機(jī)械電子畢設(shè)-飲料罐裝生產(chǎn)流水線(xiàn)的plc設(shè)計(jì)

機(jī)械電子畢設(shè)-飲料罐裝生產(chǎn)流水線(xiàn)的plc設(shè)計(jì),機(jī)械,電子,飲料,罐裝,生產(chǎn),出產(chǎn),流水線(xiàn),plc,設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 飲料罐裝生產(chǎn)流水線(xiàn)的PLC設(shè)計(jì) 摘 要 隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自控制和信息通訊提出了更高的要求。飲料生產(chǎn)線(xiàn)比較復(fù)雜，生產(chǎn)環(huán)節(jié)也很多。其中飲料的罐裝就是飲料生產(chǎn)線(xiàn)上重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)?？刂葡到y(tǒng)主要由一臺(tái)PLC、交流異步電機(jī)、液罐、多個(gè)罐裝狀態(tài)檢測(cè)傳感器、故障報(bào)警蜂鳴器、產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)顯示器等組成。其中電機(jī)用來(lái)控制運(yùn)送飲料瓶的傳送帶部分。本控制系統(tǒng)有兩個(gè)特點(diǎn)：一是輸入、輸出設(shè)備比較多；二是所需實(shí)現(xiàn)的控制是順序邏輯控制、模塊控制以及計(jì)算統(tǒng)計(jì)功能。西門(mén)子S7-200系列PLC在模塊控制、高速計(jì)數(shù)和計(jì)算方面的功能較強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)比較方便。因此本系統(tǒng)選用了S7-200型號(hào)的PLC進(jìn)行控制，既滿(mǎn)足了控制系統(tǒng)所需的I/O點(diǎn)數(shù)，又滿(mǎn)足了被控對(duì)象的控制要求。采用PLC控制飲料罐裝生產(chǎn)線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了飲料生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化、智能化。對(duì)勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高，飲料質(zhì)量和產(chǎn)量的提高具有深遠(yuǎn)的意義。文章探討了如何利用德國(guó)西門(mén)子S7-200 進(jìn)行飲料罐裝生產(chǎn)流水線(xiàn)的控制，重點(diǎn)分析了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)部分，并給出了系統(tǒng)硬件接線(xiàn)圖PLC 控制I/O 端口分配表以及整體程序流程圖等，實(shí)現(xiàn)了飲料罐裝的自動(dòng)化，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。 關(guān)鍵詞 PLC；自動(dòng)化飲料罐裝生產(chǎn)線(xiàn)；生產(chǎn)線(xiàn)控制系統(tǒng) -0- 目 錄 摘要 I 第1章 緒論 4 1.1 課程設(shè)計(jì)的目的 4 1.2 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 4 1.2.1 理論分析與設(shè)計(jì)計(jì)算 4 1.2.2 技術(shù)文件內(nèi)容 4 1.3 課程設(shè)計(jì)主要技術(shù)參數(shù) 4 第2章 PLC與生產(chǎn)流水線(xiàn)簡(jiǎn)介 5 2.1 飲料罐裝生產(chǎn)流水線(xiàn)的概述 5 2.1.1 生產(chǎn)流水線(xiàn)的概念 5 2.1.2 生產(chǎn)流水線(xiàn)的形式及特點(diǎn) 5 2.2 PLC的概述 5 2.2.1 PLC的定義 5 2.2.2 PLC的基本組成 6 2.2.3 PLC的功能與特點(diǎn) 6 2.2.4 PLC的應(yīng)用范圍 8 第3章 總體方案設(shè)計(jì) 9 3.1 罐裝生產(chǎn)流水線(xiàn)的工作原理 9 3.2 控制要求 9 3.3 方案的比較選擇 10 3.4 傳感器的選擇 10 第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 12 4.1 PLC類(lèi)型特點(diǎn)分析與確定 12 4.2 PLC控制部分硬件設(shè)計(jì) 12 4.2.1 PLC控制系統(tǒng)外部接線(xiàn)圖 13 4.2.2 硬件電路設(shè)計(jì) 13 4.3 I/O口的分析與確定 15 4.3.1 I/O分配表及元件清單 15 第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 17 5.1 系統(tǒng)流程圖 17 5.2 梯形圖 18 總結(jié) 22 致謝 23 參考文獻(xiàn) 24 第1章 緒論 1.1 課程設(shè)計(jì)的目的 《機(jī)電傳動(dòng)控制》課程設(shè)計(jì)是在學(xué)完本課程后，進(jìn)行一次學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的綜合性練習(xí)。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)過(guò)的基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課的有關(guān)理論知識(shí)，及生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)踐技能，達(dá)到鞏固、加深和拓展所學(xué)知識(shí)的目的。