基于PLC纯净水灌装线控制器的设计

摘 要本文阐述了可编程控制器(以下简称PLC)从产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；。其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步。随着科技的是新月异的飞速发展，社会经济的发展步伐需要不断加快，更加需要现代化工业的不断进步。一系列自动化生产设备便出现在生产车间，提高了生产效率，提高了经济效益，带动了整个社会经济发展，故在此开展了“罐装机系统设计”的课题。下面介绍该系统设计的内容。文中所述的PLC程序设计已经过多次的实验。按其生产步骤、稳定性等方面，所设计的PLC程序已验证其正确性了。该系统充分利用了学习中的可编程控制器（PLC）的多方面知识和方法，。本设计作为毕业设计题目，主要价值在于运用理论与实际相结合，虽然没有百分百的实现，但也不失这样的价值。如前所述，全球都需要高新科技，来带动整个经济的发展。自动罐装机是自动化生产技术的代表之一是必不可少的。这一控制系统的实现和应用，充分体现了PLC系统在工业的现场的应用，以及根于设计和不同的需求改变数据和状态，还可以使其应用的范围更加广泛，总之PLC在工业生产上起着很大的作用关键词：罐装机系统 、可编程控制器（PLC）、 程序设计 、梯形图目 录第一章 引言1第二章 PLC概念22.1 PLC的定义22.2 PLC的主要特点22.3 PLC的功能32.4 PLC的应用范围和发展趋势42.4.1 PLC的应用42.4.2 PLC的发展趋势42.5 PLC的概念52.6 PLC的发展史5第三章 PLC的系统设计63.1 PLC控制系统设计的基本原则63.2 PLC控制系统设计的基本内容和一般步骤63.2.1 PLC控制系统设计的基本内容63.2.2 PLC控制系统设计的一般步骤63.3 PLC机型的选择7第四章 线路保护与生产步骤84.1开关线路保护部分84.2 开关的选择84.3 自动罐装机系统总的控制面板84.4流水线生产过程控制9第五章 检测系统与硬件图95.1 检测部分105.2 检测部分的元器件105.2.1 霍尔传感器115.2.2 电容式传感器115.2.3 电磁阀125.2.4 浮力式液位计135.2.5 气动阀135.2.6 热继电器145.2.7 熔断器145.2.8 接触器145.2.9 电动机155.3自动罐装机系统总的硬件剖面15第六章 PLC程序设计166.1 自动罐装机系统设计的PLC控制器的输入输出点总括166.2 自动罐装机系统流程图186.3 自动罐装机系统设计的PLC控制器的梯形图196.4 自动罐装机外部接线图22结 论21致 谢22参考文献23第一章 引言自动罐装机在许多生产企业都得到广泛使用，特别是用PLC来控制的自动罐装机系统，自动罐装机应用范围很广，例如：奶粉生产，化妆品，饮料行业，纯净水等等，总而言之，生产领域中有液体或是颗粒状的，自动罐装机在那都有用武之地。可想而知，自动罐装机在生产工业方面起着举足轻重的作用。在市场经济的刺激下，许多商家为了取得更大的利益，不断要求要提高生产效率，所以需要把自动罐装机设计得更加完善、更加有效率、更加安全和耐用。本设计为纯净水的自动罐装机系统设计，共分为七章：第一章引言部分，简单介绍现在我国罐装机的状况。第二章PLC的一些相关概念，内容包括PLC的定义，主要特点，以及其应用范围和发展趋势。第三章介绍PLC的系统设计，内容包括PLC设计的基本原则，主要内容及一般步骤，PLC机型的选择。第四章自动罐装机系统的线路保护和生产步骤，内容包括开关线路的保护，开关的选择，自动罐装机系统总的控制面板，按钮指示灯选型说明，流水线生产过程控制。第五章介绍自动罐装机系统的检测系统与硬件图，内容包括检测部分，检测部分的元气件，自动罐装机系统总的硬件表，自动罐装机系统总的硬件剖面图。第六章介绍自动罐装机系统的PLC程序设计，内容包括自动罐装机系统设计的PLC控制器的输入输出点总括，自动罐装机系统设计的PLC控制器的梯形图，自动罐装机系统设计的PLC指令表及其注释。第七章介绍系统组态王仿真主要是仿真软件-组态王6.5的简介。在设计时充分考虑到现代罐装机的特点和要求，充分注意到了在生产过程中遇到突发性事件时，系统应作出的动作，各个环节都可以独立出来运行进行调试，做到安全生产，把生产中有可能遇到的危险减到最低。本设计在设计和写论文时得到了指导老师龚运新老师的指导，他耐心地，详尽地讲述了现代罐装机系统的每一个环节，和现在工厂对罐装机系统的要求，使自动罐装机系统设计和论文得以顺利完成。由于我们的水平有限，设计和论文中难免存在不当之处，恳请各位老师批评指正。