1、 本科 毕业 论文 (设计 ) （二零 届） 蜡烛自动化 生产线智能控制系统研究 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 1 摘 要 研究一种基于 PLC 控制的新型蜡烛自动化生产线智能控制系统。旨在改进原先一些蜡烛生产设备自动化程度低、生产效率低下、成本 要求高、劳动力需求大和设备操作不便等技术问题。该新型蜡烛生产线是运用 PLC 来控制两台步进电机来控制整个生产流水线的运作。其中一台是控制整个生产线的前后运动，而另外一台则是用来控制蜡烛液体箱的上下运动。通过 PLC 所发出的脉冲频率与脉冲个数来控制步进电机的转动，达到蜡烛生产的要求。并且，
2、根据生产工艺要求采用光电传感器来控制蜡烛的浸制过程，达到使蜡烛铸成锥形的目的。根据相关研究，该新型的蜡烛生产线所需的软件技术支持已经成熟，可以完成设计提出的各项要求。与传统人工手动生产相比，可以减少 85%的劳动力资源，提高 75%的生产效率，同时采用通过先用粗蜡油浸制，后用少量精蜡油浸制的方案有效地降低了生产成本。使得蜡烛质量上和成本上都有了显著提高，同时也提高了企业的市场竞争力。 关键词 ：可编程逻辑控制器（ PLC）；蜡烛；生产线；光电传感器；脉冲；步进电机 2 Abstract Studying a kind of new type of candle based on PLC int
3、elligent control system of automatic production lines. Aims to improve its purpose original candle production low degree of automation， low productivity， high cost， work force and operate not easy and so on technology problems. This new automatic production line of candles uses the PLC control two s
4、tepper motors control the entire production line system production. Among them, a stepper motor controls the line before and after walking. Another stepper motor controls box of the upper and lower liquid candle walking. The PLC is issued by pulse frequency, pulse number to control the stepper motor
5、 rotation, the system has reached the production of candles required to complete. And, according to production process requirements， Adopting photoelectric sensors to control candles immersion system process， achieving the purpose of moulds cone to candles. According to relevant research, the new au
6、tomatic production line of candles Control software can fully meet the actual requirements of production, to complete the design of the proposed requirements. The automatic production line of cand les, compared with the artificial production can reduce 85% of labor resources and greatly enhance the
7、75% of production efficiency. Meanwhile， using crude wax leaching system firstly, after a small amount of fine wax, Oil of the option. Through this plan effectively reduce the production cost. The candles on the quality and cost have been improved greatly, Also raised the enterprise market competiti
