终极机电课程设计07116117 叶行

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襄樊学院机械与汽车工程学院课程设计成绩评定表

2、指导教师按课程设计大纲的要求评定成绩，并给出总评成绩； 3、折合分：优秀≥90分,良好80-89分,中等70-79分,及格60-69分,不及格<60分。

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襄 樊 学 院

《机电传动控制课程设计》报告

题 目 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导教师职 称饮料罐装生产流水线梯形图控制程序设计

并画出硬件接线图 机械设计制造及其自动化

机制0711 叶行 07116117 吴何畏 副教授

2010年11月20日

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摘 要：

可编程控制器（ Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。

可编程控制器（PLC）是面向用户的专用控制计算机。它具有功能强、可靠性高、抗干扰性强、使用灵活方便、易于编程及适应工业环境下应用等一系列优点，在国内外广泛应用在钢铁、石化、机械制造、汽车装配、电力等各行各业。它是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置,其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。PLC面向工业生产过程控制的鲜明特点，普遍受到机电传动控制领域的青睐和欢迎，特别是中小容量PLC成功地取代了传统的继电器－接触器控制系统，使控制装置的可靠性大为提高，在改造传统工业控制设备和开发研制机电一体化高新技术产品中发挥了巨大作用，其应用的深度和广度已成为一个国家工业技术先进水平的重要标志之一。今后又将向着高进化，高速化，高效化，系统化，自动化，智能化，集体化方向发展，并注重工艺适用性和经济性。

我这次设计的题目是饮料罐装生产流水线的PLC控制。灌装流水线是PLC应用的一个具体体现，其实用性高而设计简单。将PLC的优势尽显。 关键词：

可编程序控制器；计算机技术

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目 录

第一章 引言 .................................................................................................................... 1

1.1课题内容 ............................................................................................................ 1 1.2 控制要求............................................................................................................ 1

1.3 课题设计目的..................................................................................................... 1 第二章 系统总体方案设计 ............................................................................................... 2

2.1系统硬件配置及组成原理 .................................................................................... 3

2.2系统变量定义及分配表 ....................................................................................... 5 2.3系统接线图设计 .................................................................................................. 6 2.4系统可靠性设计 .................................................................................................. 8 第三章 控制系统设计 ...................................................................................................... 9

3.1 I/O估算 ............................................................................................................ 9 3.2 PLC选型 ............................................................................................................ 9

3.3 I/O分配表设计 .................................................................................................. 9 3.4外部接线图设计 .................................................................................................10 3.5控制程序流程图设计 ..........................................................................................10 3.6控制程序设计（必须论述设计思路） ................................................................. 11 3.7创新设计内容 ....................................................................................................12 第四章 系统调试及结果分析 ...........................................................................................13

4.1系统调试及解决的问题 ......................................................................................13

4.2 结果分析...........................................................................................................14 第五章 总结 ...................................................................................................................15 参考文献： .....................................................................................................................16 附 录 ..............................................................................................................................16

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第一章 引言

1.1课题内容

饮料罐装生产流水线梯形图控制程序设计并画出硬件接线图 1.2 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） 1.3 课题设计目的

电气控制系统是由各种低压电器和PLC控制器按一定要求组成的控制系统。通过机电传动系统课程设计，进一步掌握各种低压电器和PLC的结构原理、选用及使用；正确处理使用中出现的各种问题；了解器件和系统的关系；培养正确的设计思想、理论联系实际的工作作风、分析问题和解决问题的能力、运用标准与规范的能力、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。

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第二章 系统总体方案设计

流水线灌装的工作原理

灌装流水线的运作是通过电磁阀和电动机来控制的。通过电动机的运转，带动流水线的工作。而电磁阀的开通则直接控制饮料的的流通。通过输入PLC软件程序，直接控制电机以及流水线的运作。

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、次品传送带、灌装装置、次品推动装置、定位传感器、次品检测传感器等组

成。电动机的启动和停止，灌装装置向上、向下移动和灌装，次品的检测、推动都是由PLC控制的。流水线由传感器实时监控，由PLC控制，控制准确，自动化程度高。

图1 灌装流水线基本结构图

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图2 灌装流水线基本结构图

图3 灌装流水线的基本结构图

2.1系统硬件配置及组成原理

1）电动机的选择

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。

电动机M3选与电动机M2一样的型号即可。

2）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

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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。 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QF1、QF2、QF3的型号如表 所示。并根据PLC和变压器选择QF4和QF5的型号。

3）热继电器FR1、FR2、FR3

主电动机M1的额定电流15A，FR1可以选用JR16，热元件电流为20A，电 流整定范围为14~22A工作时将额定电流调整为15A。同理，FR2可选用JR10-10型热继电器，热元件电流为2A，电流整定范围为0.45~2A工作时将额定电压调整为1.1A。FR3的型号和FR2相同。