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，進(jìn)一步掌握各種低壓電器和PLC的結(jié)構(gòu)原理、選用及使用；正確處理使用中出現(xiàn)的各種問(wèn)題；了解器件和系統(tǒng)的關(guān)系；培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想、理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力、運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的能力、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和勇于探索的創(chuàng)新精神。 1.2 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 根據(jù)設(shè)計(jì)要求正確地設(shè)計(jì)主電路和控制電路，合理地選擇各種低壓電器和PLC控制器，學(xué)習(xí)與設(shè)計(jì)有關(guān)的編程方法和語(yǔ)言，獨(dú)立設(shè)計(jì)控制程序并圓滿(mǎn)完成調(diào)試工作。 1.2.1 理論分析與設(shè)計(jì)計(jì)算 1. 控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)方案的分析和控制功能原理方案的確定。 2. 根據(jù)總體控制要求，進(jìn)行硬件的選擇和計(jì)算。 3. 根據(jù)設(shè)計(jì)方案和硬件的選擇情況，進(jìn)行軟件程序的編寫(xiě)和仿真。 1.2.2 技術(shù)文件內(nèi)容 1. 控制方案的流程圖。 2. 主電路和控制電路硬件接線(xiàn)圖。 3. 編寫(xiě)控制程序。 4. 編制設(shè)計(jì)控制說(shuō)明書(shū)。 1.3 課程設(shè)計(jì)主要技術(shù)參數(shù) 技術(shù)參數(shù)：電機(jī)轉(zhuǎn)速n1=1440r/min，n2=1440r/min。 -2- 第2章 PLC與生產(chǎn)流水線(xiàn)簡(jiǎn)介 2.1 飲料罐裝生產(chǎn)流水線(xiàn)的概述 2.1.1 生產(chǎn)流水線(xiàn)的概念 生產(chǎn)流水線(xiàn)是生產(chǎn)型企業(yè)最常用的制造產(chǎn)品的形式，它是由一群人或機(jī)器人在一個(gè)接一個(gè)的完成一項(xiàng)半成品或成品的加工及檢驗(yàn)和包裝，由于是有些采用行走的輸送帶承載被加工的物品，因此被稱(chēng)為流水線(xiàn)生產(chǎn)。 2.1.2 生產(chǎn)流水線(xiàn)的形式及特點(diǎn) （1）板鏈?zhǔn)窖b配流水線(xiàn)? 特點(diǎn)：承載的產(chǎn)品比較重，和生產(chǎn)線(xiàn)同步運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的爬坡；生產(chǎn)的節(jié)拍不是很快；以鏈板面作為承載，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的平穩(wěn)輸送。 （2）滾筒式流水線(xiàn)? 特點(diǎn)：承載的產(chǎn)品類(lèi)型廣泛，所受限制少；與阻擋器配合使用，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的連續(xù)、節(jié)拍運(yùn)行以及積放的功能；采用頂升平移裝置，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的離線(xiàn)返修或檢測(cè)而不影響整個(gè)流水線(xiàn)的運(yùn)行。 （3）皮帶式流水線(xiàn)? 特點(diǎn)：承載的產(chǎn)品比較輕，形狀限制少；和生產(chǎn)線(xiàn)同步運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的爬坡轉(zhuǎn)向；以皮帶作為載體和輸送，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的平穩(wěn)輸送，噪音??；可以實(shí)現(xiàn)輕型物料或產(chǎn)品較長(zhǎng)距離的輸送。 （4）差速輸送流水線(xiàn)? 特點(diǎn)：差速輸送流水線(xiàn)采用倍速鏈牽引，工裝板可以自由傳送，采用阻擋器定位使工件自由運(yùn)動(dòng)或停止，工件在兩端可以自動(dòng)頂升，橫移過(guò)渡。還可以在線(xiàn)可設(shè)旋轉(zhuǎn)、專(zhuān)機(jī)、檢測(cè)設(shè)備、機(jī)械手等。 2.2 PLC的概述 2.2.1 PLC的定義 可編程控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)PLC（Programmable logic Controller）,是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國(guó)際電工委員會(huì)（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了如下定義：“PLC是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。” 