第二章 PLC概念2.1 PLC的定义PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会NEMA（NationalElectricalManufactoryAssociation）经过四年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为PC（ProgrammableController），并给PC作了如下定义：“PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。”以后国际电工委员会(IEC)又先后颁布了PLC标准的草案第一稿，第二稿,并在1987年2月通过了对它的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。2.2 PLC的主要特点1高可靠性，抗干扰能力强（1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms.（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。（4）采用性能优良的开关电源。（5）对采用的器件进行严格的筛选。（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。（7）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。2.丰富的I/O接口模块PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。 另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。3.采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电 缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。4.编程简单易学，深受工程技术人员欢迎PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。5.系统设计周期短，安装简单，维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。2.3 PLC的功能1.逻辑控制2.定时控制3.计数控制4.步进(顺序)控制5.PID控制6.数据控制：PLC具有数据处理能力。7.通信和联网8.其它：PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块。2.4 PLC的应用范围和发展趋势2.4.1 PLC的应用在发达的工业国家，PLC已经广泛地应用在所有的工业部门。随着其性能价格比的不断提高，应用范围也在不断扩大，主要有以下几个方面。1数字量的逻辑控制PLC具有“与”、“或”、“非”等逻辑指令，可以实现触点和电路的串、并联，代替继电器进行组合逻辑控制、定时控制与顺序逻辑控制。数字量逻辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动生产线，其应用领域已遍及各行各业，甚至深入到家庭。2运动控制PLC使用专用的运动控制模块，对直线运动或圆周运动的位置、速度、和加速度进行控制，可实现单轴、双轴、3轴和多轴位置控制，使运动控制与顺序控制功能有机地结合在一起。PLC的运动控制功能广泛地用于各种机械，如金属切削机床，从属成形机械、装配机械、机器人，电梯等场合。3闭环过程控制过程控制是对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC通过模拟量I/O模块，实现模拟量和数字量之间的A/D转换和D/A转换，并对模拟量实行PID控制。现代的大中型PLC一般都有PLD闭环控制功能，这一功能可以用PID子程序或专用的PID模块来实现。其PID闭环控制功能已经广泛地应用于塑料挤压成形机、加热炉、热处理炉、锅炉等设备，以及轻工、化工、机械、冶金、电力、建材等行业。4数据处理现代的PLC具有数学运算，、数据传送、转换、排序、和查表等到功能，可以完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以与储存在存储器中的参考值比较，也可以用通信功能传送到别的智能装置，或者将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人柔性制造系统，也可以用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。