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1、泰 山 学 院本科毕业论文基于PLC的饮料灌装生产线的控制系统设计所 在 学 院 机械与工程 专 业 名 称 机械设计制造及其自动化 申请学士学位所属学科 工 学 年 级 二一一级（3+2） 学生姓名、学号 张艳红2011170300 指导教师姓名、 职 称 陈宏圣 副教授 完 成 日 期 二一三年五月 摘要计算机网络和通讯技术的日益提高，使企业对生产的自动控制和通讯提出了高层次的要求。饮料生产线也较繁琐，环节也增加了许多。其中灌装饮料就是其上首要的生产环节。文中主要讲述了基于FX2N-32MR PLC的饮料灌装生产线的控制系统的设计。该系统的设计包括硬件和软件方面。其中硬件部分的设计主要包括
2、了三菱FX2N-32MR PLC外部电路的设计、安装；软件部分包括程序的设计、调试。设计系统最终能够实现下面几项功能：(1)对空瓶进行运送、灌装，灌装量依照空瓶大小设计确定；（2）对满瓶进行传送及统计数量，计数内容包括累计、单位包装计数，单位包装计数量可依照包装大小设计确定；（3）能够确保手动式复位。该系统采用了三菱可编程序控制器、传感器、继电器、行程开关等电器元件，利用PLC良好的自动控制，实现饮料罐装生产过程的自动化控制。运用PLC来控制饮料灌装，实现了生产线的自动高效化、智能灵敏化。对提高劳动效率，饮料质量和产量影响远大，意义非凡。关 键 词：饮料灌装，生产流水线，无人控制ABSTRAC
3、TWith the advanced computer and network communication technology, business-to-production process automation and information and communication put forward higher requirements. Beverage production line more complex production processes are also numerous. One drink is a beverage filling production line
4、s most important production areas. This paper mainly introduces the control system of beverage filling production line based on Mitsubishi FX2N-32MR PLC.The system design consists of hardware and software design. The hardware design includes Mitsubishi FX2N-32MR PLCs external circuit design and inst
5、allation; 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 incl
6、udes 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
7、 to achieve the no control of beverage filling production line Use of PLC control beverage filling production line, to achieve the soft drink production line automation and intelligence. On labor productivity gains, improve beverage quality and yield far-reaching significanceKEY WORDS: Beverage fill
8、ing, Production line,No control目录1 引言11.1本论文研究的内容及意义11.2报告设计大纲21.3论文研究的内容22 饮料罐装生产流水线总体设计32.1任务的分析32.2硬件方案设计32.3软件方案设计32.3.1经验设计法42.3.2逻辑设计法43 系统元件的选择53.1 PLC控制要求和内容及选型53.1.1基础PLC53.1.2可编程控制器的特点53.1.3 PLC的安装与接线63.1.4设计PLC控制时，应遵循以下基本原则63.1.5 PLC的工作原理73.1.6 PLC选型与硬件配置73.1.7 PLC的性能指标83.2电动机的选型93.3接触器的选