8、veness. Key Words： programmable logic controller(PLC); candles； production line；photoelectric sensor； pulse； stepping motor 3 目 录 1 引言 .1 2 新型蜡烛生产线总体设计 .2 2.1 研究方案 .2 2.2 蜡烛自动化生产线工艺 .2 2.3 光电传感器的应用 .3 2.3.1 遮 光 式 光 电 传 感器 .4 2.4 蜡烛生产线的 构造 .5 2.5 主要的控制方案 .7 2.5.1 电机控制 .6 2.5.2电气控制 .8 3 电机控制系统 .10 3.1
9、步进电机的特点以及分类 .10 3.2 步进电机的驱动方式和驱动电路组成 10 3.3步 进电机的控制方法 .11 3.4步进电机的工作方式 .12 3.5步进电机的选择 .12 4 PLC 控制系统 .13 4.1三菱 FX2N系列 PLC .13 4.1.1三菱 FX2N 系列 PLC 的基本构成 .14 4.1.2 FX2N系列 PLC 的选择 .14 4.1.3 PLC 的安装与接线 .14 4.2触摸屏的使用 .15 4.2.1触摸屏的概况 .15 4.2.2 F940GOT的功能 .15 4.3系统结构框图 .16 4.4 I/0点数的分配 .16 5 控制系统程序设计 .19 5
10、.1 系统程序流程框图 .19 5.2 PLC 程序设计 .21 5.3 触摸屏程序设计 .20 6 结论 .24 参考文献 .25 附录 1 PLC主程序梯形图 .27 - 1 - 1 1 引言 中国自古以来就以生产蜡烛而闻名于世，其生产技术也日益成熟。现在的中国已经成为世界第一的蜡烛生产国，长久以来因蜡烛的物美价廉而被世界认可。我国人口众多，蜡烛的市场更是大的惊人，现在一些工艺蜡烛也很受追捧。然而，聪明的国人怎么会满意只做中国人自己的生意呢？改革开放以来，国人把目光投入到国际市场中去了，凭借优质的蜡烛产品， 我国的蜡烛迅速在国际市场占有一定份额。随着近年来我国蜡烛的出口的快速增长，国产蜡烛
11、在国际市场的份额也越来越重。而我国现在普遍的销售的蜡烛主要 芦苇芯和竹子芯 蜡烛，其生产工艺还是传统的人工 浸制 而成，不但费时费力，而且生产出来的蜡烛形状也存在一些差异，这无疑加大了劳动力的投入。面对如此困境，开发一种新型的蜡烛生产线变得极为迫切。 当前国内外研制的 浸制式蜡烛机 多采用 PLC 控制，其主要是解决了现有技术存在的蜡烛成型机结构复杂、自动化程度低、操作不便、制作成本高等一些技术问题。但同时，此类蜡烛机也存在着一些缺点，其中一 点就是只能使用单一的优质石蜡用来制造蜡烛。这无疑加大了生产成本。 基于降低生产成本考虑，对原有的设备和技术进行创新研究，着重开发新型的蜡烛自动化生产线，
12、使之可以在蜡烛内部填充普通石蜡，然后在表层覆盖各种式样的高档次蜡油。这样便可以有效地降低了生产成本。而且现在 PLC 技术也是日益成熟，同时 结合指导老师的意见，开发新型的蜡烛自动生产线是十分可行和必要的，具有很大的意义。 综上所述， 研制固定蜡烛不动，依靠 PLC 控制蜡烛油桶上下运动浸制蜡烛的装置和研究新型的蜡烛自动生产线控制技术是十分必要的。 - 2 - 2 2 蜡烛自动化 生产线总体设计 研究蜡烛自动化生产线控制技术系统生产工艺，主要通过由 PLC 控制整个生产流水线的运作。其中包括控制电机拖动系统 (油箱上下动作、前后动作 )、电气控制系统、自动填充蜡油系统和自动更换位置等组成部分。
13、根据各个组成部分的特点，选择高品质的电气控制元件，用 PLC 和先进的马达驱动来设计新型先进的蜡烛自动化生产线。结合在大学学习过的知识和查阅相关资料，进行市场调查，设计与开发此新产品。运用电机拖动、 PLC 控制原理等知识，研究新型蜡烛自动化生产线系统的结构、原理与性能，运用编程软件来实现系统的全部功能。 2.1 研究方案 通过学过的理论知识和实验经历对蜡烛自动生产线硬件组成部分和 PLC 控制应用进行进一步的研究，在研究的过程中巩固和系统整理自己学习的知识，并在此基础上进行创新研究。先搜集有关该课题的各方面调查研究资料，同时，加以认真阅读整理分析，再在理解认识的基础上和指导老师的指导下，确定
14、用 PLC软件编程控制方法，最后，论证和完善设计方案。 研究的具体步骤如下： （ 1）经过调查了解现有蜡烛生产线有关性能要求和使用环境，收集和整理相关设备资料；得出现有产品的缺陷，提出改进方案； （ 2）对新的方案进行软件设计，编写 PLC 梯形图，并仿真； （ 3）对创新的方案进行有关试验 :寻找一个可供研究的蜡烛生产设备，进行创新地研制成新型蜡烛自动生产线设备，以达到预期目标。 2.2 蜡烛自动化生产线工艺 蜡烛自动生产线的生产工艺要满足两个动作：其中一个动作是左右两个蜡油箱在平衡位置做水平的行走运动，为对每个棉芯板上的棉芯进行蜡烛依次浸制进行上下行走的准备；另一个动作是左右两个蜡油箱做反