2.2.2 PLC的基本組成 PLC的基本組成可歸為四大部件： 1．中央處理單元（CPU板）——控制器的核心； 2. 輸入部件——連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與CPU之間的接口電路； 3. 輸出部件——送出PLC運(yùn)算后得出的控制信息； 4. 電源部件——為PLC內(nèi)部電路提供能源。 另外，還必須有編程器——將用戶(hù)程序?qū)戇M(jìn)規(guī)定的存儲(chǔ)器內(nèi)。 2.2.3 PLC的功能與特點(diǎn) 1、 PLC的功能： （1）邏輯控制； （2）定時(shí)控制； （3）計(jì)數(shù)控制； （4）步進(jìn)(順序)控制； （5）PID控制、數(shù)據(jù)控制； （6）PLC具有數(shù)據(jù)處理能力、通信和聯(lián)網(wǎng)； （7）其它PLC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求。 2、PLC的特點(diǎn)： （1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)： 微機(jī)雖然具有很強(qiáng)的功能，單抗干擾能力差，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾、電源波動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、溫度和濕度的變化等都可以使一般通用微機(jī)不能正常工作。而PLC是專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，故對(duì)于可能受到的電磁干擾、高低溫及電源波動(dòng)等影響，已在PLC硬件及軟件的設(shè)計(jì)上采用了措施。如在硬件方面采用了電和磁的屏蔽，對(duì)I/O接口采用了光電隔離，對(duì)電源及I/O接口線(xiàn)采用了多種濾波等。而在軟件方面采用了故障檢測(cè)、診斷、信息保護(hù)和恢復(fù)等手段，一旦發(fā)生異常，CPU立即采取有效措施，防止故障擴(kuò)大，使PLC的可靠性大大提高。 （2）.功能完善，適用性強(qiáng)： PLC具有對(duì)數(shù)字量和模擬量很強(qiáng)的處理功能，如邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、特殊函數(shù)運(yùn)算等。PLC具有常用的控制功能，如PID閉環(huán)回路控制、中斷控制等。PLC可以擴(kuò)展特殊功能，如高速計(jì)數(shù)、電子凸輪控制、伺服電動(dòng)機(jī)定位、多軸運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)控制等。PLC可以組成多種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送、上位監(jiān)控等功能。 （3）編程方便，易于使用： PLC采用了與繼電器控制電路有許多相似之處的梯形圖作為主要的編程語(yǔ)言，程序形象直觀，指令簡(jiǎn)單易學(xué)，編程步驟和方法容易理解和掌握，不需要具備專(zhuān)門(mén)的計(jì)算機(jī)知識(shí)，只要具有一定的電工和工藝知識(shí)的人員都可以在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。? （4）機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用靈活?： PLC在硬件結(jié)構(gòu)上采用模塊化積木式結(jié)構(gòu)，各種輸入輸出信號(hào)模塊、通信模塊及一些特殊功能模塊品種齊全。針對(duì)不同的控制對(duì)象，可以方便、靈活地組合成不同要求的控制系統(tǒng)。硬件接線(xiàn)簡(jiǎn)單，一般不需要很多配套的外圍設(shè)備。 3、設(shè)計(jì)PLC控制時(shí)應(yīng)遵循以下原則： （1）最大限度地滿(mǎn)足被控對(duì)象的控制要求? 充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿(mǎn)足被控對(duì)象的控制要求，是設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計(jì)中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前就要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場(chǎng)的資料，收集相關(guān)先進(jìn)的國(guó)內(nèi)、國(guó)外資料。同時(shí)要注意和現(xiàn)場(chǎng)的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場(chǎng)操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問(wèn)題和疑難問(wèn)題。? （2）保證PLC控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如：應(yīng)該保證PLC程序不僅在正常條件下運(yùn)行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯(cuò)等），也能正常工作。 ?（3）力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便? 一個(gè)新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)行資金的增加。