5通信及联网PLC的通信包括主机与远程I/O之间的通信、多台PLC之间的通信、PLC与其他智能控制设备（如计算机、变频器、数控装置）之间的通信。PLC与其他智能设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。必须指出，并不是所有的PLC都具有上述全部功能，有些小型PLC只具有上述的部分功能，但是价格较低。2.4.2 PLC的发展趋势长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。另一方面，PLC还必须依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。PLC需要解决的问题依然是新技术的采用、系统开放性和价格。PLC技术展的最终趋势仍然是人们所争论的焦点之一。大多数人认为，PLC将会继续失去市场份额；更有甚者认为，在工业PC面前，PLC将会一步一步走向死亡；但也有一部分人相信，一些特殊工业应用领域仍将为PLC提供一定的市场份额。在全球工业计算机控制领域，围绕开放与再开放过程控制系统、开放式过程控制软件、开放性数据通信协议，已经发生巨大变革，几乎到处都有PLC，但这种趋势也许不会继续发展下去。随着软PLC(SoftPLC)控制组态软件技术的诞生与进一步完善和发展，安装有SoftPLC组态软件和基于工业PC控制系统的市场份额正在逐步得到增长，这些事实使传统PLC供应商在思想上已经发生了戏剧性的变化，他们必须面对现实，在传统PLC的技术发展与提高方面作出更加开放的高姿态。对于控制软件来讲，这是PLC控制器的核心，PLC供应商正在向工业用户提供开放式的编程组态工具软件，而且对于工业用户表现得非常积极。此外，开放式通信网络技术也得到了突破，其结果是将PLC融入更加开放的工业控制行业。总的说来，PLC的发展趋势可以概括为：1、 向高性能、高速度、大容量发展2、向微型PLC发展3、大力开发智能型I/O模块和分布式I/O子系统4、PLC编程语言的标准化6、PLC通信的易用化和“傻瓜化”7、PLC的软件化与PC（个人计算机）化8、PLC与现场总线的结合2.5 PLC基本概念可编程控制器(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。2.6 PLC发展历史起源：1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器 PDP14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。1969年，美国研制出世界第一台PDP-141971年，日本研制出第一台DCS-81973年，德国研制出第一台PLC1974年，中国研制出第一台PLC发展：20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。第三章 PLC的系统设计3.1 PLC控制系统设计的基本原则PLC控制系统的设计应遵循以下基本原则：1PLC控制系统控制被控对象最大限度地满足工艺的要求。设计前，应深入现场进行调查研究，搜索资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同制定控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。2. 在满足工艺要求的前提下，力求使控制系统应安全、可靠、实用，且易于维修。3. 在满足控制要求的前提下，系统应力求简单、经济，性能价格比高。4. 考虑到今后的发展和工艺的改进，在硬件配置上应留有一定的裕量。3.2 PLC控制系统设计的基本内容和一般步骤3.2.1 PLC控制系统设计的基本内容PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的。因此，PLC控制系统设计的基本内容应包括以下内容。1. 选择用户输入设备、输出设备以及由输出设备驱动的控制对象。2. PLC的选择。PLC是PLC控制系统的核心部件。正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要的作用。3. 分配I/O点，绘制I/O连接图。4. 控制程序设计。包括控制系统流程图、梯形图、语句表等的设计。5. 必要是还需设计控制台。6. 编制控制系统的技术文件。包括说明书、电气图及电气元件明细表。 3.2.2 PLC控制系统设计的一般步骤PLC控制系统的设计一般可分为以下几个步骤：1. 根据生产的工艺过程分析控制要求，需要完成的动作（动作顺序、动作条件、必须的保护和连锁等）、操作方式（手动、自动；连续、单周期、单步等）。