15、方向的上下行走运动，用以浸制蜡油。 - 3 - 3 具体的生产工艺按左右各五个棉芯板为例（因为左右蜡油桶在上下运动是实时反方向的，所以，以下涉及到蜡油桶上下行走的工艺步骤 都是以右边的蜡油桶为准）。 1粗料浸制 装蜡烛芯子：开始（左右蜡烛液体箱水平中间位置，并处于初始端），右桶向上全程浸制烛芯，桶退下至底点位置（此时左边桶刚好全程浸制烛芯），桶向上至水平中间位置；左右蜡烛液体箱开始前进至第二个棉芯板位置。接着，重复蜡烛液体箱的上下全程浸制烛芯的动作；然后，蜡烛液体箱依次前进至第三个、第四个、第五个。完成后退回至初始端的水平中间位置，等待一定时间进行下一轮的蜡烛浸制。为了使蜡烛形成锥体形状，第二
16、轮浸制步骤只是 1/3 程浸制；完成后退回至初始端的水平中间位置。等待一定时间进行第三 轮浸制步骤是 2/3浸制，完成后退回至初始端的水平中间位置。然后，对以上三轮周而复始地进行重复浸制 6 次（夏天浸制 8 次，冬天 6 次）。 6 个重复完成后，再对每个棉芯周而复始地进行 26 次全程浸制（夏天浸制 28 次，冬天 26 次）。 2精料浸制 换成装有精料的蜡烛液体箱，利用水平定位、上下行走对每个棉芯板进行全浸制一次。 3红料浸制与烫头 换成装有红料的蜡烛液体箱，利用水平中间定位、上下行走对每个棉芯板进行全浸制一次。 继续用红料的蜡烛液体箱，利用水平中间定位、上下行走对每个棉芯板进行精确距离
17、烫头浸制（一分钟以上）一次 ，整个流水线生产蜡烛完成。 蜡烛浸制时因夏天的温度高，粘度小，一般总共浸制 38 40 次；冬天温度低，粘度大，一般总共浸制 32 次左右。 2.3 光电传感器的应用 光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光 信号 的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成 。 - 4 - 4 2.3.1 遮光式光电传感器 在本次研究中用到的是遮光式光电传感器，这种传感器需要两个独立的机壳，一个机壳安装发光器，另一个安装接收器。发光器发射出来的光线对准接收器，当 有目标物体把光线挡住时，接
18、受器的输出便发生变化。如图 2-1 所示的是遮光式光电传感器简易模型图。 图 2-1 遮光式光电传感器简易模型图 蜡烛浸制过程是 棉芯板 固定不动，油箱在电机的控制下做上下、前后动作，因此将三组传感器（一组分别配有一个发光器和一个接收器）安置在 如图 2-3 A,B,C 处。接收器输出口与 PLC 连接，由 PLC 进行控制。以一边为例，第一轮浸制当油箱位置到达棉芯 1/3 处时，自动停止，完成后退回至初始端的水平中间位置。第二轮浸制到达棉芯 2/3 处，自动停止，完成后退回至初始端的水平中间位置。当接触 到顶端处自动停止。 传感器的型号选择：我们选择的是光电传感器 FN-F-PK-T,其主要
19、技术参数如下表 2.1 所示 表 2.1 光电传感器 FN-F-PK-T 技术参数表 额定工作电压（ V） 额定工作电流（ MA） 额定检测距离（ m） 输出形式 响应时间（ ms） 连接方式 工作环境温度（） 外壳材料 保护等级 10 36VDC 200MA 6m PNP NO 3ms 引线 -2555 ABS IP65 如下图 2-2 所示的是 FN-F-PK-T 型传感器的产品尺寸图和电气连接图 对于 PNP-NO 型，在没有信号触 发时，输出线是悬空的，就是 0v 线和 out- 5 - 5 线断开。有信号触发时，发出与 OV 相同的电压，也就是 out 线和 0V线连接，输出输出低电
20、平 OV。 图 2-2 FN-F-PK-T 型传感器的产品尺寸图和电气连接图 由于从传感器上输出的是模拟信号而在 PLC 中处理的是数字信号，所以要加入一个 ADC（模拟信号转换成数字信号）， ADC 一般要经过采 样、保持、量化和编码四个过程。接下来介绍一种 ADC 逐次逼近 ADC。 逐次逼近 ADC 主要由控制逻辑、比较器、 DAC 和寄存器组成，它是利用逐次逼近寄存器（ SAR）和控制电路来产生所需的特定序列的二进制码，构成相应的输出数字。如图 2.3 所示逐次逼近 ADC 的结构原理图 图 2.3 逐次逼近 ADC 的结构原理图 2.4 蜡烛生产线的构造 如图 2.4 所示为生产线的截面结构图，左右两个蜡烛液体箱，在两个步进电- 6 - 6 机的转动下可以进行上下，前后的行走，并且定位精准。 图 2-4 生产线机械结构截面图 如图 2.5 所示为生产线的俯视结构图。设备的左右两端可以挂上对称的棉芯板，棉芯板是固定的，通过蜡烛液体箱的水平中间行走定位，以及定位后的上下行走，可以完成整个流水线的生产。因为蜡烛的浸制是需要冷却时间的，而采用这种流水线的浸制方法可以利用 6 8 分钟冷却时间的间隔，可正好做一个轮回的浸制步骤，可以大大的提高生产效率。 A B C
