1、 四川机电职业技术学院毕业设计 1 PLC控制的自动灌装机系统的设计 毕 业 综 合 训 练 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 四川机电职业技术学院毕业设计 2 2 PLC 控制的自动灌装机系统的设计 摘 要 近年来，社会的发展和进步对各行各业提出了越来越高的要求。机械化加工企业为了提高生产效率和市场竞争力，采用了机械化流水线作业的生产方式，对不同的产品分别组成了自动流水线。产品不断地更新换代，也同时要 求相应的控制系统随之改，提高产品生产的效率。在这种情况下，硬连接方式的继电接触式控制系统就不能满足经常更新的要求了。这是因为，一是成本高，二是周期长。在早期还出现过矩阵式顺序控制器和晶体管逻
2、辑控制系统，由于这些装置体积大，功能少，本身存在很多不足，虽然在能够提高控制系统的通用性和灵活性，但均未得到广泛应该。 PLC 可编程序控制器具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要 手段和重要的基础设备之一。由于 PLC 具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富， 液体物体的灌装机发展很快，早已有人工手动灌装发展实现机械自动化灌装，且自动化水平日益提高。随着科学技术和生产的发展，现在越来越多的将 PLC应用于灌装机系统中。 本设计综合
3、可编程控制器和变频器控制的诸多优点，通过可编程控制器输出来控制变频器的多段速调速，让电动机转速跟随检测的反馈信号而变化，实现对灌装啤酒传送带速度的自动控制，使其与灌装机的速度相匹配，提高工业生产的效率。本次设计将可编程控制器和变频器控制进行了充分 的结合运用，将可编程控制器的开关量输出端直接与变频器的开关输入端相连，体现了由新的控制器带来新的控制理念的思想。 关键词 ：继电接触式控制系统。3 目 录 第一章 绪 论 1 1.1 研究背景及课题来源 1 1.2 研究现状 1 1.3 解决办法 2 第二章 PLC 介绍 3 2.1 PLC 的发展 3 2.2 PLC 的应用领域 3 2.3 PLC
4、 的特点 3 2.4 PLC 控制灌装机系统的优点 4 第三章 设计方案 5 3.1 自动灌装机系统方案设计 5 第四章 罐装传送带调速系统分析 9 4.1 罐装传送带调速系统工 艺流程 9 4.2 输入信息分析 10 4.3 输出信息分析 11 第五章 罐装传送带调速控制系统硬件设计 12 5.1 罐装传送带系统总图设计 12 5.2 电器元件的选型 13 第六章 罐装传送带调速控制系统硬件设计 14 6.1 编程平台介绍 14 4 6.2 具体设计程序及注释 15 6.3 灌装传送带调速监控系统软件 19 结 论 22 参考文献 23 谢 辞 24 5 第一章 绪 论 1.1 研究背景及课
5、题来源 近几年，由于 PET/HDPE 塑料瓶 被越来越多地应用到液态 食品包装 领域，扩大了其在液态 食品 包装领域中的应用范围。据不完全统计，全球每年用于饮料瓶的塑料容器消费量为 1000 多万吨，并且 其产销量正在以每年 10% 19%的速度增长。 茶饮料 、 果汁 饮料以及功能性饮料经过几年的苦心经营，已经成为 饮料市场 上稳定、成熟的产品，现在高速中温热灌装技术为众多饮料企业提供了最佳的解决方案，既满足了产品的增长率和安全性，又降低了饮料企业的包材成本和运行成本。随着高速中温热灌装机技术的日臻成熟，将为更多的国内大、中型饮料生产企业提供先进、稳定、可靠的饮料灌装机设备，带来更为直接的
6、成本效益 。灌装机 主要是包装机中的一小类产品 ， 随着 我国酒业 的快速发展 ，啤酒 、葡萄酒、黄酒、白酒等酒类产量持续增长，我国 饮料酒 (不含果露酒、发酵酒精 )总产量已达 2878 万千升 ,同比增长 8.2%。有关专家指出，我 国饮料行业是高成长性的行业， 成熟饮品 增长稳定，新的热点和增长点不断涌现，新兴饮品的增长更快。同时， 中国包装机械 已发展成世界液态食品行业中有重大影响和极大市场占有率行业。因此，液体灌装机市场发展潜力巨大。 1.2 研究现状 要把 灌装机 产品国产化，要走相当一段的路程，国内现状是 “ 互仿 ” -互相仿造，在国内仿造，也叫做 “ 内仿 ” 。水平大概一致
