饮料罐装生产流水线PLC控制设计饮料罐装生产流水线PLC控制设计 摘要:文章探讨了如何利用德国西门子PLC S7-200 进行饮料灌装生产流水线的控制，重点分析了系统软硬件设计部分，并给出了系统硬件接线图、PLC 控制I/O 端口分配表及整体程序流程图等，实现了饮料灌装的自动化，提高了生产效率，降低了劳动强度。 关键词:PLC;自动化饮料灌装生产线;;系统硬件接线图;I/O 端口分配表 传统的饮料罐装生产线的电气设备控制管理系统是传统的继电器——接触器控制方式,在使用的过程中，生产工效低，人机对话靠指示灯+按钮+讯响器的工作方式，响应慢，故障率...
饮料罐装生产流水线PLC控制设计 摘要:文章探讨了如何利用德国西门子PLC S7-200 进行饮料灌装生产流水线的控制，重点
了系统软硬件设计部分，并给出了系统硬件接线图、PLC 控制I/O 端口分配表及整体程序
图等，实现了饮料灌装的自动化，提高了生产效率，降低了劳动强度。 关键词:PLC;自动化饮料灌装生产线;;系统硬件接线图;I/O 端口分配表 传统的饮料罐装生产线的电气设备控制管理系统是传统的继电器——接触器控制方式,在使用的过程中，生产工效低，人机对话靠指示灯+按钮+讯响器的工作方式，响应慢，故障率高，可靠性差，系统的工作状态、故障处理、设备监控与维护只能凭经验被动的去查找故障点。且在生产的全部过程中易产生二次污染，造成合格率低，生产所带来的成本增加。而自动化生产线在众多领域应用得十分普遍，其控制部分常常采用PLC 控制，它使自动化生产线运行更加平稳，定位更加准确，功能更完善，操作更方便。为适应发展，故提出下面的PLC控制技术改造现有生产线。本文介绍了德国西门子PLCS7- 200 在自动化饮料罐装生产线控 制系统中的应用，并从硬件和软件两方面进行了分析和研究。 目 录 一、设计任务??????????????????????????????????????????2 1、课题内容???????????????????????????????????????????2 2、控制要求???????????????????????????????????????????2 3、课题要求???????????????????????????????????????????2 二、总体设计
???????????????????????????????????????2 1、饮料灌装流水线的基本结构??????????????????????????????2 2、选择电器元件????????????????????????????????????????4 3、流水线灌装的工作原理?????????????????????????????????6 4、系统流程图??????????????????????????????????????????7 三、电气控制电路设计????????????????????????????????????8 1、电控系统与原理图设计?????????????????????????????????8 四、PLC设计???????????????????????????????????????????9 1、选择PLC????????????????????????????????????????????9 2、I/O点的编号分配和PLC外部接线图???????????????????????10 3、控制面板图?????????????????????????????????????????11 4、梯形图?????????????????????????????????????????????12 5、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) 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
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
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 灌装流水线 灌装流水线)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)空开额定电流大于等于线)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d,, 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 m )。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—4 1 M2 灌装装置电动机 Y90S—4 1 M3 次品传送带电动机 Y90S—4 1 QF1 断路器 NS100N 1 QF2 断路器 NS80N 1 QF3 断路器 NS80N , QF4 断路器 NS20N 1 QF5 断路器 NS10N 1 FR1 热继电器 JR16 1 FR2 热继电器 JR10-10 1 FR3 热继电器 JR10-10 1 SB1,SB3 按钮 LA10-1K 3 SB5,SB7 按钮 LA10-1K 3 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Y Y 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。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。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就可以满足控制管理系统的要求。 图 7 PLC外部接线、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 2 I/O点的编号分配表 输入 输出 定位传感器 X000 传送带电动机KM1 Y000 手动/自动切换SB1 X001 灌装电动机KM2 Y001 手动传送带SB2 X002 报警灯 Y002 手动灌装SB3 X003 下降电磁阀YV1 Y003 次品检测传感器 X004 上升电磁阀YV2 Y004 自动启动SB5 X005 次品推动电磁阀YV3 Y005 停止SB6 X006 灌装电磁阀YV4 Y006 复位SB7 X007 次品传送带电动机KM3 Y007 PLC的外部接线 PLC的外部接线、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: M8002 0 LD 1 OR X007 2 SET M2 3 MOV K0 D100 8 LD M2 9 MC N0 M2 12 LD X005 13 OR M1 14 ANI X006 15 ANI X007 16 OUT M1 17 LD M1 18 ANI M30 19 ANI M60 20 OUT M10 21 LD X000 22 OR M30 23 ANI T4 24 OUT M30 25 OUT T0 SP K10 OUT M50 28 29 LD T0 30 MPS 31 ANI TI 32 OUT M11 33 MRD ANI T1 35 OUT M12 36 MPP 37 OUT T1 SP K50 40 LD T1 41 OUT T4 SP K10 44 OUT M40 45 MCR N0 47 LD M3 48 MC N1 M3 51 LD X002 52 ANI M31 53 ANI M60 54 OUT M20 55 LD X003 56 OR M31 57 ANI T5 58 OUT M31 59 OUT T2 SP K10 62 OUT M51 63 LD T2 64 MPS 65 ANI T3 66 OUT M22 67 MRD 68 ANI T3 69 OUT M21 70 MPP 71 OUT T3 SP K50 74 LD T3 75 OUT T5 SP K10 78 OUT M41 79 MCR N1 81 LD X001 82 SET M3 83 RST M2 84 LD M30 85 OR M31 86 OUT C200 K99999999 91 ADDP D101 K1 D101 98 LD X004 99 ADDP D100 K1 106 SUBP C200 D100 113 SET M60 114 LD M60 115 OUT T6 SP K10 118 LD T6 119 RST M60 120 LD M20 121 OR M10 122 OUT Y000 123 LD M30 124 OR M31 125 OUT Y001 126 LD M12 127 OR M22 128 OUT Y002 129 LD M11 130 OR M21 131 OUT Y006 132 LD M40 133 OR M41 134 OUT Y004 135 LD M50 136 OR M51 137 OUT YOO3 138 LD M60 139 OUT Y005140 OUT Y007 141 LD X007 142 OR C200 143 RST M3 144 RST C200 146 END 结 论 1) 该控制管理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?013 mm; 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öm in; 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，(1)( [3]廖常初(可编程控制应用技术[M](重庆大学出版社， 2002，(3)( [4]冯立明(电镀工艺与设备化学[M](北京工业出版社， 2005，(6)( [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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