毕业设计（论文）-基于FX2N PLC饮料灌装生产流水线控制系统设计

摘 要 I

电子与信息工程学院

论文题目 基于FX2N PLC饮料灌装生产

流水线的控制系统设计 学生姓名 学 号

专 业 电气工程及其自动化 班 级 指导教师

2010年5月 www.docin.com愯!西安交通大学硕士学位论文 摘 要 本文主要介绍的是基于三菱FX2N-32MR-001 PLC的饮料灌装生产流水线的控制

系统的设计。该系统的设计包括硬件设计和软件设计。其中硬件设计包括三菱 FX2N-32MR-001 PLC外部电路的设计与安装软件部分包括程序的设计与调试。 所设计系统最终能够实现以下功能(1)能对空瓶进行运送、灌装灌装量可根据 空瓶大小设定2对满瓶进行运送及计数计数值包括累计计数、单位包装计数 单位包装计数量可根据包装大小设定3能够实现手动复位。该系统主要运用了三

菱PLC、传感器、继电器、行程开关等器件利用PLC良好的自动控制性能实现饮 料罐装生产过程的无人控制。

关 键 词三菱FX2N-32MR-001 PLC饮料灌装生产流水线无人控制 www.docin.com

ABSTRACT III ABSTRACT This paper mainly introduces the control system of beverage filling production line based on

Mitsubishi FX2N-32MR-001 PLC.The system design consists of hardware and software design. The hardware design includes Mitsubishi FX2N-32MR-001 PLC’s external circuit design and installation; software design includes the design and debugging of program.

The system can achieve the following functions: (1) The bottles can be transported and filled and the filling volume can be set according to the size of bottles; (2) the full bottles can be transported and counted, the count includes total count and the count of unit package and the

total number of unit packaging can be set according to package size; (3) the system can achieve manually reset. The system mainly uses the Mitsubishi PLC, sensors, relays,

switches and so on and uses the good automatic control performance of PLC to achieve the no control of beverage filling production line .

KEY WORDS: Mitsubishi FX2N-32MR-001 PLC; Beverage filling; Production line; No c

ontro

www.docin.com咸宁学院学士学位论文 IV 目 录 1 绪论 ................................................................................................................................. 1 1.1

课题研究背景 ........................................................................................................... 1 1.2 课题研究内容 ........................................................................................................... 1 2 饮料罐装生产流水线总体方案设计 ............................................................................... 3 2.1 任务的分析 ............................................................................................................... 3 2.2 硬件方案设计 ........................................................................................................... 3 2.3 软件方案设计 ........................................................................................................... 3 2.3.1 经验设计法 ........................................................................................................ 4 2.3.2 逻辑设计法 ........................................................................................................ 4 3 系统元件的选择 .............................................................................................................. 5 3.1 PLC的选型 ................................................................................................................ 5 3.2 电动机的选型 ........................................................................................................... 5 3.3 接触器的选型 ........................................................................................................... 6 3.4 热继电器的选型 ....................................................................................................... 6 3.5 开关电器、熔断器的选型 ........................................................................................ 6 3.6 传感器的选型 ........................................................................................................... 6 4 系统的硬件电路实现 ...................................................................................................... 9 4.1 系统硬件结构框图 .................................................................................................... 9 4.2 主电路的设计 ........................................................................................................... 9 4.3 控制电路的设计 ..................................................................................................... 10 4.4 操作面板的设计 ..................................................................................................... 10 5 系统程序的设计 ............................................................................................................ 13 5.1 控制要求和控制过程分析 ...................................................................................... 13 5.2 I/O端口分配 ............................................................................................................ 13 5.3 梯形图 ..................................................................................................................... 15 5.3.1 初始化程序 ...................................................................................................... 15 5.3.2 装箱选择程序................................................................................................... 15 5.3.3 流水线主控程

序 ............................................................................................... 16 5.3.4 闪烁报警程序................................................................................................... 18 5.3.5 记数程序 .......................................................................................................... 18 5.3.6 数据传送程序................................................................................................... 19 www.docin.com目 录 V 6 程序调试 ........................................................................................................................ 21 6.1 装箱选择程序的仿真 .............................................................................................. 21 6.2 主控制程序的仿真 .................................................................................................. 21 6.3 闪烁报警程序的仿真 .............................................................................................. 24 6.4 记数程序的仿真 ..................................................................................................... 24 7 结论与展望 .................................................................................................................... 25 致 谢 ............................................................................................................................... 26 参考文献............................................................................................................................ 27 附 录 ............................................................................................................................... 28 即可Equation Chapter 1 Section 1 www.docin.comsed on