2. 根据控制要求确定所需要的输入、输出设备。据此确定PLC的I/O点数。3. 选择PLC机型及容量。4. 定义输入、输出点名称，分配PLC的I/O点，设计I/O连接图。5. 根据PLC所要完成的任务及应具备的功能，进行PLC程序设计，同时可进行控制台的设计和现场施工。3.3 PLC机型的选择 FX2N型 本文章对于PLC机型的选择是选用日本三菱PLC FX2N-64MR型，并实现了如何利用日本三菱PLC FX2N 进行纯净水灌装生产流水线的控制，实现了纯净水灌装的自动化，提高了生产效率，降低了劳动强度这是PLC应用设计中很重要的一步，目前，国内外生产的PLC种类很多，在选用PLC是应考虑以下几方面。1规模要适当输入、输出点数以及软件对PLC功能及指令的要求是选择PLC机型规模大小的重要依据。首先要确保有足够的输入、输出点数，并留有一定的余地（要有10%的备用量）。2. 功能要相当，结构要合理对于以开关量进行控制的系统，一般的低档机就能满足要求。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，应选用带A/D、D/A转换，加减运算、数据传送功能的低档机。3. 输入、输出功能及负载能力的选择选择哪一种功能的输入、输出形式或模块，取决于控制系统中输入和输出信号的种类、参数要求和技术要求，选用具有相应功能的模块。此外，还应考虑输入、输出的负载能力，要注意承受的电压值和电流值。4 使用环境条件在选择PLC是，要考虑使用现场的环境条件是否符合它的规定。一般考虑的环境条件有：环境温度、相对湿度、电源允许的波动范围和抗干扰等指标。第四章 线路保护与生产步骤本次设计是针对工厂流水生产线的自动化生产。在生产的过程中线路的保护是必不可少的。所以本章分别对开关线路保护部分的元器件，开关的选择以及按钮指示灯的型号选择说明作介绍。同时对流水生产线过程控制也作了详细的说明。4.1 开关线路保护部分为了使设备更好安全地正常工作，所以电路的设计上要增加保护电路的元件，因而选择以下一些元器件1 空气开关，用于接通或分断电路。QS2 主电路上装低压熔断器，实现低压配电系统的短路保护。PLC电路上同样也要安装低压熔断器。FU3 低压断路器，既能带负荷通断电路，又能在短路，过负荷和低电压（或失压）时自动跳闸。QF4.2 开关的选择根据不同的情况，可以选择不同的开关，在实际的应用中，用户可以选择自己所需要的开关类型。本次设计选用下面类型的开关。1 PLC供电开关按钮，使用旋转式开关，通过中间继电器来接通主电路2 手动/自动切换按钮，使用旋转式开关3 系统启动/停止按钮，使用旋转式开关4 紧急停机按钮，使用旋转式开关5 手动前挡板的弹出收回按钮，使用旋转式开关6 手动后挡板的弹出收回按钮，使用旋转式开关7 手动抽/注水动作按钮，使用旋转式开关8 手动升降架的上升下降按钮，使用旋转式开关9 手动漏水槽的前进后退按钮，使用旋转式开关10 手动枪头堵水装置的堵枪动作按钮，使用旋转式开关11 手动总进水电磁阀的开关动作按钮，使用旋转式开关12 手动复位按钮，使用触点式开关4.3 自动罐装机系统总的控制面板上面已经介绍过开关类型选择，下面显示一下控制面板指示板(见图4-1） 控制面板指示板启动显示部分系统启动/停机手动/自动切纽带启动/停PLC供电开/关 关电源指示灯 故障及后挡板进/出前挡板进/出总进水阀动抽/注水动作故障指示灯复 位紧急停机堵枪动作漏水漕进/出升降架升/降 调试部分 图4-14.4流水线生产过程控制从产品的元器件到产品的成型，都经过很多步骤的，而且是一步一步来的，有次序的。所以本次设计讲求的是有严谨的逻辑生产次序，如果次序乱了，产品就不能生产出来。PLC自动化控制动作如下：1、电机的启动：由起动按钮启动接触器并发出信号给PLC。传送带恒速运行。2、进瓶：当位于传送带最前端的光电检测器传送信号给PLC计数，当内部计数C1达到一时前挡板弹出，当PLC内部计数器C0达到六时后挡板弹出截止进瓶，进瓶结束。3、后挡板动作：当位于传送带最前端的光电检测器传送信号给PLC计数，当内部计数C2达到六时后挡板弹出,进行下一批灌装。4、抽水：抽水活塞的动作,（水枪已经堵住） 与水缸相连的电磁阀打开，由PLC控制气动电磁阀作用下，大活塞向上移进行抽水，当活塞到达活塞杆上端的传感器时，抽水动作结束。5、漏水槽前进：当抽水动作和进瓶结束后，在PLC的连续动作控制下，气动阀动作，漏水槽前移离开原位置，在后端的传感器检测位置到位后，漏水槽前进动作结束。6、升降架下降：漏水槽前进动作结束后，由PLC控制气动阀动作，升降架下降，水枪插入对应的空瓶子中，由活塞杆下端的传感器检测到位后，升降架下降动作结束。