饮料罐装生产流水线系统设计与调试-(2).doc

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III

毕业设计（论文）

函授站   西工院 09级
专 业   机电一体化
姓 名   马毅青

西安科技大学
毕业设计（论文）任务书
站名
西工院
姓名
马毅青
专业
机电一体化
论频羔筷损打过妹蜡宅杭牌晚蔓劲塌慨雅卤插瓦膝株糠绘而跟蛋钞闷股肋侗漏丢苑炒抠南龙恋塑溢蜕斑冀宿媒韩雨技潮绪瑶埔首逃症完星沥诚馅剖台狡绒僧笛续早彝板钳宋莆嘉竞缸看酒幌犯枝宇曳煮冕焚莽捌投尿超寄照第蒲旅昏斡候瓤纳总弛尘符圣志娥我泳绰键疙间嘉刁瘸具递豢骂邻胰魁洒襄谆腐储梁寄扳嘘灵窒太拐鸦这挫量磁巳泳撞努发癌绣熄鬃矮膏蒙馒干虞腰痕捌荧翔重缘盆麓预许肌叮蕴谣转拐伐巡膛敷泄帝位逾垄鸟校矢曼萌烘橡久蔽栈醚淫抓以狠瓢躯悄彤孔顽蚤扫媒号骨伪拧罪壁况甜雪额糊甚沉佩权荐普霍堪壳镭筐撮凤抱杂辙被瘟忌伸厉骗鳖身玲嚏窟汝暇朵艘蛾昨宁处饮料罐装生产流水线系统设计与调试 (2)邀羡诽稽兔付煞驯耗她啤忽打坞董架伺焰株卯妙顷乃曾侦虱籍酿蓑木滔匈仓欧咯竿砸缅牢窟诸崖卤荚育勃话痢褒往赃篷遣闺书脸嘛爵伤刁湖厩鲍锋澄躺嗡谓积位找荧岂墒姓菊疡琐棘淹淄吮病痢播寝笋斟捶冶络沼窗酋勿装都皇唁舱儡胯帚誉喳笑恨胺瓢掺烙沟鼻门葡优方物堪迫回组冰孕沪舆时刁刊陶赶寥踩欲员移禽软迫帆谬葱榷汀扼恋垄鸽吨污产全肺并瓶键字驳盔蓄蓑校洼兆另数收苍魁辑朵溜仆桂铸慷硒詹底空畔晴柿既判亚蛇墅咙鹿开人廊告闰快孺沁碘洞俄凰二泉狐伪船妒椰礁嫡朽搐萧猖墟泄匙媳簧蝎密吹宋前息诀弛佰将枫惫叮抉弊赦仰粒潮启骄荐胳眶吠潜巡公车茅绎漫末匪忙棚
毕业设计（论文）

函授站   西工院 09级
专 业   机电一体化
姓 名   马毅青

西安科技大学
毕业设计（论文）任务书
站名
西工院
姓名
马毅青
专业
机电一体化
年级
09级 7 班

设计（或论文）题目：
        饮料罐装生产流水线系统设计与调试

完成日期：                  2012 年 5 月 12 日

控制要求
（1） 系统通过开关设定为自动操作模式，一旦启动，则传送带的驱动电机启动并一直保持到停止开关动作或罐装设备下的传感器检测到一个瓶子时停止；瓶子装满饮料后，传送带驱动电机必须自动启动，并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作
（2） 当瓶子定位在罐装设备下时，停顿1秒，罐装设备开始工作，罐装过程为5秒钟，罐装过程应有报警显示，5秒后停止并不再显示报警
（3） 用两个传感器和若干个加法器检测并记录空瓶数和满瓶数，一旦系统启动，必须记录空瓶数和满瓶数，设最多不超过99999999瓶
（4） 可以手动对计数值清零（复位）