9、型93.4热继电器的选型103.5开关电器、熔断器的选型103.6传感器的选型102 系统的硬件电路124.1系统硬件结构框图124.2主电路的设计124.3控制电路的设计124.4操作面板的设计135 系统程序的设计155.1控制要求和控制过程分析155.1.1 I/O端口分配155.1.2梯形图165.1.3初始化程序165.1.4装箱选择程序175.1.5流水线主控程序195.1.6闪烁报警程序195.1.7记数程序205.1.8数据传送程序216 程序的调试246.1装箱选择程序仿真246.2主控制程序的仿真246.3闪烁报警程序的仿真276.4记数程序的仿真287 结论与展望298
10、总结30参考文献31致 谢321 引言1.1本论文研究的内容及意义纵观近年来，国内外饮料工业蓬勃发展，各种饮料如碳酸饮料、果汁饮料、饮用水、茶饮料等种类日益繁多，较高的产量需求同时使得对设备的需求也逐渐提高。目前国外的灌装与封口设备正向高效、多功能、高精确度方向前进，目前有的生产线已可以在玻璃瓶与塑料容器（聚酯瓶）、果汁饮料与果汁饮料、热灌装与冷灌装等场合下工作。目前一般灌装饮料效率高达到2010罐分，德国HK公司灌装机的灌装阀可达160多头，SEN公司 140多头，Krones公司170多头，灌装机直径大至5米，灌装精度可以达到05ml以下。一般饮料灌装阀有50100头，实现最高达1500罐
11、每分，料槽转速2025转每分，可提高1倍的速度。可完成茶饮料、乳酸和果汁饮料等数种饮料的热性灌装，与此对外国热性灌装其封口后可不再进行二次杀菌处理。当前饮料灌装生产线的控制过程大部分是继电接触控制实现，但这种控制电路接线过于复杂，可靠程度不太高，进而使工业生产效率得不到较好提高。然而，随着信息时代的蓬勃迅速发展，饮料灌装生产线的控制过程正向着智能化，高效化，自动化的方向迈进。PLC将原有的微机技术与传统的继电接触控制技术结合了起来，因而它既弥补了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠度低、功率损耗高、通用性和灵活性差的缺点，又较好地利用了微处理器具有的特殊优点，又充分考虑到现场电气操作维
12、修人员的技术能力与习惯，特别是它的程序编制，PLC有多种程序设计语言可以选择，不必要专业的电脑编程语言技能，而是采用了一套以继电器为核心的梯形图为基础的简单指令形式，使编程人员程序编制直观、使用方便易学；调试与查错也都很方便。PLC所具有的自我诊断功能对维修人员的技术要求降低。使用者只要按说明书的提示，做很少的接线和简单的程序编制工作，就可灵活方便地使其应用于生产实践中，实现理论联系实际的目标。1.2报告设计大纲1.3论文研究的内容本论文对饮料罐装生产流水线控制系统的硬件和软件方面进行了设计。其中硬件设计部分包括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
13、系统的实现要求对PLC、电动机、传感器、继电器等外部设备进行选择型号。设计完成的饮料灌装生产流水线能够实现以下功能：（1）通过开关将系统设为自动操作模式，一经启动，则传送带的驱动电机启动并一直持续到停止开关动作或待饮料瓶传送至灌装设备下时停止运转；瓶子装满饮料并上了盖后，传送带驱动电机必须自动启动，并保持到下一个饮料瓶被传送至灌装设备下或停止开关动作；（2）当瓶子传送并定位在灌装设备下时，停1s，灌装设备开始工作，对于大瓶灌装8秒钟，小瓶则5秒钟，灌装过程完毕后对饮料瓶进行上盖操作，上盖时间约为2秒钟。整个灌装和上盖过程应设有报警显示，待上盖完毕后不再显示报警；报警方式为红灯0.5s间隔闪烁；
14、（3）包装过程，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。2 饮料罐装生产流水线总体设计2.1任务的分析本次设计以FX2N系列PLC作为处理核心，用行程开关、传感器等外部设备将生产过程中的信号（如空瓶运行的位置、饮料瓶的大小等等）处理后送到处理器将其处理，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流水线的自动化高效、准确的操作。系统的整体思路：此生产线是全自动控制的，生产线一经上电，PLC将通过软件程序对生产线进行控制：通过输出继电器的动作来控制传送带的停转和对饮料瓶的选择灌装，实现完成对系统状态的显示，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运用了饮料灌装机，它将饮料灌装装置以及封盖装置集合在一起，实现饮料的灌装与上盖，使饮料的灌装能稳定、高效的完成。对于饮料瓶大小的区分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完成对产品的计数。灌装生产流水线模型如图1所示，生产流水线结构如图2所示。图1饮料灌装生产流水线模型系统的工作原理：系统一经上电，传送带将驱动电动机运转，待空饮料瓶行 至行程