7、，今天你有的，明天别人就仿 去了。一个灌装机行业也就那么几家有自己的机械设计能力来开发新产品。其他的制造商就跟进过来。所以在互联网上我们查找灌装机会看到很多产品，但大多雷同。相比较而言，在国外我们考察一些 灌装机械 厂家，他们的产品不论是在外观还是的设计原理上都有比较大的区别。这就是很多国内一些想创新的厂家努力去学习国外产品的原因，操作方法是到国外参加展会，拍些 设备图片或直接购买一个设备样品，拿来仿造就可以了。这就是 “ 外仿 ” ，仿造国外的。不管是 “ 内仿 ” 还是 “ 外仿 ”都是在仿造。自己没有太多的创新和设计。产品就会一直在跟进，跟着别人前进。6 要想超越和创新就必须有自己的机械
8、设计能力，机械设计和研发是灌装机最终能国产化的根本前提。 1.3 解决方法 我国液体灌装机要满足包装行业快速发展的需求，并积极参与国际竞争，就必须打破 “ 小而散 ” 的行业态势，在 “ 高精尖 ” 的方向上不断前进。业内人士认为，未来液体灌装机将配合产业自动化趋势，在技术发展上朝着机械功能多元化，结构设计标准化、模组 化，控制智能化，结构高精度化等几个方向发展液体。因此灌装机的发展为食品、药品的现代化加工和大批量生产提供了必要的保证。 本设计就是针对以上而设计的一种以 PLC 可编程控制系统为主导的灌装机系统。灌装生产线有两条传送带，空桶传送带和灌装传送带。生产线分 为四个工位，这四个工位完
9、成桶的清洗、吹干、灌装、和剔出没有正常完成各个工位操作的桶。生产线启动后，空桶传送带送过来的空桶依次完成上述功能。并进一步 通过可编程控制器输出来控制变频器的多段速调速，让电动机转速跟随检测的反馈信号而变化，实现对灌装啤酒传送带速度的自动控制，使其与灌装机的速度相匹配，提高工业生产的效率。本次设计将可编程控制器和变频器控制进行了充分的结合运用，将可编程控制器的开关量输出端直接与变频器的开关输入端相连，体现了由新的控制器带来新的控制理念的思想。 7 第二章 PLC 介绍 2.1 PLC 的发展 PLC 在 60 年代末到 70 年代中期出现， 这时的 PLC 多少有点继电器控制装置的替代物的含义
10、，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。 从 70年代中期到 80 年代中后期，微处理器的出现使 PLC 发生了巨大变化。美国，日本，德国等一些厂家开始采用微处理器作为 PLC 的中央处理单元（ CPU） 。 这样，使 PLC的 功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程 I/O 模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使 PLC 的 应用范围得以扩大。 从 80 年
11、代后期至今， 由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的 PLC 所采用的微处理器的 档 次普遍提高。而且 ,为了进一步提高 PLC 的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得 PLC 软、硬件功能发生了巨大变化 ，使 PLC 的功能更强大。 2.2 PLC 的应用领域 目前， PLC 已经广泛地应用于所有的工业部门，随着 PLC 性能价格比 的不断提高，过去许多使用专用计算机控制设备的场合也可以使用 PLC。 PLC 的应用领域不断的扩大，主要有以下几个方面： （ 1）开关量的逻辑控制； （ 2）运动控制； （ 3）闭环过程控制；
12、（ 4）数据处理； （ 5）通信联网。 并不是所用的 PLC 都具有上述全部功能，有些小型 PLC 只具有上述部分的功能，但是价格较低。 2.3 PLC 的特点 8 （ 1）编程方法简单，易学； （ 2）硬件配套齐全，用户使用方便； （ 3）系统的设计、安装、调试工作量少； （ 4）可靠性高抗、干扰能力强； （ 5）通用性、适应面广、使用方便； （ 6）故障 率低、维修方便； （ 7）体积小、能耗低； （ 8）具有逻辑运算，计时、计数、顺控等功能。 2.4 PLC 控制自动灌装机系统的优点 将 PLC 用于对自动灌装机系统的控制，主要是其具有对使用环境适应性强、无故障运行时间长的特性，同时其内
13、部定时器、计时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的自动灌装机系统进行精确控制， 罐装传送带控制系统的系统设计目的是利用PLC 和变频器控制电动机转动带动皮带传动，然后将要灌装的瓶传送给灌装机，达到瓶流速度和灌装速度的协调，从而提高工作效率。 基于 PLC 的这些好处，所以选择 PLC 为逻辑控制元 件。 9 第三章 设计方案 3.1 自动灌装机系统方案设计 本设计有分两个步骤，第一个步骤如下， 控制要求：灌装生产线有两条传送带，空桶传送带和灌装传送带。生产线分为四个工位，这四个工位完成桶的清洗 、吹干、灌装和剔出没有正常完成各个工位操作的桶。生产线启动后，空桶传送带送过来的空桶依次完成上述功能。