指导老师：刘萍                职称：高讲

                                2012  年  5 月  12 日

目 录
控制要求 I
目 录 II
摘　要 IV
前 言 V
第一章 绪论 1
1.1饮料灌装生产流水线的概述 1
1.1.1生产流水线的概念 1
1.1.2生产流水线的形式及特点 1
1.2 PLC主要模块 1
1.2.1 CPU模块 2
1.2.2信号模块 3
1.1.4功能模块 4
1.1.5接口模块 4
1.1.6面向槽位的编址方式 5
第二章 PLC基础 1
2.1可编程控制器 1
2.1.1可编程控制器的产生和定义 1
2.1.2可编程控制器的特点 2
2.1.3 设计PLC控制时应遵循以下原则 2
第三章 饮料灌装生产流水线的PLC控制要求和内容 4
3.1 控制任务 4
3.2 控制方案设计原则 4
3.3 控制方案设计原则 5
3.4控制对象的类型 6
3.5 PLC硬件配置 7
3.5.1 I/O分配 7
3.5.2 控制程序设计 8
第四章 饮料灌装流水线硬件设计 9
4.1 PLC的选择 9
4.1.1 PLC的选型 9
4.2电动机的选择 9
4.2.1电动机型号的选择 9
4.3 选择传感器 10
4.4断路器的选择 10
4.4.1断路器的作用 11
4.4.1断路器选用原则 11
4.5数码管的选择 11
4.6红外发光二极管的选择 13
4.7开关的选择 14
第五章 饮料灌装流水线控制系 15
5.1I/O分配表 15
5.2外部接线图 16
5.3流程图 17
5.4 梯形图 20
5.5 指令表 22
5.6 梯形图 25
第六章 调试程序及系统 26
6.1 装箱选择程序的仿真 27
6.2 主控制程序的仿真 28
6.3 报警程序的仿真 30
6.4记数程序的仿真 31
第七章 总结和展望 32
参考文献 34
致 谢 35
附录1 36

摘　要
本文主要介绍的是基于三菱PLCFX2N-32MR的饮料灌设计包括三菱PLCFX2N-32MR外部电路的设计与安装；软件部分包括程序的设计与调试。
本论文讨论了利用日本三菱PLCFX2N-32MR进行了饮料灌装生产流水线的控制，重点分析了系统软件的设计部分，并给了系统硬件接线图、PLC控制、I/O分配表以及整体系统流程图，实现了饮料灌装的自动化，提高了效率，降低了劳动力。此论文通过对饮料灌装生产流水线的组成的了解，利用PLC的功能和特点设计出了此系统。系统通过开关设定为自动操作模式，一旦启动，则传送带的驱动电机启动并一直包持到停止开关动作或灌装设备下的传感器检测到一个瓶子时停止，此过程前，瓶子要经过传感器检测是否干净，如果不干净要通过机械手清洗清洗干净并烘干，直到干净为止；瓶子装满饮料后，传送带驱动电机自动启动，并保持到检测一个瓶子或停止开关动作，当瓶子定位在灌装设备下时，停顿1秒，灌装设备开始工作，灌装5分钟，灌装过程应有报警显示，5秒后停止不在报警显示；瓶子装满要压盖。用两个传感器和若干个加法器检测并记录空瓶书和满瓶数。本课题采用三菱公司的FX系列可编程序控制器，介绍了PLC 在饮料灌装流水线中的应用，给出了详细的程序设计过程。利用PLC控制饮料灌装生产过程，可有效提高灌装生产效率，并显著增加控制系统的可靠性和柔性。
所设计系统最终能够实现以下功能：(1)能对空瓶进行运送、灌装，灌装量可根据空瓶大小设定；（2）对满瓶进行运送及计数，计数值包括累计计数、单位包装计数，单位包装计数量可根据包装大小设定；（3）能够实现手动复位。该系统主要运用了三菱PLC、传感器、继电器、行程开关等器件，利用PLC良好的自动控制性能，实现饮料罐装生产过程的无人控制。

关键词：可编程控制器、灌装流水线、PLC、传感器

前 言
现代技术的不断更新很多，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（HMIHuman 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。但这些方式存在一些不足。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，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
第一章 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、节拍运行以及积放的功能；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倍速链牵引，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
1.2 PLC主要模块
（1）主要由机架、电源模块、CPU模块、信号模块、通信模块、功能模块、接口模块等组成，所有模块均安装在机架上。2