4）微波液位仪

微波液位仪原理图如图4所示：相距为S的发射天线和接收天线，相互构成一定角度。波长为λ的微波从被测液面反射后进入接受天线。接收天线接收到的微波功率将随着被测液面的高低不同而异。接受天线接收到的功率

2

P0

为

PtGtG0

P0 4 S2 4d

GG

式中，Pt 为发射天线的发射功率；t为发射天线的增益；0为接收天线的增益；

d为两天线与被测表面间的垂直距离。

当发射功率、波长、增益均恒定时，上式可改写为

4 PtGtG0

P0 2

4S 4

d4

2

2

K1K2 d

2

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图4 微波液位仪原理图

P0

式中，K1 为取决于发射功率、天线增益与波长的常数；K2为取决于天线安

装方法和安装距离的常数。由上式可知，只要测到接收功率，就可得到被测液面的高度。

5）红外发光二极管

常用的红外发光二极管（如SE303·PH303），其外形和发光二极管LED相似，发出红外光（近红外线约0.93 m ）。当红外线接收管受到红外线的照射时，其本身的电阻很小，呈低阻值，电路导通。当红外发射头与接收头中间没有物品挡住时红外接收到红外线照射，呈现低电阻，发出一个高电平信号。当有物体经过红外发射与接收的中间时，由于红外线被挡住，红外接收管呈现大的阻值，电路断开，这时红外接收管发出一个低电平信号。当物体过完之后又回到原来的状态。

2.2系统变量定义及分配表

电器元件及其型号如表1所示。

表 1 电器元件明细表

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2.3系统接线图设计

图5中断路器QF1、QF2、QF3、QF4、QF5将三相电源引入，同时QF1、QF2、QF3、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。

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图 5电气控制原理图

系统通为自动操作模式 运行

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，传送带驱动电机自动启动，并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作。

报警

当灌装装置开始灌装饮料时，报警装置得到PLC输出信号，此时，报警灯亮，开始报警，5秒钟以后，灌装结束，同时报警结束。

计数过程

计数过程需记录满瓶数和次品瓶数，主要是以红外发光二极管和微波液位计作为传感器，记录所有瓶数的技术原理是当红外线接收管受到红外线的照射时，其本身的电阻很小，呈低阻值，电路导通，当红外发射头与接收头中间没有物品挡住时红外接收到红外线照射，呈现低电阻，发出一个高电平信号，计数装置计一次数。当有物体经过红外发射与接收的中间时，由于红外线被挡住，红外接收管呈现大的阻值，电路断开，这时红外接收管发出一个低电平信号。当物体过完之后又回到原来的状态。计数装置由8个十进制计数器组成，当计数到99999999时，再计数一次，计数器溢出。计数最多不超过99999999。记录次品瓶数的技术原理是当检测到有次品时，微波接受装置发出信号给PLC，PLC的寄存器值加一，同时，所有瓶数减去次品瓶数便得出

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了可满瓶数，把满瓶数也放入另一个寄存器中。这就是记录满瓶数和次品瓶数的技术原理。电路设置了手动复位按钮，计数器正常计数时是低电平，按下复位按钮后，复位端变成高电平，使计数器复位，实现手动对计数器清零。

。

2.4系统可靠性设计

本系统中采用了长期过载保护和大电流保护。其中断路器QF1、QF2、QF3、QF4、QF5防止大电流突发的短路现象，而三个电动机配有各自的热继电器一旦温度过高，相应的电动机将会停止工作。

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第三章 控制系统设计

3.1 I/O估算

灌装系统中，输入设备只有三个按钮分别是启动安钮，停止按钮和复位按钮，两个传感器分别是微波液位仪和红外二极管。输出设备较多为三个电动机对应的继电器KM1,KM2,KM3;四个电磁阀分别为下降电磁阀YV1，上升电磁阀YV2，次品推动电磁阀YV3，灌装电磁阀YV4，以及一个报警灯。如此一来，输出设备就有八个接点。故选用的PLC需大于十三个接点。 3.2 PLC选型

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。根据上文所估算的输入输出设备及I/O点数应大于十三，故选择FX2N—16MR—001型PLC就可以满足控制系统的要求。 3.3 I/O分配表设计

I/O点的编号分配如表2所示。

I/O点的编号分配表

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3.4外部接线图设计

详见A3大图纸

3.5控制程序流程图设计

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3.6控制程序设计（必须论述设计思路）

梯形图详见A3大图纸，在此仅给出指令表并给出设计思路 0 LD M8002 1 OR X004 2 SET M2

3 MOV K0 D100 8 LD M2

9 MC N0 M2 12 LD X002 13 OR M1 14 ANI X003 15 ANI X004 16 OUT M1 17 LD M1 18 ANI M30 19 ANI M60 20 OUT M10 21 LD X000 22 OR M30 23 ANI T3 24 OUT M30