Mitsubiwww.docin.com1 绪论 1 1 绪论 1.1 课题研究背景 近年来饮料工业发展迅猛碳酸饮料、果汁饮料、蔬菜汁饮料、含乳饮料、瓶 装

饮用水、茶饮料等品种不断丰富产量上的不断需求使得对设备市场的需求也不断 增加[1-2]。

目前饮料灌装生产线的控制过程主要是继电器接触控制但这种电路接线复杂 可靠性低使得工业生产的效率得不到提高[3-4]。不过随着时代的发展饮料灌装生 产线的控制过程正朝着智能化和自动化的方向发展。PLC是微机技术与传统的继电接 触控制技术相结合的产物它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可 靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点充分利用了微处理器的优点又照顾到 现场电气操作维修人员的技能与习惯特别是PLC的程序编制不需要专门的计算机

编程语言知识而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式使用户程序 编制形象、直观、方便易学调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后只 需按说明书的提示做少量的接线和简易的用户程序编制工作就可灵活方便地将PLC 应用于生产实践[5-12]。 1.2 课题研究内容 本课题对饮料罐装生产流水线的硬件和软件进行了设计。其中硬件设计包括三菱

FX2N-32MR PLC外部电路的设计与安装软件部分包括程序的设计与调试。根据系统 的要求对PLC、电动机、传感器等外部设备进行选型。设计好的饮料灌装生产流水线 能够实现以下目的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待灌装的饮料瓶被传送至灌装设备下时停 止瓶子装满饮料并上盖后传送带驱动电机必须自动启动并保持到下一个待灌装 的饮料瓶被传送至灌装设备下或停止开关动作2当瓶子定位在灌装设备下时停

顿1s灌装设备开始工作对于大瓶灌装8秒钟小瓶则灌装5秒钟待灌装过程完 毕再对饮料瓶进行上盖上盖时间为2秒钟。整个灌装和上盖过程应有报警显示待 上盖完毕后不再显示报警报警方式为红灯以0.5s间隔闪烁3包装上对于小瓶

40瓶为一大包30瓶为一中包20瓶为一小包对于大瓶20瓶为一大包15瓶为

一中包10瓶为一小包4能够实现对生产产品进行自动记数并可以手动对计数器清 零。

www.docin.com..............................咸宁学院学士学位论文 2

Equation Chapter (Next) Section 1

www.docin.comf3077c372 饮料罐装生产流水线总体方案设计 3 2 饮料罐装生产流水线总体方案设计 2.1 任务的分析 本次设计的任务是以三菱FX2N系列PLC作为处理核心用行程开关、传感器将

生产过程中的信号如空瓶的运行的位置、饮料瓶的大小等等处理后送给PLC处理 器由PLC对数据进行运算然后输出驱动信号如接触器、电磁阀等等来完成饮 料罐装生产过程的流水线操作。

该系统的总体思路此生产线为全自动控制的生产线一旦上电PLC将通过软

件对生产线进行自动控制通过输出继电器控制传送带的停转和对饮料瓶灌装的控制

实现对系统状态的显示并且通过PLC内部的计数器对所生产的产品进行计数。 2.2 硬件方案设计 饮料的灌装是采用了饮料灌装机饮料灌装机将灌装装置以及封盖装置集合在一

起使饮料的灌装稳定、高效的完成。对于饮料瓶大小的区别是通过反射式光电传感 器工作来实现的。利用辅助继电器对计数器进行正电平触发来实现对所生产产品的计 数。生产流水线结构如图2-1所示。

系统的工作原理系统一旦上电传送带驱动电动机运转待空饮料瓶行至行程

开关行程开关闭合电动机停转灌装设备通过阀门的关断来控制饮料灌装的时间

待饮料灌装过程完毕后电动机恢复转动如此循环实现生产线上的自动控制。对于传 送带上的饮料瓶大小的区分是通过下图中所在位置的反射式光电传感器工作来实现 的。 E-1阀门 传送带

驱动电动机行程开关 光电传感器 大瓶

小瓶 图2-1生产流水线结构图 2.3 软件方案设计 PLC软件方案设计的方法有经验设计

法逻辑设计法等。 www.docin.com瓶子装满饮料并上盖后传送带千咸宁学院学士学位论文 4 2.3.1 经验设计法 梯形图的经验设计法是比较广泛的一种方法。这种方法没有普遍的规律可以遵循,

具有很大的试探性很随意性,最后的结果不是唯一的。该方法的核心是输出线圈。以下 是经验设计方法的基本步骤

1.了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况。

2.确定PLC的输入信号和输出负载画出PLC的外部接线图。

3.确定与继电器电路图的中间继电器时间继电器对应的梯形图中的辅助继电器 M和定时器T的元件号。

4.根据前面的对应关系画出梯形图。 2.3.2 逻辑设计法 逻辑设计法的理论基础是逻辑代数。而继电器控制系统的本质是逻辑线路。看一

个电气控制线路都会发现,线路的接通和断开,都是通过继电器等元件的触点来实现的, 故控制线路的种种功能必定取决于这些触点的开合两种状态。因此电气控制电路从 本质上说是一种逻辑线路,它符合逻辑运算的基本规律。具体步骤如下图3-1所示: 明确设计任务和技术条件 修改软件硬件 联机调试