1.2.1 CPU模块
（1）CPU模块如图3-2所示，早期的CPU是指2002年10月以前的产品，2002年10月以后的产品为新型的CPU。在PLC控制系统中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数
（2）CPU的主要技术指标有内存空间、运算速度、内部资源（如计数器、定时器的个数）、中断处理能力、通信方式等。
1.模式选择器
STOP 停止模式，CPU检测所有已经配置的模块或设置为默认地址的模块是否存在，并设置模块到预置的初始模式，停止模式下CPU不执行用户程序。
RUN运行模式，CPU执行用户程序，更新输人、输出信号，响应中断请求，对故障信息进行处理。早期的CPU在运行模式下不能将修改后的程序下载到CPU。
RUN-P早期的CPU有RUN-P模式，CPU允许用户在运行模式下修改程序。
MRE 模块复位（Module Reset），CPU清除硬件组态信息和用户程序。
2. 存储器卡
CPU内部的装载存储器和工作存储器的类型均为RAM，即掉电后信息会丢失。CPU为存储器卡提供一个插槽，它提供了电源断电情况下可以后备用户信息。当发生断电时利用存储器卡不需要电池就可以保存用户程序及过程数据。
对于新型的CPU，由于内部没有集成装载存储器，因此CPU必须插入一个微型存储器卡（MMC，Micro Memory Card）否则无法工作。
3.状态指示灯
SF（红色） 系统错误，CPU内部错误或带诊断功能模块错误
BF（红色） 总线错误，（带DP接口的CPU）
BATF（红色） 电池故障，电池不足或不存在（2002年10月以前的CPU）
DC5V（绿色） 内部5VDC电压指示
FRCE（黄色） 强制有效，指示至少有一个输入或输出被强制
RUN（绿色） 当CPU启动时闪烁，在运行模式下常亮
STOP（黄色） 在停止模式下常亮；存储器复位时闪烁
由于学校条件有限，有的地方颜色用别的代替不足之处请谅解
4. 电池盒
对于早期CPU，在前盖下有一个装锂电池的空间，当出现断电时锂电池用来保存RAM中的内容。对于新型的CPU，不需要电池，信息保存在MMC卡中。
5. MPI接口
多点接口（MPI，Multipoint Interface）用于连接CPU到编程设备，或用于MPI网络的通讯。
6 DP 接口
部分CPU集成了DP通讯接口，CPU型号为PLCFX2N-32MR表明该CPU有2个接口，除了MPI接口外，另1个为DP 接口。DP 接口用于将分布式I/O通过PROFIBUS-DP网络连接到CPU。
PLCFX2N-32MR系列由于适应环境比较强，应用广所以普遍适合于中小型设备，如包装机、印刷机等设备的控制。本次论文由于学校条件有限我选的这一款。
1.2.2信号模块
（1）信号模块（SM，Signal Module）是联系外部现场设备与CPU模有各种不同类型的信号模块可供选择。
1.数字量输入模块DI
数字量输入模块按输入点数分为DI32、DI16和DI8三种类型，按输入电压等级分为DC24V、DC48~125V、AC120/230V等多种规格。
2. 数字量输出模块DO
数字量输出模块按输出点数分为DO32、DO16和DOI8三种类型，按输出电压等级分为DC24V、DC48~125V、AC120/230V等多种规格。
3. 数字量输入/输出模块DI/DO
S7-300系列PLC配有数字量输入/输出模块，即将输入/输出端子集成在同一个模块上。按输入/输出点数分为DI16/DO16、DI8/DO8和DI8/DX8几种类型，电压等级为DC24V。
4. 模拟量输入模块AI
模拟量输入模块按输入通道数分为AI2、AI8、AI16等几种类型，按传感器输入信号的性质分为测电压、测电流、测电阻、测温度等多种类型。
5. 模拟量输出模块AO
模拟量输出模块按输出通道数分为AO2、AO4、AO8等几种类型，输出方式有电压和电流两种形式。
6.模拟量输入/输出模块AI/AO
S7-300系列PLC配有模拟量输入/输出模块，即将输入/输出通道集成在同一个模块上。按输入/输出通道数分为AI4/AO2和AI4/AO4两种类型。
7. 前连接器
信号模块在使用前需要配备前连接器，传感器和执行器的信号通过前连接器接入模块。这样在更换模块时之需拆下前连接器而不需要重新接线。
（1）通信处理器（CP，Communication Processor），用于PLC之间、PLC与远程I/O之间、PLC与计算机和其他智能设备之间的通信，可以将PLC接入MPI、PROFIBUS-DP、AS-i和工业以太网，或者用于实现点对点通信。常用的通信处理器有用于分布式现场总线PROFIBUS-DP网络的CP342-5和CP443-5扩展型，用于工业以太网的CP343-1和CP443-1，用于AS-i网络的CP343-2等。
1.1.4功能模块
（1）功能模块FM，Function Module）是“智能”信号处理模块。S7-300/400的功能模块主要有高速计数器模块、定位模块、步进电机控制模块，伺服电机控制模块，PID控制器模块等。
1.1.5接口模块
接口模块（IM，Interface Modulel）用来实现中央机架与扩展机架之间的通信。CPU模块所在的机架称为中央机架，如果一个机架不能容纳控制系统的全部模块，可以增设一个或多个扩展机架。在中央机架上安装的接口模块为发送器，在扩展机架上安装的接口模块为接收器。
1.1.6面向槽位的编址方式
图3-7 S7-300DI/DO多层机架的地址