7、注水：升降架下降动作结束后，PLC发出指令控制电磁阀令水枪动作，接着水枪口的活塞上移，水枪活塞上移到活塞杆上端的传感器位置后，接着PLC发出指令大活塞开始下移注水，当活塞下移到活塞杆下端的传感器位置时，注水动作结束。8、堵枪：注水动作结束后，水枪活塞下移进行堵枪，当下移到水枪活塞杆下端的传感器位置，堵枪动作结束。9、漏水槽后退：堵枪动作结束，由PLC控制气动阀动作，漏水槽后退返回原来位置，传感器检测到位后，漏水槽后退动作结束。10、升降架上升：漏水槽后退动作结束，接着由PLC进行的连动作控制气动阀，升降架上升，传感器检测到位后，升降架上升动作结束。11、放瓶: 空瓶注水结束并提高注水枪后，前挡板缩回放瓶。12、PLC内部计数器清零:由前挡板光电传感器传送信号，PLC内部计数器C0计数达到六时，PLC内部计数清零。 13、重复：当所有光电检测传感器发信号给PLC内部计数达到要求时，重复以上动作。第五章 检测系统与硬件图在流水线连续性自动化生产过程中，系统的检测是重要的一部分。本章介绍检测部分，检测部分的元器件以及自动罐装机系统总的硬件图。5.1 检测部分在现实的生产过程中，尤其作用于流水线连续性自动化生产过程中，如果出现问题，没有及时发现，不仅影响正常的生产，还有可能做成安全事故，所以PLC系统检测是比较重要的。主要的检测分为三部分，具体如下：1、由于PLC控制应用于流水线连续性生产过程中，一连串的动作不能有差错，否则影响正常的生产。所以，如果有问题就应及时发出报警信号。在PLC控制的每一个动作，都设有故障检测的PLC内部定时器，如果在限定的时间内PLC控制下的活塞和气动阀没有动作，就发出报警信号，并停止工作。工作人员可以通过PLC内部预设的PLC手动程序来调试，进行故障检测。2、大水缸内有液位浮标作标记，当液位下降到一个设定值时，通过传感器发信号给PLC，PLC控制电磁阀打开，便会开始往水缸内注水，当液位达到大水缸上湍的传感器位置时，停止注水。3、水泵注水的份量采用传感器位置式定量控制，即通过配对传感器的位置不同，活塞移动的位移来确定抽水注水的体积。由PLC控制，活塞向上移，到达上端的传感器时，刚好抽出设定的容量；活塞向下移，到达下端的传感器时，刚好注出设定的容量。从而达到预定的要求。5.2 检测部分的元器件5.2.1 霍尔传感器霍尔传感器适用于气动、液动、气缸和活塞泵的位置测定亦可作限位开关用。当磁性目标接近时，产生霍尔效应经放大输出开关信号。与电感式开关比较有以下优点，可安装在金属中，可并排紧密安装，可穿过金属进行检测。缺点是：距离受磁场强度的影响及检测体接近方向的影响，有可能出现二个工作点，固定时不允许使用铁质材料。用2个霍尔位置传感器控制水枪的堵塞，位于连接水枪杆的活塞上下位置，两个霍尔传感器位于竖直下的同一直线上，最上的霍尔传感器A是用来检测水枪的活塞是否完全上移打开注水。而下面的霍尔传感器B则是检测水枪活塞是否堵住，并向PLC发出信号注水完毕，可以抽水。而抽水装置上则有两个霍尔传感器。两个霍尔传感器也是在竖直方向下的同一直线上，位于杆上的最上端霍尔传感器C，则是用来检测抽水的容量和向PLC发出信号抽水完毕，于是PLC动作电机停止。升降架上需要两个霍尔传感器。也是位于杆上竖直方向下同一直线上，上端霍尔传感器E是为了检测架上移水枪已经离开瓶子，下端霍尔传感器是为了检测加下移水枪到达瓶口，可以开始注水。（上升下降架由两个活塞控制）本设计采用103SR12A-1型开关型霍尔位置传感器，共需要8个103SR12A-1型开关霍尔位置传感器。103SR12A-1的特点：l 电流沉或源输出l 坚固、密封螺纹封装，NEMA3，3R，3S，4 ，12 和13l 20 ,6 英寸长多股纹合线，颜色编号或1 米护套线l 可调式安装方法l 不锈钢外壳型号可选103SR12A-1的技术参数见表5-1。 表5-1 103SR12A-1的技术参数供电电压（VDC）6-24供电电流（mA 最大值）10输出电压（V 最大值）（Vs-1.5）输出电流（mA 最大值）20磁类型单极磁特性与温度关系G mT0 7025C （典型值）最大动作点495 49.5最小释放点120 12.0最小回差40 4.0最大动作点350 35.0最小释放点245 24.5最小回差85 8.55.2.2 电容式传感器电容式压力传感器（capacitive type pressure transducer），是一种利用电容敏感元件将被测压力转换成与之成一定关系的电量输出的压力传感器。它一般采用圆形金属薄膜或镀金属薄膜作为电容器的一个电极，当薄膜感受压力而变形时，薄膜与固定电极之间形成的电容量发生变化，通过测量电路即可输出与电压成一定关系的电信号。