因此，在滿(mǎn)足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地?cái)U(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計(jì)者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，不宜盲目追求自動(dòng)化和高指標(biāo)。? （4）適應(yīng)發(fā)展的需要? 由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會(huì)不斷地提高，設(shè)計(jì)時(shí)要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇PLC、輸入/輸出模塊、I/O點(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量時(shí)，要適當(dāng)留有裕量，以滿(mǎn)足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)。? 實(shí)際上PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，按照國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)：首先考慮的是系統(tǒng)的安全性、可靠性設(shè)計(jì)，然后才是根據(jù)控制工藝要求進(jìn)行控制流程設(shè)計(jì)，然后就是編寫(xiě)切實(shí)可行、高效的PLC程序，這里在安全性、可靠性設(shè)計(jì)要求的前提下，編寫(xiě)相應(yīng)的PLC程序非常重要，硬件上保證的安全性，以及軟件PLC程序中的安全考慮應(yīng)該同步進(jìn)行。 2.2.4 PLC的應(yīng)用范圍 目前，在國(guó)內(nèi)外PLC已廣泛應(yīng)用冶金、石油、化工、建材、機(jī)械制造、電力、汽車(chē)、輕工、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各行各業(yè)，隨著PLC性能價(jià)格比的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。從應(yīng)用類(lèi)型看，PLC的應(yīng)用大致可歸納為以下幾個(gè)方面： 1.開(kāi)關(guān)量邏輯控制；2.運(yùn)動(dòng)控制；3.過(guò)程控制；4.數(shù)據(jù)處理。 第3章 總體方案設(shè)計(jì) 3.1 罐裝生產(chǎn)流水線(xiàn)的工作原理 罐裝流水線(xiàn)的運(yùn)作是通過(guò)電機(jī)和罐裝設(shè)備來(lái)控制的。通過(guò)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)流水線(xiàn)的工作。而罐裝設(shè)備的開(kāi)通則直接控制飲料流通。通過(guò)輸入PLC軟件程序，直接控制電機(jī)及流水線(xiàn)的運(yùn)作。流水線(xiàn)由傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控，由PLC控制，控制準(zhǔn)確。自動(dòng)化程度高。 3.2 控制要求 1． 系統(tǒng)通過(guò)開(kāi)關(guān)設(shè)定為自動(dòng)操作模式，一旦啟動(dòng)，則傳送帶的驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)并一直保持到停止開(kāi)關(guān)動(dòng)作或罐裝設(shè)備下的傳感器檢測(cè)到一個(gè)瓶子時(shí)停止；瓶子裝滿(mǎn)飲料后，傳送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須自動(dòng)啟動(dòng)，并保持到又檢測(cè)到一個(gè)瓶子或停止開(kāi)關(guān)動(dòng)作。 2． 當(dāng)瓶子定位在罐裝設(shè)備下時(shí)，停頓1秒，罐裝設(shè)備開(kāi)始工作，罐裝過(guò)程為5秒鐘，罐裝過(guò)程應(yīng)有報(bào)警顯示，5秒后停止并不再顯示報(bào)警。 3． 用兩個(gè)傳感器和若干個(gè)加法器檢測(cè)并記錄空瓶數(shù)和滿(mǎn)瓶數(shù)，一旦系統(tǒng)啟動(dòng)，必須記錄空瓶數(shù)和滿(mǎn)瓶數(shù)，設(shè)最多不超過(guò)99999999瓶。 4． 可以手動(dòng)對(duì)計(jì)數(shù)值清零（復(fù)位）。 設(shè)計(jì)中包括PLC硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及PLC控制軟件部分設(shè)計(jì)。 硬件設(shè)計(jì)部分：1.分析控制要求，選擇對(duì)應(yīng)的傳感器及其他部件、并寫(xiě)出I/O量功能表；2.選擇合適的PLC機(jī)型；3.畫(huà)出PLC控制系統(tǒng)外部接線(xiàn)圖。 軟件設(shè)計(jì)部分：1.控制系統(tǒng)順序功能圖；2.梯形圖；3.指令表。 罐裝流水線(xiàn)示意圖如圖3-1所示： 圖3-1飲料罐裝流水線(xiàn)示意圖 3.3 方案的比較選擇 檢查空瓶滿(mǎn)瓶個(gè)數(shù)時(shí)應(yīng)用液位傳感器檢測(cè)飲料是否罐裝到要求的液位，但由于有計(jì)時(shí)器定時(shí)罐裝時(shí)間，且系統(tǒng)設(shè)計(jì)沒(méi)有此要求，綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益與簡(jiǎn)化系統(tǒng)要求，不選擇液位傳感器。 