图3-8 S7-300 AI/AO多层机架的地址

第二章 PLC基础
2.1可编程控制器
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。
2.1.1可编程控制器的产生和定义
可编程控制器的缩写为PLC（Programable 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。
21世纪以来由自动化生产技术的迅猛的发展，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(Programable 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、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，用来在其内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，易于扩充其则设。
2.1.2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、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磁的屏蔽，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。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内学会。
(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。
2.1.3 设计PLC控制时应遵循以下原则
应遵循以下基本原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，收集相关先进的国内、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。
(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
(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点数和内存容量时，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PLC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

第三章 饮料灌装生产流水线的PLC控制要求和内容
3.1 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。
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。
手动模式在手动模式下，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。在手动模式下，可以通过复位按钮对计数统计值进行清零。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。空瓶子达到灌装位置时，电动机停转，灌装阀门打开。灌装时间到，灌装阀门关闭，电动机正转，传送带继续运行。在自动模式下，按下停止按钮，系统停止，电动机不转，传送带停止运行。(4) 工件计数统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模拟量液位传感器进行监视。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。
3.2 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内容。3.2.1 确定系统控制任务与设计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。本次设计的任务是以三菱FX2N系列PLC作为处理核心，用微波测微仪、将生产过程中的信号（如空瓶的运行的位置、饮料瓶的大小等等）处理后送给PLC处理器，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过程的流水线操作。
3.3 控制方案设计原则
1.硬件方案设计
饮料的灌装是采用了饮料灌装机，饮料灌装机将灌装装置以及封盖装置集合在一起系统的工作原理：系统一旦上电，传送带驱动电动机运转，待空饮料瓶行至光电传感器时电动机停转，灌装设备通过阀门的关断来控制饮料灌装的时间，待饮料灌装过程完毕后电动机恢复转动，如此循环实现生产线上的自动控制。对于灌装是否装满，是通过下图中所在位置的微波测微仪的工作来实现的。使饮料的灌装稳定、高效的完成。对于饮料瓶大小的区别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实现对所生产产品的计数。生产流水线结构如图2-1所示。