电容式压力传感器属于极距变化型电容式传感器，可分为单电容式压力传感器和差动电容式压力传感器，而本文则采用单电容式传感器。单电容式传感器：它由圆形薄膜与固定电极构成。薄膜在压力的作用下变形，从而改变电容器的容量，其灵敏度大致与薄膜的面积和压力成正比而与薄膜的张力和薄膜到固定电极的距离成反比。另一种型式的固定电极取凹形球面状，膜片为周边固定的张紧平面，膜片可用塑料镀金属层的方法制成。这种型式适于测量低压，并有较高过载能力。还可以采用带活塞动极膜片制成测量高压的单电容式压力传感器。这种型式可减小膜片的直接受压面积，以便采用较薄的膜片提高灵敏度。它还与各种补偿和保护部以及放大电路整体封装在一起，以便提高抗干扰能力。这种传感器适于测量动态高压和对飞行器进行遥测。单电容式压力传感器还有传声器式（即话筒式）和听诊器式等型式。(如图1) 5.2.3 电磁阀电磁阀的工作原理：当卷绕在铁心上的线圈中流过电流时，电磁铁有磁性，吸引阀芯向左移动，流体的通路被接通。当切断线圈中电流，电磁铁失去磁性，在弹簧的作用下，阀芯向右移动，流体的通路被切断。 抽水装置需要1个电磁阀，当需要抽水时，电磁阀打开，而注水时电磁阀关闭。大水缸需要1个电磁阀，用来控制储水缸与外部水管连接。当储水缸液位低于液位下限时，电磁阀打开注水，水满时，由浮力式液位计来控制电磁阀关闭。抽水装置与水枪相连的软管也需要1个电磁阀，当抽水时阀门关闭，注水时打开。本设计采用ZCF-1F进口大通径耐腐蚀电磁阀，共需要3个ZCF-1F进口大通经耐腐蚀电磁阀。该电磁阀用于各种常温、高温、低压、高压场合,适用于食用超净流体、腐蚀性流体。ZCF-1F的特点：l 不锈钢阀体采用热锻成型工艺、体积小、外形精细美观l 所需部件全部采用数控机床加工，确保电磁阀的精度与可靠性l 不同的使用介质,采用针对性的密封, 更加提高电磁阀合理性l 特殊场合可持续长时间通电，采用耐高温密封材料，介质流体温度可达220l 采用新颖巧妙的活塞结构，使其原理更富有科学性，寿命长是同类产品的十倍以上l 合理设计主阀带有中心轴、给每次动作增加同心度，达到稳定性高、无锤冲、长寿命 表3-3ZCF-1F技术参数工作压力 (Mpa)00.6 0.031.6介质种类空气、煤气、水、超净流体、腐蚀气体 、 中高温蒸汽、中高温液体、油品等介质温度 () 60额定电压（ V ）DC：24V公称通径（ mm）40流量系数（ Kv 值 ）26阀体材质304不锈钢和316不锈钢5.2.4 浮力式液位计浮力式液位计用来检测储水缸的液位高低。本设计采用1个FLYW 浮力式液位变送器：这一产品适用于绝大多数液体介质的液位测量，广泛应用于石油、化工等行业。工作原理：通过检测作用在垂直悬挂在力传感器2上的具有恒定的截面积，且平均密度大于被测介质密度的测量杆1上的浮力，来算出液面的高度。FLYW浮力式液位变送器的特点：l 由于测量杆与力传感器被耐腐的隔离膜隔开，测量杆可以用任何材料制成，因此可以测量任何液体（酸、碱、盐或溶剂）；l 测量杆可以制成多节的（螺纹连接），所以量程可以做得较大，而且在运输、储存、安装时都较方便；标定十分容易，即可用法码标定；l 耐腐蚀、寿命长。安装和使用条件：l 安装时杆系必须垂直；l 不适用于液面波动较大，或者振动较大的介质，也不适用于强粘滞或能在测量杆上析出结晶的介质中工作。5.2.5 气动阀本设计中所有到的活塞都用气动的。气动阀接到输出的气压信号，气源信号压力分别输入执行机构活塞左、右二气室，由于输入活塞左、右二气室的气源压力不同，形成压差，推动活塞作直线运动。本设计采用Q641F型气动球阀，本设计共用了6个Q641F型气动球阀。用 途：系列气动球阀广泛适用于天然气、油品、化工、冶金、造纸 电办、矿业，印染、生物制药，日用化工，食品饮料，水处理 及空气处理等行业的流体自动控制或调节控制，与自动化气动仪表配套使用。气动执行器：采用新型系列GT型气动执行器，有双作用式和单作用式（弹簧复位），齿轮齿条传动，安全可靠；大口径阀门采用系列AW型气动执行器拔叉式传动，结构合理，输出扭矩大，有双作用式和单作用式（弹簧复位）。独特的阀座密封结构：浮动式球阀采用唇型弹性密封圈结构设计，保证密封的可靠性对于低压、超低压或真空工况用球阀，采用板簧加载的阀座密封结构，能确保球阀长期可靠的密封。中、高温球阀的阀座材料可选用对位聚苯或金属材料。 固定式球阀根据压力的大小、介质性质及密封要求的不同而选择球前密封结构、球后密封结构或前后双密封结构。中、高温球阀的阀座材料可选用对位聚苯或金属材料。