本系統(tǒng)在程序編寫(xiě)時(shí)，采用了調(diào)用子程序，使程序模塊化，簡(jiǎn)潔有序，實(shí)現(xiàn)了罐裝的自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)罐裝，自動(dòng)循環(huán)，自動(dòng)計(jì)數(shù)，滿(mǎn)足了系統(tǒng)的要求。 3.4 傳感器的選擇 信息處理技術(shù)取得的進(jìn)展以及微處理器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，都需要在傳感器的開(kāi)發(fā)方面有相應(yīng)的進(jìn)展。微處理器現(xiàn)在已經(jīng)在測(cè)量和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著這些系統(tǒng)能力的增強(qiáng)，作為信息采集系統(tǒng)的前端單元，傳感器的作用越來(lái)越重要。傳感器已成為自動(dòng)化系統(tǒng)和機(jī)器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件。 廣義地說(shuō)，傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件。它獲得的信息正確與否，直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的精度。 外界進(jìn)入傳感器的信號(hào)幅度是很小的，而且混雜有干擾信號(hào)和噪聲。為了方便隨后的處理過(guò)程，首先要將信號(hào)整形成具有最佳特性的波形，有時(shí)還需要將信號(hào)線(xiàn)性化，該工作是由放大器、濾波器以及其他一些模擬電路完成的。成形后的信號(hào)隨后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并輸入到微處理器。 灌裝監(jiān)測(cè)傳感器選型為：光電傳感器（熱型紅外線(xiàn)傳感器）。 采用紅外線(xiàn)傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)空瓶子的到來(lái)后動(dòng)作，起到接通開(kāi)關(guān)的作用。它是利用被測(cè)物體熱輻射引起敏感元件溫度的變化進(jìn)行測(cè)量。 第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 4.1 PLC類(lèi)型特點(diǎn)分析與確定 PLC的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)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(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可按照一定規(guī)則組合配置。 PLC編程簡(jiǎn)介體積小，重量輕，耗電少，接線(xiàn)編程簡(jiǎn)單，可靠性高，反應(yīng)快，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。PLC一經(jīng)出現(xiàn)，由于它的自動(dòng)化程度高、可靠性好，設(shè)計(jì)周期短、使用和維護(hù)簡(jiǎn)便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，備受?chē)?guó)內(nèi)外工程技術(shù)人員和工商業(yè)界廠(chǎng)商的極大關(guān)注，生產(chǎn)PLC的廠(chǎng)商孕起。隨著大規(guī)模集成電路和微處理器在PLC中應(yīng)用，是PLC的功能不斷得到增強(qiáng)，產(chǎn)品得到飛速發(fā)展。目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。 PLC常用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言簡(jiǎn)介方源 可編程控制器程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。在可編程控制器中有多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它們是梯形圖語(yǔ)言、布爾助記符語(yǔ)言、功能表圖語(yǔ)言、功能模塊圖語(yǔ)言及結(jié)構(gòu)化語(yǔ)句描述語(yǔ)言等。其中梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是用梯形圖的圖形符號(hào)來(lái)描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。是最廣泛，最受歡迎的一種編程語(yǔ)言。它采用梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，程序采用梯形圖的形式描述。這種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言采用因果關(guān)系來(lái)描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果。每個(gè)梯級(jí)是一個(gè)因果關(guān)系。在梯級(jí)中，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件發(fā)生的結(jié)果表示在后面。梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是最常用的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。它來(lái)源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對(duì)繼電器邏輯控制技術(shù)較為熟悉，因此，由這種邏輯控制技術(shù)發(fā)展而來(lái)的梯形圖受到了歡迎，并得到了廣泛的應(yīng)用。 4.2 PLC控制部分硬件設(shè)計(jì) 分析對(duì)象的控制要求，確定輸入/輸出接口（I/O）數(shù)量，選擇適合的PLC機(jī)型及外設(shè)，完成PLC硬件結(jié)構(gòu)配置，并繪制PLC控制電路硬件接線(xiàn)圖，編制I/O接口功能表。 4.2.1 PLC控制系統(tǒng)外部接線(xiàn)圖 PLC控制系統(tǒng)外部接線(xiàn)圖如圖4-1所示： 圖4-1飲料罐裝流水線(xiàn)控制系統(tǒng)的PLC控制電路硬件接線(xiàn)圖 4.2.2 硬件電路設(shè)計(jì) 1． 電動(dòng)機(jī)的選擇：電動(dòng)機(jī)M1型號(hào)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(zhuǎn)速為1440r/min。Y132M-4型三相異步電動(dòng)機(jī)功率：7.5KW 電壓：380V 電流：15A 絕緣：B 噪音：83dB(A) 轉(zhuǎn)速 2900 r/min。廣泛適用于不含易燃、易爆或腐蝕性氣體的一般場(chǎng)合和無(wú)特殊要求的機(jī)械設(shè)備上，如金屬切削機(jī)床、泵、風(fēng)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)械、攪拌機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械和食品機(jī)械等。 電動(dòng)機(jī)M2型號(hào)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(zhuǎn)速為1440r/min。 本設(shè)計(jì)使用M1、M2兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別控制傳送帶的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和飲料的罐裝動(dòng)作。 控制的主電路接線(xiàn)圖如圖4-2所示： 圖4-2主電路接線(xiàn)圖 2.熔斷器選擇原則 斷路器的作用：斷路器的作用是切斷和接通負(fù)荷電路，以及切斷故障電路，防止事故擴(kuò)大，保證安全運(yùn)行。而高壓斷路器要開(kāi)斷1500V，電流為1500-2000A的電弧，這些電弧可拉長(zhǎng)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(wèn)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(guò)吹弧拉長(zhǎng)電弧加強(qiáng)帶電粒子的復(fù)合和擴(kuò)散，同時(shí)把弧隙中的帶電粒子吹散，迅速恢復(fù)介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度。 斷路器選用原則； 1）空開(kāi)額定工作電壓大于等于線(xiàn)路額定電壓； 2）空開(kāi)額定電流大于等于線(xiàn)路負(fù)載電流； 3）空開(kāi)電磁脫扣器整定電流大于等于負(fù)載最大峰值電流（負(fù)載短路時(shí)電流值達(dá)到脫扣器整定值時(shí)，空開(kāi)瞬時(shí)跳閘。一般D型代號(hào)的空開(kāi)出廠(chǎng)時(shí)，電磁脫扣器整定電流值為額定電流的8-12倍。）也就是說(shuō)短路跳閘而電機(jī)啟動(dòng)電流是可以避開(kāi)的。 根據(jù)三個(gè)電動(dòng)機(jī)的額定電流，并根據(jù)PLC和變壓器選擇FU1和FU2的型號(hào)。 系統(tǒng)為自動(dòng)操作模式： （1）自動(dòng)操作模式 一旦啟動(dòng)，則傳送帶的驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)并一直保持到停止開(kāi)關(guān)動(dòng)作或罐裝設(shè)備下的傳感器檢測(cè)到一個(gè)瓶子時(shí)停止；瓶子裝滿(mǎn)飲料后，傳送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，并保持到又檢測(cè)到一個(gè)瓶子或停止開(kāi)關(guān)動(dòng)作。 （2）報(bào)警 當(dāng)灌裝裝置開(kāi)始灌裝飲料時(shí)，報(bào)警裝置得到PLC輸出信號(hào)，此時(shí)，報(bào)警燈亮，開(kāi)始報(bào)警，5秒鐘以后，灌裝結(jié)束，同時(shí)報(bào)警結(jié)束。 4.3 I/O口的分析與確定 課程設(shè)計(jì)任務(wù)中要求用PLC對(duì)飲料灌裝生產(chǎn)流水線(xiàn)進(jìn)行控制，需要一個(gè)啟動(dòng)按鈕SB1，一個(gè)停止按鈕SB2，一個(gè)定位裝置SL,兩個(gè)傳感器SR1、SR2檢測(cè)滿(mǎn)瓶數(shù)及空瓶數(shù)，還要求有一個(gè)手動(dòng)對(duì)計(jì)數(shù)器清零裝置以及兩個(gè)輸出裝置傳送帶電機(jī)和報(bào)警器。 