局部模拟运行安装PLC 程序检查调试I/O配线 编制程序制作控制区 系统总体设计 PLC机型选择 是否满足要求 交付使用 整理系统文件 系统试运行

程序备份 否

是 图2-2PLC逻辑设计步骤图

Equation Chapter (Next) Section 1 www.docin.com制。对于传

送带上的饮料瓶大小的区分是-3 系统元件的选择 5 3 系统元件的选择 3.1 PLC的选型 根据饮料罐装自动生产线的工艺流程图PLC控制系统的输人信号有9个且均

为开关量。PLC控制系统的输出信号有10个。

FX2N系列的PLC只有继电器输出方式和晶体管输出方式两种, 继电器输出方式

其特点是可使用交直流电源其动作慢但安全隔离效果好可靠性高晶体管输 出方式其特点是只能使用直流电源其响应速度最快——场效应管输出模块的工作 频率可达20kHz但过载能力较差。

综合以上信息并结合经济实用性的考虑控制系统选用FX2N-32MR-001型号的

PLC继电器输出,输人点数输出点数均为16点可以满足工艺要求且留有一定的余 量。便于以后的修改和扩展。根据系统的性能与要求PLC输入/输出端口地址的分配 如表3

-1所示。 表3-1 PLC I/O端地址编号对照表 输入信号 输出信号

名称 功能 编号 名称 功能 编号

SB0 启动按钮 X0 KM1 传送带电动机 Y0 SB1 停止按钮 X1 YV1 灌装电磁阀 Y1 ST0 行程开关 X2 YV2 小瓶封盖 Y2 S0 光电传感器 X3 YV3 大瓶封盖 Y3 SB4 大包 X4 HL4 大包 Y4 SB5 中包 X5 HL5 中包 Y5 SB6 小包 X6 HL6 小包 Y6

SB7 散装 X7 HL7 散装 Y7

SB10 手动复位 X10 HL10 系统上电显示 Y10

HL11 灌装过程显示 Y11 3.2 电动机的选型 目前市面上的电动机类型多种多样用于驱动传送带传送的电动机的类型也数不 胜数[13-14]。基于该系统的控制要求与各类型电动机的结构特点和工作场合并考虑到 经济性和实用性本系统选择的电动机型号为Y132M-4其性能参数如表3-2所示。

www.docin.com.................................咸宁学院学士学位论文 6 表3-2 Y132M-4型电动机的性能参数

电流 电压 堵转转矩 最大转矩 额定转速 极数 频率 额定功率

15.4 A 380V 2.2 n.m 2.3 n.m 1440 r/min 4 50 Hz 7.5KW 3.3 接触器的选型 接触器是一种用来接通或断开带负载的交直流主电路或大容量控制电路的自动化 切换器主要控制对象是电动机。通用接触器可大致分以下两类。

1交流接触器。主要有电磁机构、触头系统、灭弧装置等组成。常用的是CJ1、 0CJ12、CJ12B等系列。

2直流接触器一般用于控制直流电器设备线圈中通以直流电直流接触器的 动作原理和结构基本上与交流接触器是相同的。

接触器的选型有诸多因素外与负载密切相关一般三相异步电机的起动电流为额定 电流的3-5倍。所以接触器的额定电流为

4IN=36A (3-1)

综上所述本系统选用CJ10-40接触器额定电流为40A,额定电压为380V。 3.4 热继电器的选型 热继电器由两部分组成每一部分安装的位置不同。一部分是主触点接在电动

机与接触器KM之间。另一部分是接在控制电路中与接触器KM的线圈电路相串联。 热继电器在控制线路中起过载保护的功能。热继电器是采用双金属热元件动作机构

常闭触头和常开触头复位按钮及整定电流调节旋钮等构成。根据双金属热元件的数 目可分为两极和三极型热器而三极型又分带断相保护和不带断相保护两种。 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。 3.5 开关电器、熔断器的选型 行程开关是一种由物体的位移来决定电路通断的开关选用型号为LXK2-131型。