14、各个工位的间隔距离相等（大于一个桶的直径），以保证灌装传送带电机运行一次，桶可以在各个工位准确到位。 输入 ：生产线启动 、停止信号分别为 S1、 S2；灌装传送带空桶到位光电开关，1 4 工位的桶到 位光电开关依次为 B0、 B1、 B2、 B3、 B4 为 1 时桶到位，否则为 0；2 工位的吹干检测传感器 B21 吹干时为 1，否则为 0； 3 工位的灌装完成压力传感器B31 灌装完成时为 1，否则为 0； 1 4 工位推杆阀门（ 1 3 工位用于将不合格的桶推出传送带后推杆收回）开到位信号 V11 OPENED、 V21 OPENED、 V31 OPENED、V41 OPENED 为
15、1 时开到位，否则为 0； 1 4 工位推杆阀门关到位信号 V11 CLOSED、V21 CLOSED、 V31 CLOSED、 V41 CLOSED 为 1 时关到位，否则为 0； 1 3 工位 清洗、吹干、灌装阀门，开到位信号 V12 OPENED、 V22 OPENED、 V32 OPENED、 V42 OPENED 为 1 时开到位，否则为 0； 1 3 工位清洗、吹干、灌装阀门，关到位信号V11 CLOSED、 V21 CLOSED、 V31 CLOSED、 V41 CLOSED 为 1 时关到位，否则为 0。 输出 ： M1、 M2 分别为空桶传送带和灌装传送带电机的启动、停止输出
16、，为 1 时启动，为 0 时停止； 1 4 工位推杆阀门 V11、 V21、 V31、 V41 为 1 时打开，否则关闭；灌装阀门 V12、 V22、 V32 为 1 时打开，否则关闭。 设 计方法 ：本步骤中的灌装传送带的控制流程是这样的：首先按动启动按钮后，灌装传送带空桶位置的光电开关，当没有桶时其输入值为 0，假如灌装传送带电机没有运行，则启动空桶传送带电机，知道灌装传送带空桶位置有桶为止，然后停止空桶传送带电机。空桶传送带电机停止后，如果推杆全部收回，灌装传送带空桶为止的光电开关出现上升沿，或者在至少一个工位有桶的情况下，推杆全部收回出现上升沿，则启动灌装传送带电机 （当按动启动按钮时
17、，如果灌装传送带空桶位置有桶或至少一个工位有桶，也需要启动灌装传送带电机）。当各个工位的的光电开关10 有任意一个（ 由于各个工位间隔距离相等，故灌装传送带上多于一个桶时，各个光电开关会同时检测到桶已经到位）检测桶已经到位时，停止灌装传送带电机，然后进行各个工位的的操作。假如灌装传送带上所有桶都已经灌装完毕，或者空桶传送带送桶不及时，所有光电开关检测不到桶的到位，将会导致电机一直运行下去。为避免这种情况的发生，设置一个延时开型计时器时间设置为 8s， 8s 时间到后停止电机运行，从而启动空桶传送带电机，使空桶能够送过来。这里之所以用 8s 的时间是考虑到灌装传送带电机正常运行一次不会超过 8s
18、 的缘故。各个工位的操作流程是这样的，在 1 工 位桶到位后，用推杆将桶推到清洗阀门入口进行桶内的清洗，时间为10s。然后将清洗过的桶，用推杆收回到灌装传送带上。 2 工位与此类似，只是将桶进行吹干。 3 工位进行灌装，灌装时间为 15s。在 2 工位还有一个吹干检测传感器，用于吹干后检测桶内是否有水，如果有水则不能进行下一个工位的操作。当到达 4工位时将其推出灌装传送带。同样， 3 工位操作完成后进行桶内的压力检测，如果压力低，则也要在 4 工位时将其推出灌装传送带。按动停止按钮，则需停止灌装生产线工作，即停止所有电机运行并关闭所有阀门，以便将生产线恢复到初始状态。 第一步骤只 在此简单叙述，本论文重点介绍第二步骤的设计。 要求 PLC 根据瓶流通过变频器调整输送带的速度，即 PLC 根据瓶流情况选择多段速控制，做到输送带速度与灌装机速度很好的匹配。由光电检测开关检测瓶流速度，不同的瓶流速度对应变频器的不同速度，由 PLC 的输出端子去控制变频器的多段速控制端，实现速度的调整，实现与灌装速度相匹配。 基本原理： 反馈控制信号 图 3.1 方案方框图 通过变频器的多功能输入端的设定，即设定多级速度频率，可以实现多级调速运转，并可通过外部信号选择使用某一级速度，本次设计为 3 级速度频率。用 PLCPLC 制 变频器电动机 传输皮带带带 光电检测器