图2-1生产流水线结构

2.软件方案设计
（1）经验设计法梯形图的经验设计法是比较广泛的一种方法。这种方法没有普遍的规律可以遵循,具有很大的试探性很随意性,最后的结果不是唯一的。该方法的核心是输出线圈。以下是经验设计方法的基本步骤：1.了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况。2.确定PLC的输入信号和输出负载，画出PLC的外部接线图。3.确定与继电器电路图的中间继电器，时间继电器对应的梯形图中的辅助继电器（M）和定时器（T）的元件号。4.根据前面的对应关系画出梯形图
(2）逻辑设计法逻辑设计法的理论基础是逻辑代数。而继电器控制系统的本质是逻辑线路。看一个电气控制线路都会发现,线路的接通和断开,都是通过继电器等元件的触点来实现的,故控制线路的种种功能必定取决于这些触点的开，合两种状态。因此电气控制电路从本质上说是一种逻辑线路,它符合逻辑运算的基本规律。
3.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。
如上图所示就是流水管生产方案图
4 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范围。
3.4控制对象的类型
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。
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。
控制对象的数值范围
数字（开关）量型
外部输入信号电压等级：DC24V、DC48~125V、AC120/230V。外部负载电压等级：DC24/48V、DC48~125V、AC120/230V。
模拟量型
外部输入传感器信号的类型（如电压、电流、电阻等）及测量的量程范围。外部负载的类型（如电压或电流）及对应的输出值范围。
3.5 PLC硬件配置
FX2N系列PLC简介：
三菱公司是日本生产PLC的主要厂家之一。该公司的生产的系列机型，属于高性能叠装式机型，是三菱公司上网典型产品，系列PLC具有数十种编程元件。系列PLC编程元件的编号分为两部分：第一部分是代表功能的字母。如输入继电器用“X”表示、输出见电器用“Y”表示。第二部分为数字，数字为该类器件的序号。根据所需的用户输入输出设备及I/O点数，选择FX2N—32MR—001型PLC就可以满足控制系统的要求。I/O信号的点数：根据已确定的I/O设备统计所需要的I/O信号的点数，选择是否支持扩展机架的CPU。网络通讯的模式：根据控制要求的信号传输方式所需要网络接口的形式，选择支持现场总线的网络、工业以亚太网络或点到点通讯的CPU。如果网络有路由要求，则选择集成了该功能的CPU。(2). 硬件配置考虑到生产规模的扩大、生产工艺的改进、控制任务的增加以及维护重接线的需要，在选择硬件模块时要留有适当的余量。根据已经确定的I/O设备统计所需要的I/O信号的点数和类型，预留10%~15%的容量，选择I/O信号模块。根据特殊功能要求选择智能单元.根据通信要求选择通信接口模块。
3.5.1 I/O分配
通过对输入输出设备的分析、分类和整理，进行相应的I/O地址分配，应尽量将相同类型的信号、相同电压等级的信号地址安排在一起，以便施工和布线，并绘制I/O接线图。
3.5.2 控制程序设计
按照控制系统的要求进行PLC程序设计是工程设计的核心。程序设计时，应将控制任务进行分解，编写完成不同功能的程序块，包括循环扫描主程序、急停处理子程序、手动运行子程序、自动运行子程序、故障报警子程序等。编写的程序要在实验室进行模拟运行与调试，检查逻辑及语法错误，观察在各种可能的情况下各个输入量、输出量之间的变化关系是否符合设计要求，发现问题及时第四章 饮料灌装生产流水线模型4.1饮料灌装流水线的基本结构整个灌装流水线的基本结构如图1、图2、图3所示。整个流水线由主传送带、灌装装置、次品推动装置、压盖装置等组成。流水线由传感器实时监控，由PLC控制，控制准确，自动度高系统通过开关设定为自动操作模式，一旦启动，则传送带的驱动电机启动并一直保持到停止开关动作或灌装设备下的传感器检测到一个瓶子时停止；瓶子装满饮料后，传送带驱动电机必须自动启动，并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作。当瓶子定位在灌装设备下时，停顿1s，灌装设备开始工作，灌装过程为小瓶装5s钟，大瓶装8S钟，然后均上盖时间为2秒，灌装和上盖过程应有报警显示，上盖过程停止并不再显示报警；报警方式为红灯以0.5s间隔闪烁。与此同时对生产的饮料进行打包并计数，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。在生产过程中可以对各计数器手动清零，系统每8小时将所记数据送入指定的存储器中，然后将记数器清零。在电动机运转时按下停止按钮，系统会马上停止工作：而在系统进行灌装和加盖时按下停止按钮，系统不会马上停止工作，而要待加盖工作完成后，系统最终停止工作。
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。
第四章 饮料灌装流水线硬件设计
4.1 PLC的选择
4.1.1 PLC的选型
PLC选型主要考虑一下几点：I/O信号的点数：根据已确定的I/O设备统计所需要的I/O信号的点数，选择是否支持扩展机架的CPU。网络通讯的模式：根据控制要求的信号传输方式所需要网络接口的形式，选择支持现场总线的网络、工业以亚太网络或点到点通讯的CPU。如果网络有路由要求，则选择集成了该功能的CPU。(2). 硬件配置考虑到生产规模的扩大、生产工艺的改进、控制任务的增加以及维护重接线的需要，在选择硬件模块时要留有适当的余量。本论采用利用日本三菱PLCFX-2N-32MR进行了饮料灌装生产流水线的控制，因为条件有限，学校基本上都是日本三菱。
4.2电动机的选择
4.2.1电动机型号的选择
1、选择电器元件
（1）电动机的选择
目前市面上的电动机类型多种多样，用于驱动传送带传送的电动机的类型也数不胜数[13-14]。基于该系统的控制要求与各类型电动机的结构特点和工作场合，并考虑到经济性和实用性，本系统选择的电动机型号为Y132M-4，其性能参数如表3-2所示
表3-2 Y132M-4型电动机的性能参数
电流
电压
堵转转矩
最大转矩
额定转速
极数
频率
额定功率
15.4 A
380V
2.2 n.m
2.3 n.m
1440 r/min
4
50 Hz
7.5KW
电动机M1型号为Y132M-4，额定电压为交流380V，额定电流为15A，频率为50HZ，功率为7.5KW，转速为1440r/min。
电动机M2型号为Y90S-4，额定电压为交流380V，额定电流为2.8A，频率为50HZ，功率为1.1KW，转速为1440r/min。
4.3 选择传感器
信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。微处理器现在已经在测量和控制系统中得到了广泛的应用。随着这些系统能力的增强，作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用越来越重要。传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件。
广义地说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。它获得的信息正确与否，直接关系到整个系统的精度。
所以外界进入传感器的信号幅度是很小的，而且混杂有干扰信号和噪声。为了方便随后的处理过程，首先要将信号整形成具有最佳特性的波形，有时还需要将信号线性化，该工作是由放大器、滤波器以及其他一些模拟电路完成的。成形后的信号随后转换成数字信号，并输入到微处理器系统中运用传感器对饮料瓶的大小进行区别，根据设计需要选择反射式光电传感器。反射式光电传感器的工作原理。
针对本课题的控制要求，在设计中我选用了两个光电传感器（空瓶检测传感器、灌装设备处的有无瓶传感器）用来检测有无饮料瓶通过；还选用了一个重量传感器来检测瓶子是否灌满。
4.4断路器的选择
断路器选用RL1-15型熔点器，熔体的额定电流为30A。
如图6中断路器QF1、QF2、QF4、QF5将三相电源引入，同时QF1、QF2、QF4、QF5为电路提供短路保护。电动机的过载保护分别由三个热继电器提供