表5-5 Q641F技术参数压力等级公称压力PN（Mpa）磅级（Class）1.62.54.06.410.0150300400600实验压力（Mpa）壳体实验2.43.756.09.815.03.037.510.215.0密封实验1.762.754.47.0411.02.25.57.4811.0气密封实验0.6(Mpa)适用介质阀体材质CRP水，蒸汽，油品，液化气等硝酸类腐蚀性介质等醋酸类腐蚀性介质等特殊介质含有硫化氢的天然气介质；用于钢铁及有色金属冶炼的煤粉，铝粉输送系统；用造纸行业的纸浆输送及其它含有颗粒，短纤维的介质等。5.2.6 热继电器热继电器是利用电流的热效应原理来工作的保护电器，它在电路中主要用作电动机的过载保护。JRS5(TH-K)系列热继电器适用于交流50Hz，电压至660V，电流至105A的长期工作或间断长期工作的一般交流电动机的过载及断相保护。该热继电器具有断相保护，温度补偿，脱扣指示功能，并能自动与手动复位，动作可靠。本设计采用JRS5-12/Z(TH-K12)，整定电流范围(A)为9135.2.7 熔断器熔断器是一种最简单有效的保护电器，广泛应用于低压配电系统和各种控制系统中，主要用作短路保护，同时也是单台电气设备的重要保护元件之一。熔断器与开关电器组合可构成各种熔断器组合电器，使开关电器附加短路保护功能。RL6系列螺旋式熔断器适用于交流50Hz，额定电压至500V，额定电流至63A的线路中作电气设备的短路或过载保护之用本设计采用RL6-25系列熔断器，额定电压为380V，额定电流为10A。5.2.8 接触器接触器是一种用来自动接触和断开主电路，大容量控制电路的控制电器，其主要控制对象是电动机，也可用于其它电力负载。接触器不仅可用来频繁地接通或断开带负荷电路，而且能实现远距离控制，还具有失压保护功能，因而被广泛使用。本设计采用LG接触器9-22（A）l 特点：机械寿命2500万次，电气寿命250万次。l 额定电流：9Al 额定电压：380V5.2.9 电动机本设计中采用的电机是莱州市玉龙橡塑制品有限公司生产的60KTY(J)系列单相可逆永磁同步电机，它是一种电机与减速箱可分合，能控制正反运转的永磁爪极式同步电机。该产品具有体积小、重量轻、功耗小、力矩大、安装方便等特点。电机在额定频率下转速不受电压的影响，保持恒定不变。该产品可广泛应用于：电动窗帘、电动晾衣架、冷暖通阀门、电动广告、监控设备、自动化仪器仪表等。60KTY（J）的技术参数见表5-6表5-6 60KTY（J）技术参数额定电压AC/V24，220电源频率Hz50适配电容uf1525/450V，0.270.4/450V起动电压AC/V18，150额定功率W25空载电流mA300，80绝缘耐压ACV/1S1500额定转速r.p.m2.55815203050额定转距kg.cm130704525181275.3自动罐装机系统总的硬件剖面图模拟工厂实际生产需要的设计要求，划出了一个自动罐装机系统总的硬件剖面图，具体到每一个元器件的型号，活塞移动的位移，罐的大小和水缸的容量。自动罐装机系统的总硬件剖面图见图5-3。 图5-3 系统总的硬件图第六章 PLC程序设计这一章是本次自动罐装机系统设计的重点,也是本次设计的核心部分.将通过PLC编程将罐装机实现自动化。6.1 自动罐装机系统设计的PLC控制器的输入输出点总括PLC控制器有输入点和输出点，本次设计，信号通过以下的输入点输入到PLC控制器内部，然后发出控制信号从以下的输出点输出，从而达到PLC自动化控制的目的。具体到每一个输入点和输出点的作用如下：（1）PLC控制器的输入点X0: 传送带上的电容式传感器#1（即靠近后挡板的）输入点X1: 传送带上的电容式传感器#2（即靠近前挡板的）输入点X3: 抽水装置上的上端霍尔传感器CY1输入点X4: 抽水装置上的下端霍尔传感器CY2输入点X5: 升降架上的活塞杆上的上端霍尔传感器SJ1输入点X6: 升降架上的活塞杆上的下端霍尔传感器SJ2输入点X7: 漏水槽动作装置上的后方霍尔传感器DY1输入点X10: 漏水槽动作装置上的前方霍尔传感器DY2输入点X11: 枪头堵水装置动作用的活塞杆上的上端霍尔传感器D1输入点X12: 枪头堵水装置动作用的活塞杆上的下端霍尔传感器D2输入点X13: 用于大水缸液位计测量液位附在缸壁外边的上端霍尔传感器YY1输入点X14: 用于大水缸液位计测量液位附在缸壁外边的下端霍尔传感器YY2输入点X21: 手动前挡板的弹出收回控制输入点X22: 手动后挡板的弹出收回控制输入点X23: 手动抽水注水动作的活塞控制输入点X24: 手动升降架的上升下降控制输入点X25: 手动漏水槽的前进后退控制输入点X26: 手动枪头堵水装置的堵枪动作控制输入点X27: 手动总进水电磁阀的开关动作控制输入点X30: 手动复位触点式按钮控制输入点X31: 手动履带的启动停止旋转按钮控制输入点X32: 手动自动切换开关旋转按钮控制输入点X33: 手动系统启动停机开关旋转按钮控制输入点（2）PLC控制器的输出点Y0: 