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1、饮料罐装生产流水线的PLC控制毕业论文前 言工业现代化的进程，对生产过程的自动控制和信息通信提出了更高的要求。随着计算机和网络通讯技术的发展，企业对生产过程的自动控制和信息通讯提出了更高的要求。工业自动化系统已经从单机的PLC控制发展到多PLC及人机界面（HMI，Human Machine Interface）的网络控制。早期的灌装生产流水线大多数采用容积泵式、蠕动泵式作为计量方式。这些方式存在一些缺点。例如：灌装精度和稳定性难以保证、更换灌装规格困难等。本系统采用的饮料分装计量是通过时间和单位时间流量来确定的，计量精度由可编程控制器（PLC）控制确定。并且在本系统还具有数据统计和故障报警功能
2、，能够准确的将生产情况告知用户，使用户能灵活的调整生产方式和方便的了解到设备的即时运行状态。PLC控制具有编程简单、工作可靠、使用方便等特点，已经在工业自动化控制领域得到了广泛的应用。1.绪论1.1饮料灌装生产流水线的概述1.1.1生产流水线的概念生产流水线是生产型企业最常用的制造产品的形式，它是由一群人或机器人在一个接一个的完成一项半成品或成品的加工及检验和包装，由于是有些采用行走的输送带承载被加工的物品，因此被称为流水线生产。1.1.2生产流水线的形式及特点(1) 板链式装配流水线特点：承载的产品比较重，和生产线同步运行，可以实现产品的爬坡；生产的节拍不是很快；以链板面作为承载，可以实现产
3、品的平稳输送。(2) 滚筒式流水线特点：承载的产品类型广泛，所受限制少；与阻挡器配合使用，可以实现产品的连续、节拍运行功能；采用顶升平移装置，可以实现产品的离线返修或检测而不影响整个流水线的运行。(3) 皮带式流水线特点：承载的产品比较轻，形状限制少；和生产线同步运行，可以实现产品的爬坡转向；以皮带作为载体和输送，可以实现产品的平稳输送，噪音小；可以实现轻型物料或产品较长距离的输送。(4) 差速输送流水线特点：差速输送流水线采用速链牵引，工装板可以自由传送，采用阻挡器定位使工件自由运动或停止，工件在两端可以自动顶升，横移过渡。还可以在线可设旋转、专机、检测设备、机械手等。1.2饮料灌装生产流水
4、线模型饮料灌装自动化生产线示意图如图1-1所示。生产线由瓶子传送带和灌装液罐组成，传送带由电动机驱动，可以正转和反转。电动机正转时，传送的瓶子依次通过空瓶、灌装、满瓶和终端4个工位。图1-1饮料灌装生产流水线模型 自动化生产线的控制台可以用普通的控制面板实现，也可以用HMI（人机界面）设备实现。控制面板如图1-2所示。控制面板上有启动/停止按钮、急停按钮、下位/上位选择开关、手动/自动选择开关、正反转点动按钮、故障复位按钮、计数清零按钮及各种指示灯等。完成以上的控制动作，需要通过可编程控制器来对生产线的控制。1.3 PLC基础可编程控制器是工业自动化的基础平台。在工业现场中用于对大量的数字量和
5、模拟量进行控制，例如电磁阀的开闭，电动机的启停、温度、压力、流量的设定，产品的计数与控制等。1.3.1可编程控制器的产生和定义可编程控制器的缩写为PLC（Logical Controller），是将计算机技术、自动化技术和通信技术融为一体，专为工业环境下应用而设计的控制设备。20世纪60年代，生产过程及各种设备的控制主要是继电器控制系统。继电器控制简单、实用，但存在着明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难以实现较复杂的控制特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，一旦动作顺序或生产工艺发生变化时，就必须进行重新设计、布线、装配和调试，所以通用性和灵活性较差。生产上迫切需
6、要一种使用方便灵活、性能完善、工作可靠的新一代生产过程自动控制系统。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年美国数宇公司研制出了第一代可编程序控制器，它具有逻辑运算、定时、计数等顺序等功能。20世纪80年代后，由于计算机技术的迅猛的发展，PLC采用通用微处理器为核心，具有了函数运算、高速计数、中断技术、PID控制等功能，称为PC(Controller) 即可编程控制器。但由于PC（Personal Computer）已成为个人计算机的代名词，为了不与之混淆，人们习惯上仍将可编程控制器称为PLC。经过短短的几十年发展，可编程控制器已经成为自动化技术的三大支柱（PLC
7、、机器人和CAD/CAM）之一。1982年，国际电工委员会（IEC）制定了PLC的标准，在1987年12月颁布的第三稿中，对可编程控制器的定义是：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按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设计。”1.3.2 可编程控制器的特点(1) 可靠性高，抗干扰能力强微机虽然具有很强的功能，单抗干扰能力差，工业现场的电磁干扰、电源波动、
8、机械振动、温度和湿度的变化等都可以使一般通用微机不能正常工作。而PLC是专为工业环境应用而设计的，故对于可能受到的电磁干扰、高低温及电源波动等影响，已在PLC硬件及软件的设计上采用了措施。如在硬件方面采用了电和屏蔽，对I/O接口采用了光电隔离，对电源及I/O接口线采用了多种滤波等。而在软件方面采用了故障检测、诊断、信息保护和恢复等手段，一旦发生异常，CPU立即采取有效措施，防止故障扩大，使PLC的可靠性大大提高。(2) 机构简单，应用灵活PLC在硬件结构上采用模块化积木式结构，各种输入输出信号模块、通信模块及一些特殊功能模块品种齐全。针对不同的控制对象，可以方便、灵活地组合成不同要求的控制系统
9、。硬件接线简单，一般不需要很多配套的外围设备。(3) 编程方便，易于使用PLC采用了与继电器控制电路有许多相似之处的梯形图作为主要的编程语言，程序形象直观，指令简单易学，编程步骤和方法容易理解和掌握，不需要具备专门的计算机知识，只要具有一定的电工和工艺知识的人员都可以在短时间学会。(4) 功能完善，适用性强PLC具有对数字量和模拟量很强的处理功能，如逻辑运算、算术运算、特殊函数运算等。PLC具有常用的控制功能，如PID闭环回路控制、中断控制等。PLC可以扩展特殊功能，如高速计数、电子凸轮控制、伺服电动机定位、多轴运动插补控制等。PLC可以组成多种工业网络，实现数据传送、上位监控等功能。1.3.
