輸入處理過程。該過程占用時間為T4和PLC所帶的輸入模塊的種類和點數(shù)多少有關。(6)程序執(zhí)行過程該過程用于執(zhí)行用戶程序。從輸入映像區(qū)讀入輸入信息，根據(jù)用戶程序進行運算操作，并向輸出映像區(qū)送出控制信息。該過程占用的時間為T5。顯然T5和PLC的速度、用戶程序長短及指令種類有關。(7)輸出刷新過程輸出信號刷新為輸出處理過程。該過程占用時間為T6和PLC所帶的輸出模塊的種類和點數(shù)多少有關。PLC的掃描周期TS=T0+T1+T2+T3+T4+T5+T6。4.2選擇PLC三菱公司是日本生產PLC的主要廠家之一。該公司的生產的EQ系列機型，屬于高性能疊裝式機型，是三菱公司上網典型產品，系列是FX系列PLC家族中最先進的系列。由于系列具備如下特點：最大范圍的包容了標準特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。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部分：第一部分是代表功能的字母。如輸入繼電器用“X”表示、輸出見電器用“Y”表示。第二部分為數(shù)字，數(shù)字為該類器件的序號。根據(jù)所需的用戶輸入輸出設備及I/O點數(shù)，選擇FX2N—16MR—001型PLC就可以滿足控制系統(tǒng)的要求。FX2N—16MR—001型PLC實物圖如下圖4.2圖4.2FX2N—16MR—001型PLC圖4.3PLC外部接線示意圖4.3I/O點的編號分配和PLC外部接線圖I/O點的編號分配如表4.2所示。表4.2I/O點的編號分配表輸入輸出定位傳感器X000手動/自動切換SB1X001手動傳送帶SB2X002手動灌裝SB3X003次品檢測傳感器X004自動啟動SB5X005停止SB6X006復位SB7X007傳送帶電動機KM1Y000灌裝電動機KM2Y001報警燈Y002下降電磁閥YV1Y003上升電磁閥YV2Y004次品推動電磁閥YV3Y005灌裝電磁閥YV4Y006次品傳送帶電動機KM3Y007PLC的外部接線圖如圖4.4所示。圖4.4PLC的外部接線圖4.4控制面板圖根據(jù)設計要求及考慮到工人工作的要求，設計控制面板布置情況如圖4.5所示。圖4.5控制面板圖4.5程序設計原則及方法在編制程序時首先要根據(jù)整個工程的要求把程序分塊，其次是合理利用指令，嚴格標注信號名稱定義，正確地編寫各個程序塊的程序，然后經過單元測試，軟硬件聯(lián)調與系統(tǒng)總調，對程序進行修改。編寫好的程序還必須經過一定時間的運行考驗，才可以投入實際的現(xiàn)場工作。程序在結構上分為線性結構和分塊結構。分塊結構的程序時根據(jù)工程的特點，把一個復雜的控制工程分為多個比較簡單的、規(guī)模較小的控制任務，可以把這些控制任務分配到一個個子程序塊，然后在子程序編制具體任務的控制程序，最后由主程序用調用的方式把整個控制程序統(tǒng)管起來。分塊程序具有很大的靈活性，適用于比較復雜，規(guī)格較大的控制工程的程序設計，由于具體任務的控制程序分別在各自的子程序中編制，而具體任務的控制程序相對來說都比較簡單，此外分塊程序也給程序的調試帶來方便，在調試中可以先調試局部程序，再總體調試，在工藝發(fā)生變化時，只需要修改變化部分的程序，所以分塊結構的應用最廣泛。根據(jù)設計需要，本控制程序采用的就是分塊結構。在具體編制PLC控制程序的方法很多。其中梯形圖法是用梯形圖語言編制PLC程序的，這是一種模仿繼電器控制的編程方法，本控制程序采用的就是梯形圖法。4.6梯形圖4.7說明灌裝生產線控制系統(tǒng)是一個復雜的系統(tǒng)它包含了控制、故障報警和計數(shù)等一系列功能，本設計中著重考慮了控制功能的一部分，沒有考慮到在實際運行過程中的變速問題；在發(fā)生故障后的處理方法上有所欠缺。5調試過程及結果在電腦上安裝GX—Developer軟件，程序編好后，將程序輸入GX—Developer軟件中，在電腦上進行初步仿真調試。1、先將PLC程序傳入程序控制器中。2、對各個輸入I/O口給信號處理，看各個輸出口是否有相應的輸出，如果沒有按照設計要求輸出，對程序進行更改，直到各輸出口有相應的輸出。3、如果有條件的話，用編程軟件將程序輸入PLC中，在確認PLC的電源、外部接線和程序輸入無誤的情況下，接通電源，按照流程圖的順序對系統(tǒng)進行調試，最后使整個系統(tǒng)能準確、可靠的工作。參考文獻[1]中國期刊網，武少斌殷際英陳衛(wèi)《中國科技博覽》2009年第36期《自動化生產線中的飲料灌裝技術》。[2]中國期刊網，國外飲料灌裝機械的新趨勢，《輕工機械》2008年第6期。[3]中國期刊網《國外飲料灌裝機現(xiàn)狀為我國灌裝機指明發(fā)展方向》《中國包裝工業(yè)》2009年第9期相關文獻。[4]張振國，方承遠《工廠電氣控制技術》第三版。[5]求是科技.《PLC應用開發(fā)技術與工程實踐》.北京：人民郵電出版社，2005年[6]秦曾煌.《電工學》.北京：高等教育出版社，2004年[7]漆漢宏.《PLC電氣控制技術》.北京：機械工業(yè)出版社，2006年[8]董愛華.《袖珍通用電工手冊》.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001年[9]李道霖，電氣控制與PLC原理及應用[M]。北京:電子工業(yè)出版社，2004。[10]張萬忠，可編程控制器應用技術[M]。