4.3.1 I/O分配表及元件清單 飲料罐裝生產(chǎn)流水線(xiàn)控制系統(tǒng)的PLC控制I/O分配表如表4-1所示： 表4-1飲料罐裝生產(chǎn)流水線(xiàn)控制系統(tǒng)的PLC控制I/O分配表 元件清單如表4-2所示： 表4-2元件清單 第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 5.1 系統(tǒng)流程圖 飲料罐裝設(shè)計(jì)流程圖如圖5-1所示： 圖5-1飲料罐裝設(shè)計(jì)流程圖 在罐裝飲料生產(chǎn)流水線(xiàn)的控制中，按下啟動(dòng)按鈕，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳送帶開(kāi)始工作，與此同時(shí)開(kāi)始運(yùn)行空瓶、滿(mǎn)瓶計(jì)數(shù)程序。當(dāng)光電傳感器檢測(cè)到空瓶到達(dá)時(shí)，斷開(kāi)傳送帶電機(jī)，停留一秒使傳送帶穩(wěn)定后，控制裝瓶的裝置啟動(dòng)。5秒裝瓶結(jié)束開(kāi)始啟動(dòng)傳送帶電機(jī)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)工作。按下停止按鈕時(shí)，整個(gè)生產(chǎn)流程停止工作。 5.2 梯形圖 梯形圖是PLC編程的高級(jí)語(yǔ)言，所有PLC廠(chǎng)家的PLC產(chǎn)品均支持梯形圖語(yǔ)言編程。梯形圖只有觸點(diǎn)（表示輸入條件）、線(xiàn)圈（表示輸出結(jié)果）和指令盒（表示一些復(fù)雜功能的附加指令）三種基本指令格式，利用梯形圖編程器可以建立與電氣原理圖相類(lèi)似的程序，具有梯級(jí)或網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，有利于程序的閱讀理解、運(yùn)行調(diào)試和修正很容易被PLC編程人員和維修人員接受和掌握。鑒于這個(gè)原因，在此次課程設(shè)計(jì)中選擇用PLC梯形圖語(yǔ)言進(jìn)行程序編寫(xiě)，使可視化程度更好。飲料罐裝生產(chǎn)流水線(xiàn)主程序及生產(chǎn)程序如下圖5-2、5-3所示： 圖5-2飲料罐裝流水線(xiàn)主程序及生產(chǎn)程序 計(jì)數(shù)子程序如下圖： 圖5-3飲料罐裝生產(chǎn)流水線(xiàn)計(jì)數(shù)子程序 總結(jié) 本文主要對(duì)PLC飲料罐裝生產(chǎn)流水線(xiàn)控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，提出了總體的控制設(shè)計(jì)方案，并對(duì)具體的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了選型設(shè)計(jì)，利用編程軟件編寫(xiě)程序，并對(duì)運(yùn)行情況進(jìn)行了仿真。用PLC控制飲料罐裝生產(chǎn)流水線(xiàn)，考慮了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境，性能較穩(wěn)定，極大地提高了設(shè)備的可靠性，而且程序調(diào)整修改方便靈活。以上程序可根據(jù)控制要求的改變很方便地做出調(diào)整與擴(kuò)充，能適應(yīng)控制要求的不斷更新變化，具有良好的應(yīng)用前景。 由于時(shí)間有限，有許多地方處理不夠妥當(dāng)，因?yàn)闆](méi)有接觸過(guò)生產(chǎn)實(shí)際，所以可能有的地方存在錯(cuò)誤，希望老師多提寶貴意見(jiàn)。 致謝 這次的課程設(shè)計(jì)是在丁艷艷老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，在此，謹(jǐn)向教師表示衷心的感謝和崇高的敬意！ 通過(guò)飲料罐裝生產(chǎn)流水線(xiàn)的PLC控制課程設(shè)計(jì)，掌握了什么是設(shè)計(jì)程序，設(shè)計(jì)程序工作的基本過(guò)程及各階段的基本任務(wù)，熟悉了設(shè)計(jì)程序總流程圖，加深了對(duì)PLC的理解，課本上的知識(shí)是機(jī)械的，表面的。通過(guò)努力把課本上的知識(shí)變得更為簡(jiǎn)單，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理也有了更深的理解。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我更為全面系統(tǒng)的了解PLC的構(gòu)造原理和基本實(shí)現(xiàn)方法。把課本的知識(shí)變得生動(dòng)有趣，激發(fā)了我們的學(xué)習(xí)積極性，把學(xué)過(guò)的原理加以強(qiáng)化，把課堂學(xué)過(guò)的知識(shí)通過(guò)自己的設(shè)計(jì)程序表示出來(lái)，加深了對(duì)理論知識(shí)的理解。 此外，在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，也得到了其他同學(xué)的幫助，有關(guān)軟件方面的一些技能不足得到了同學(xué)的大力幫助，設(shè)計(jì)任務(wù)一直在很好的氛圍中進(jìn)行，在這里，也向他們表示真誠(chéng)的感謝！ 再次向此次課程設(shè)計(jì)中所有幫助過(guò)我的人表示感謝。 參考文獻(xiàn) [1] 張萬(wàn)忠.電器與PLC控制技術(shù)第二版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007. 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