熔断器选用RL1-15型熔点器熔体的额定电流为30A。 3.6 传感器的选型 系统中运用传感器对饮料瓶的大小进行区别根据设计需要选择反射式光电传感

器[15]。反射式光电传感器的工作原理如图3-1所示。 www.docin.com系统选用FX2N-32MR-001型号的

PLCi3 系统元件的选择 7 反射式光电传感器 反 射 物 发光

接收 图3-1反射式光电传感器原理图 该系统选择的反射式光电传感器型号为PM2-LF10,其性能参数如表3-3所示。 表3-3 PM2-LF10反射式光电传感器的性能参数 性能 参数 检测距离

2.58mm(中心5mm)白色无光泽纸(15×15mm) 最小检测物体 φ 0.05mm铜线(设定距离5mm)

应差 使用白色无光泽纸(15×15mm)工作距离的20%以下 重复精度

(垂直于检测轴) 0.08mm以下

电源电压 524V DC±10% 脉动P-P5%以下 消耗电流 平均25mA以下峰值80mA以下 输出 NPN开路集电极晶体管

Equation Chapter (Next) Section 1 www.docin.comocin.com7 结论与展望 25 7 结论与展望 本文介绍了基于三菱FX2N-32MR PLC的饮料灌装生产流水线的控制系统的设计。

该系统的设计包括硬件设计和软件设计。硬件设计方面根据系统的控制要求对各硬 件设备进行了选型并对三菱FX2N-32MR PLC外部电路接线进行了设计软件设计方 面对软件设计的方法进行了概述根据要求设计出梯形图并对它进行仿真调试。仿真 调试后的控制系统基本上满足以下控制要求(1)能对空瓶进行运送、灌装灌装量可 根据空瓶大小设定2对满瓶进行运送及计数计数值包括累计计数、单位包装计 数单位包装计数量可根据包装大小设定3能够实现手动复位。

利用PLC良好的自动控制性能本文所设计的饮料灌装生产流水线的控制系统基

本上实现了饮料罐装生产过程的无人控制。但对于大型的生产流水线来说该系统就 无法满足其更加复杂、准确、智能的控制要求。该系统需要在传送速率次品检测等 诸多方面作出改进。

基于PLC的饮料灌装生产流水线的控制系统为饮料罐装生产提供了极大地便利 在各种饮料罐装生产行业迅猛发展。随着生产社会化水平的不断提高基于PLC的饮 料灌装生产流水线的控制系统不仅仅局限于饮料罐装生产行业它在现代的芯片封装

产品包装等流水线作业生产方面也有着相当广阔的前景。 www.docin.com 咸宁学院学士学位论文 26 致 谢 首先感谢咸宁学院四年来对我的精心培养这四年是我的一段比较快乐的时光 也是人生中一段宝贵的经历。

在本次课题设计中指导老师周老师对我的帮助很大虽然这段时间我的毕业设

计进程“停滞不前”可老师没有将我放弃一直不厌其烦的督促我还不时地指导我 这让我很感动。周老师对我的悉心帮助为我打下坚实的理论基础知识提高个人能力 都非常有益在此我对周老师表示忠心的感谢和崇高的敬意。

www.docin.com湮?秒。 www.docin.com参考文献 27 参考文献 [1] 孔凡真.饮料无菌冷灌装生产线的应用是大势所趋J.饮料工业,200710(12)

[2] 刘军.国外饮料灌装机现状为我国灌装机指明发展方向J. 中国包装工业,20099(10)

[3] 袁任光.可编程序控制器(PLC)应用技术与实列[M].华南理工大学出版社,2001:8-10. [4] 柯龙瑞.饮料灌装线设计应考虑的若干因素M.轻工机械出版社 2000

[5] 杨旭东、王天杰、刘海生. PLC在饮料灌装机控制系统中的应用J, 机床与液压2005:7-152

[6] 武少斌、殷际英、陈卫.自动化生产线中的饮料灌装技术J.中国科技博览,2006(15) [7] 陈昌伟、胡国清、张冬至.灌装阀及旋盖头测试实验装置设计J.包装工程 ,2009(3) [8] 黄睿峰饮料生产线的自动加盏器J.燃气器轮试验与研究成都1994No4P8

[9] 辛蓦洪饮料生产设备的使用与维护M.机槭工业出版社 [10] 廖初常.FX系列PLC编程及应用 [M].机械工业出版社,2005:15-19. [11] 王兆义可编程控制器教程M.北京机械工业出版社2005. [12] 阮友德.电气控制与PLC实训教程[M].人民邮电出版社,2005 [13] 汪国梁.电机学[M]北京机械工业出版社2007

[14] 顾绳谷.电机及拖动基础[M]. 北京机械工业出版社,2007. [15] 陈杰、黄洪.传感器与检测技术[M]高等教育出版社2008

www.docin.com咸宁学院学士学位论文 28 附 录 指令表

www.docin.com www.docin.com附 录 29 www.docin.com www.docin.com咸宁学院学士学位论文 30 www.docin.com www.docin.com孖

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