10、3 设计PLC控制时，应遵循以下基本原则(1) 最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。(2) 保证PLC控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全
11、可靠。例如：应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。(3) 力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。(4) 适应发展的需要由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到
12、今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。实际上PLC控制系统的设计，按照国外发达国家的标准：首先考虑的是系统的安全性、可靠性设计，然后才是根据控制工艺要求进行控制流程设计，然后就是编写切实可行、高效的程序，这里在安全性、可靠性设计要求的前提下，编写相应的PLC程序非常重要，硬件上保证的安全性，以及软件PLC程序中的安全考虑应该同步进行。2. 饮料灌装生产流水线的PLC控制要求和容及硬件设计2.1 控制任务自动化生产线模型设计了手动和自动两种工作模式。手动模式用于设备的调试和计数统计的复位。自动模
13、式下允许启动生产线运行。控制系统中包括紧急情况的处理以及故障诊断与显示报警功能。(1) 急停功能当设备发生故障时，按下急停按钮，停止设备的一切运行。(2) 手动模式l 在手动模式下，可以通过点动按钮使传送带电动机正转或反转，用于调试设备。l 在手动模式下，可以通过复位按钮对计数统计值进行清零。l 在手动模式下，可以通过选择开关设置下位（PLC）或上位（HMI）控制。(3) 自动模式l 在自动模式下，按下启动按钮，系统启动，电动机正转，传送带运行。l 空瓶子达到灌装位置时，电动机停转，灌装阀门打开。l 灌装时间到，灌装阀门关闭，电动机正转，传送带继续运行。l 在自动模式下，按下停止按钮，系统停止
14、，电动机不转，传送带停止运行。(4) 工件计数统计控制系统可以实现工件的计数统计，包括毛坯数，正品数和废品数。正品数显示在控制面板的数码管上。(5) 模拟量检测灌装液罐的液位由传感器进行监视。液位低于下限时，要打开进料阀门，液位高于上限时，要关闭进料阀门。(6) 故障报警当设备发生故障时，控制系统能够立即响应，控制面板上相应的故障指示灯会闪亮。故障排除后，按下故障复位按钮，生产线才能自动运行。2.2 控制方案设计原则自动化控制系统的被控对象一般为机械加工设备、电器设备、生产线或生产过程。控制方案设计主要包括硬件设计、软件程序设计、施工设计及现场调试等几部分容。2.2.1 确定系统控制任务与设计
15、要求首先要了解机械运动与电气执行元件之间的关系，仔细分析被控对象的控制过程和控制要求，熟悉工艺流程及设备性能，明确各项任务的要求、结束条件及控制方式。对于较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个独立的部分，这样可以化繁为简，有利于编程和调试。2.2.2 制定电气控制方案根据生产工艺和机械运动的控制要求，确定控制系统的工作方式，例如：全自动、半自动、手动、单机运行、多机联线运行等。还要确定控制系统应有的其他功能，例如故障诊断与显示报警、紧急情况的处理、管理功能、网络通信等。2.2.3 确定控制系统的输入输出信号根据被控对象对控制系统的功能要求，明确控制对象输入输出信号的类型及信号数值围。2.2.3.1 控制对象的类型（1）数字（开关）量型数字量输入对象：按钮、选择开关、行程开关、限位开关、光电开关等各种开关型传感器。数字量输出对象：继电器、电磁阀、电动机起动器、指示灯、蜂鸣器等。（2）模拟量型模拟量输入对象：温度、压力、流量、液位、电动机电流等各种模拟量传感器。模拟量输出对象：电动调节阀、变频器等执行机构。2.2.3.2 控制对象的数值围（1）数字（开关）量型外部输入信号电压等级：DC24V、DC48125V、AC120/230V。外部负载电压等级：DC24/48V、DC48125V、AC120/230V。（2）模拟量型外部输入传感器信号的类型（如电