前挡板控制点(控制前挡板的弹出和收回)的输出点Y1: 后挡板控制点(控制后挡板的弹出和收回)的输出点Y2: 抽水装置上的活塞，上升动作（电磁阀打开）控制点的输出点Y3: 抽水装置上的活塞，下降动作（电磁阀关闭）控制点的输出点Y4: 升降架动作装置：活塞动作，升降架上升动作的输出点Y5: 升降架动作装置：活塞动作，升降架下降动作的输出点Y6: 漏水槽动作向前移动（即离开原来位置）的输出点Y7: 漏水槽动作向后移动（即返回原来位置）的输出点Y10:堵塞水枪动作：活塞上升移动（准备注水）控制点的输出点Y11:堵塞水枪动作：活塞下降移动（注水结束）控制点的输出点Y12:通过液位计的检测，大水缸的电磁阀的动作控制：电磁阀打开控制输出点Y13:通过液位计的检测，大水缸的电磁阀的动作控制：电磁阀关闭控制输出点Y14:电动机的输出点Y31:报警显示信号灯,报警信号,复位输出信号控制输出点（3）PLC控制器的内部使用的定时器，计数器，中间继电器T0,T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7:八个PLC内部定时器,分别为3S定时控制T8,T9: 两个PLC内部定时器, 分别为180S定时控制C0,C1:分别为PLC内部计数器,预设计数值为6,进行动作控制C2: 为PLC内部计数器,预设计数值为1,进行动作控制M1,M2:分别为PLC内部的中间继电器6.2自动罐装机系统的流程图 6.3 自动罐装机系统设计的PLC控制器的梯形图PLC控制器的梯形图直观地反映PLC程序的可读性，可以更快更好地了解到PLC控制方面的原理。自动罐装机系统设计的PLC控制器的梯形图如下所示6.4自动罐装机外部接线图结 论罐装机采用PLC控制，自动化程度高，便于维护管理，提高控制精度，确保新产品质量，同时，也提高了运行的灵活性。它是新时代全自动化新产品，集合了高科技、高知识、高效率，自动罐装机的自动化技术到现在，已取得非常完善了。我们运用四年所学的知识，在学习前人的技术经验的基础上，设计一台现代化的自动罐装机，要将它的生产过程，检测部分，所需硬件，开关保护线路，程序梯形图等所有细节都要分析得毫无疑问。通过本次毕业设计，我觉得很成功，充分运用了所学的知识，广泛查看了网上资源与书刊。由我们三个人从开始的毫无头绪，非常抽象的理解，到我们在指导老师的指导下，慢慢地明白，深入了解，进而我们分工合作，再以集合，终于把一个抽象的课题理解得清清楚楚了。由于费用太高，我们没有做出实物演示，但我们做出的动画模拟演示，PLC程序在PLC实验机上也通过了验证，确保程序的正确性和检测系统的准确、可靠性。本次设计能成功完结，不但靠我们所学的知识，也要有团结合作的精神。使我们所学知识得到很好的交汇与总结，理加巩固了电气控制及PLC。计算机控制技术、自动控制技术等学科。即将步入社会工作，我们需要把理论转化为动脑动手的实践能力，而毕业设计正是这种需要的表现，将所学来一次温故知新，融会贯通。我们的能力得到一次飞跃。这次不足之处，是机械方面，因为我们专业没有这个学科；还有硬件方面，因为是第一次接触，所以有可能会有少少的偏差。不过我们会继续努力，不断完善，我相信我们会做的更好。 致 谢 经过2个多月的努力，我完成了本次自动化专业毕业设计。本篇论文虽然凝聚着自己的汗水，但却不是个人智慧的产品，没有导师的指引，没有父母和朋友的帮助和支持，我在大学的学术成长肯定大打折扣。当我打完毕业论文的最后一个字符，涌上心头的不是长途跋涉后抵达终点的欣喜，而是源自心底的诚挚谢意。首先要感谢的是此次设计的指导老师，不论是在初稿的拟定，还是论文内容的撰写过程中，老师都给予了细心的指导和排忧解难，老师在工作上作风严谨，一丝不苟，此次设计中更是扮演了指挥官的角色，自动化教研室的其他老师也给予了不少帮助。 其次要要感谢这三年来所有的老师，为我打下自动化专业知识基础，正因为有了你们的支持和鼓励，此次毕业设计才能顺利完成. 再次由衷感谢答辩小组的各位老师对学生的指导和教诲，让我顺利的完成学院里的最后一次课程毕业答辩，我也在努力积蓄着力量，尽自己的微薄之力回报母校的培育之情，争取使自己的人生对社会产生些许积极的价值！ 最后还要感谢三年来对我大力栽培的校园。参考文献：1、孙平可编程控制器原理及应用M高等教育出版社，2004，（8） 2、廖常初可编程控制应用技术M重庆大学出版社，2002，（3） 3、李道霖电气控制与PLC 原理及应用M电子工业出版社，2006，（7） 4、曲非非. PLC应用技术200例.2003 （2） 5、胡学林主编可编程控制器应用技术.高等教育出版社.2000，（4） 6、孔凡才 自动控制原理与系统 北京：机械工业出版社 第 26 页 共 25 页