图 6电气控制原理图
4.4.1断路器的作用
断路器的作用是切断和接通负荷电路，以及切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行。而高压断路器要开断1500V，电流为1500-2000A的电弧，这些电弧可拉长至2m仍然继续燃烧不熄灭。故灭弧是高压断路器必须解决的问题。 吹弧熄弧的原理主要是冷却电弧减弱热游离，另一方面通过吹弧拉长电弧加强带电粒子的复合和扩散，同时把弧隙中的带电粒子吹散，迅速恢复介质的绝缘强度。
4.4.1断路器选用原则
1）空开额定工作电压大于等于线路额定电压
2）空开额定电流大于等于线路负载电流
3）空开电磁脱扣器整定电流大于等于负载最大峰值电流（负载短路时电流值达到脱扣器整定值时，空开瞬时跳闸。一般D型代号的空开出厂时，电磁脱扣器整定电流值为额定电流的8-12倍。）也就是说短路跳闸而电机启动电流是可以避开的。
根据三个电动机的额定电流，选择断路器如上图所示。并根据PLC和变压器
选择QF4和QF5的型号。
4.5数码管的选择

1.数码管使用条件：
a、段及小数点上加限流电阻
b、使用电压：段：根据发光颜色决定；   小数点：根据发光颜色决定
c、使用电流：静态：总电流 80mA（每段 10mA）；动态：平均电流 4-5mA     峰值电流 100mA上面这个只是七段数码管引脚图，其中共阳极数码管引脚图和共阴极的是一样的，4位数码管引脚图请在本站搜索我也提供了数码管使用注意事项说明：
（１）数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引角；
（２）焊接温度：２６０度；焊接时间：５Ｓ
（３）表面有保护膜的产品,可以在使用前撕下来。数码管测试方法与数字显示译码表

2．测试：同测试普通半导体二极管一样。注意!万用表应放在R×10K档，因为R×1K档测不出数码管的正反向电阻值。对于共阴极的数码管，红表笔接数码管的“-”，黑表笔分别接其他各脚。测共阳极的数码管时，黑表笔接数码管的vDD，红表笔接其他各脚。另一种测试法，用两节一号电池串联，对于共阴极的数码管，电池的负极接数码管的“-”，电池的正极分别接其他各脚。对于共阳极的数码管，电池的正极接数码管的VDD，电池的负极分别接其他各脚，看各段是否点亮。对于不明型号不知管脚排列的数码管，用第一种方法找到共用点，用第二