25OUT T0 K10 28OUT M50 29LD T0 30 MPS

31 ANI T1 32OUT M11 33MRD

34ANI T1 35UOT M12 36MPP

37OUT T1 K50 40LD T1

41OUT T3 K10 44OUT M40 45MCR N0 47LD X001

48ADDP D100 K1 D100 55SUBP C200 D100 D101 62SET M60 63 LD M60

64 OUT T4 K10 67 LD T4 68 RST M60 69 LD M10 70 OUT Y000 71 LD M30 72 OUT Y001 73 LD M12 74 OUT Y002

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76 OUT Y006 77LD M50 78 OUT Y003 79LD M40 80 OUT Y004 81 LD M60 82OUT Y005 83OUT Y007 84LD X004 85OR C200 86RST C200 88END

3.7创新设计内容

此次设计都是按要求来做成，应该算是中规中矩，鲜有创新内容，硬要说有创新只能将次品排除机制勉强算一个。本设计中，次品排除机制采用了微波液位仪测液体高度的方式检查灌装是否合格。一旦液面高度不达标，则会向PLC发出信号，经过PLC的编程使电动阀YV3（次品推动阀）动作，从而使次品推向次品传送带，同时使次品传送带工作。这里的同时性体现了PLC的优点，若是传统电气设备来接线是一个较复杂的过程。

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第四章 系统调试及结果分析

4.1系统调试及解决的问题

图A

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图B

经检查调试该程序并无语法和电路错误，如图A图B

4.2 结果分析

先将PLC程序传入程序控制器中。

对各个输入I/O口给信号处理，看各个输出口是否有相应的输出，如果没有按照设计要求输出，对程序进行更改，直到各输出口有相应的输出。

如果有条件的话，用编程软件将程序输入PLC中，在确认PLC的电源、外部接线和程序输入无误的情况下，接通电源，按照流程图的顺序对系统进行调试，最后使整个系统能准确、可靠的工作。

。

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第五章 总结

经历了为时一周的努力，我的课程设计终于完工了。虽然其中艰辛种种难以言说，但是看到了自己这么多天来的成果，喜悦早已将一切不快冲得无影无踪。这种喜悦无疑是一种成就感所带来的。以前做的关于PLC的习题，哪怕完全正确也没有多大的成就感。然而这次不同，课程设计与实践结合紧密，是实际工厂中会遇到的问题，我将其解决后不禁有些飘飘然，我也做了一回电气工程师。

通过这次课程设计，我对PLC的认识不再是一知半解，有了较系统的认识。从遇到问题，分析问题，到控制流程设计，再到对PLC的选用和编程，这一系列的工作组成了一个小型工程项目，让我了解实践中遇到了关于PLC问题该从哪方面入手，别人没有设计好又是哪方面出了问题。难怪马克思强调，实践是检验真理的唯一方法。在这次实践中，我遇到了不少问题，当着手去解决时就切实体会到理论知识要扎实，经验也不能少的道理。不得不说，这次设计我还不过隐，要是老师专门在工厂里接下来一个活，带领着同学一起攻克这个项目，呵呵那该有意思多了吧。要真有这么个机会，我想今后我也说不定真就将PLC当做自己的事业来干，以后就走上了这条道。

现如今，中国的PLC产业虽说起步不晚，应用也广泛，但是却没有自己的核心技术这不得不令人痛惜。说起PLC，不是三菱就是西门子，中国似乎没有自己的品牌。PLC的价格居高不下，无非就是技术成本，一个小小的塑料片卖的比电脑还贵，中国大量的进口国外损失了巨额外汇，让人唏嘘不已。在如此的环境下，中国要想将PLC产业真正做强还有很长一段路要走。在此也希望我自己以后能够在PLC方面为国家添砖加瓦，创造属于自己的辉煌。

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参考文献：

［1］ 求是科技.《PLC应用开发技术与工程实践》.北京：人民邮电出版社，2005［2］ ［3］ ［4］ ［5］

年

秦曾煌. 《电工学》.北京：高等教育出版社，2004年

漆汉宏. 《PLC电气控制技术》.北京：机械工业出版社，2006年

董爱华. 《袖珍通用电工手册》.北京：中国建筑工业出版社，2001年 汤以范.电气与可编程序控制器[M]. 机械工程出版社，2004.8

［6］ 吴惕华.机械制造自动化[M]. 机械工业出版社，2006.5

［7］ 殷洪义.可编程序控制器选择设计与维护[M]. 北京：机械工业出版社，2003 ［8］ 朱光力, 周旭光. 气动钻床气压传动系统控制回路的设计[J]. 机械设计与制

造，2003.5

［9］ 李一丹.电气控制原理及其应用[M]. 哈尔滨工程大学出版社，2005 ［10］ 王兆义.可编程序控制器教程[M]. 机械工业出版社，2004 ［11］ 汤自春.PLC原理及应用技术[M]. 高等教育出版社，2006.6

附 录

罐装控制程序的梯形图 罐装控制程序PLC外部

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/nlg1.html