北京:化學工業(yè)出版社，2001。[11]張萬忠，可編程控制器入門與應用實例，北京：中國電力出版社，2004。[12]臺方，可編程序控制器應用教程。北京：中國水利水電出版社，2001。結束語通過飲料罐裝生產流水線的PLC控制課程設計，掌握了什么是設計程序，設計程序工作的基本過程及各階段的基本任務，熟悉了設計程序總流程圖，加深了對PLC的理解，課本上的知識是機械的，表面的。通過努力把課本上的知識變得更為簡單，對實驗原理也有了更深的理解。通過這次課程設計，使我更為全面系統(tǒng)的了解PLC的構造原理和基本實現(xiàn)方法。把課本的知識變得生動有趣，激發(fā)了我們的學習積極性，把學過的原理加以強化，把課堂學過的知識通過自己的設計程序表示出來，加深了對理論知識的理解?，F(xiàn)在通過自己的動對手做實驗，理論聯(lián)系實際，對PLC的原理認識更加深刻。在調試時應該很仔細，一步一步調試下來，做到準確無誤。在設計的過程中我們還得到了老師的幫助與意見。在學習的過程中，不是每一個問題都能自己解決，向老師請教或向同學討論是一個很好的方法，不是有句話叫做思而不學者殆。做事要學思結合。通過本次設計，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實際，與具體項目、課題相結合開發(fā)、設計產品的能力。既讓我們懂得了怎樣把理論應用于實際，又讓我們懂得了在實踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。在本次設計中，我們還需要大量的以前沒有學到過的知識，于是圖書館和INTERNET成了我們很好的助手。在查閱資料的過程中，我們要判斷優(yōu)劣、取舍相關知識，不知不覺中我們查閱資料的能力也得到了很好的鍛煉。我們學習的知識是有限的，在以后的工作中我們肯定會遇到許多未知的領域，這方面的能力便會使我們受益非淺。在設計過程中，總是遇到這樣或那樣的問題。有時發(fā)現(xiàn)一個問題的時候，需要做大量的工作，花大量的時間才能解決。自然而然，我的耐心便在其中建立起來了。為以后的工作積累了經驗，增強了信心?，F(xiàn)在企業(yè)的經營理念都是本著節(jié)約成本，縮小生產過程中的必要勞動時間，以此來賺取更高的利潤。運用此PLC程序控制生產線流水的運行，能夠更快更有效的提高產品的灌裝速度，同時軟件設計中可考慮到了自動黏貼標示的控制，無需人工對此進行操作。程序運用上升沿加法處理指令和減法處理指令，經根據(jù)檢測到的信號自動計算空瓶數(shù)與滿瓶數(shù)，記錄到相應的存儲器中，整個過程簡便快捷，為企業(yè)節(jié)約勞動力，降低生產成本。這次課程使我意識到只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，才是正確的，才能提高自己動手能力和獨立思索的能力。同時對于PLC發(fā)展歷史、強大功能、應用領域以及系列知識得到了大概的系統(tǒng)認識，也初步了解了一個完整的系統(tǒng)開發(fā)的過程，本次課設，對于創(chuàng)造思維的培養(yǎng)和開發(fā)能力的鍛煉有很大的幫助。在編程過程中，領略到了熟能生巧的含義。編程不僅要求有良好的基礎，而且要求對各種程序有深刻的了解，同時深切感受到團隊合作的重要性，尤其是在查資料的過程中，人多力量大，大家一起努力，查找資料的效率就提高了許多，大家在一起探討，相互學習，分工細化，互相提高，解決問題的速度就快多了。老師知識的幫助，經驗的傳授，也是本次課設的一道美麗的風景線，真正起到了拋磚引玉的目的。這次課設讓我的動手能力得到了大大的鍛煉，解決實際問題的能力得到了大大的提高，為以后學習和工作奠定了一定的基礎。在此，非常感謝蘇老師對我們的幫助和悉心的指導。致謝時光荏苒，歲月如梭，不知不覺大學生活已接近尾聲，四年多的努力與付出，隨著本次畢業(yè)設計的完成，將要畫下完美的句號。本畢業(yè)設計是在葛延津教授的悉心指導下完成的，從課題選擇到具體的寫作工程，設計初稿與定稿無不凝聚著老師的幫助，在我的畢業(yè)設計期間，老師為我提供了種種專業(yè)知識上的指導和一些富于創(chuàng)造性的建議。指導老師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。不僅使我掌握基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處事的道理。在此，我謹向指導老師表示崇高的敬意和忠心的感謝！在臨近畢業(yè)之際，我還要借此機會向在這四年給予我諸多教誨和幫助的各位老師表示由衷的謝意，感謝他們四年來的辛勤栽培，不積跬步何以至千里，各位任課老師認真負責，在他們的細心幫助和支持下，我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設計中得以體現(xiàn)，順利完成畢業(yè)設計。同時，在設計過程中，我參考了有關的書籍和論文，在這里一并向有關的作者表示感謝。9附錄指令表0LDM80021ORX0072SETM23MOVK0D1008LDM29MCN0M212LDX00513ORM114ANIX00615ANIX00716OUTM117LDM118ANIM3019ANIM6020OUTM1021LDX00022ORM3023ANIT424OUTM3025OUTT0SPK1028OUTM5029LDT030MPS31ANITI32OUTM1133MRDANIT135OUT