饮料灌装生产流水线PLC-梯形图控制程序设计与调试

《PLC原理与应用》课程设计饮料灌装生产流水线PLC梯形图控制程序设计与调试黄杰201231200608莫仲文201231000824指导教师学院名称工程学院专业班级12自动化1班设计提交日期2015年6月设计答辩日期2015年6月I目录1系统设计方案..........................................................................................................................11.1系统设计要求.......................................................................................................................11.2方案一：步进功能图与梯形图共同编程...........................................................................11.3方案二：梯形图单独编程……...........................................................................................21.4方案确定...............................................................................................................................22硬件接线图..............................................................................................................................22.1总PLC各输入/输出端口的硬件接线图.............................................................................32.2控制系统总流程图...............................................................................................................33软件编写及仿真......................................................................................................................53.1GXDeveloper简介................................................................................................................53.2程序图…...............................................................................................................................53.3系统模拟运行仿真调试及结果...........................................................................................54收获与总结..............................................................................................................................95小组分工..................................................................................................................................9参考文献..............................................................................................................................10附录.....................................................................................................................................11附录A.....................................................................................................................................11饮料灌装生产流水线PLC梯形图控制程序设计与调试11系统设计方案目前三菱公司的PLC中FX系列产品有FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC这4个子系列，由于它们具有体积小、外观美产品丰富、可满足不同用户的需求、系统配置灵活、功能强、使用方便等特点，故而得到广泛应用[1]。因此，此次设计采用三菱公司的FX1N型PLC。这种型号的单片机支持梯形图、步进功能图、指令表等多种形式的编程。任意两种语言都可互换，并且步进功能图和梯形图可以相互混合使用。1.1系统设计要求1.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。（2）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5s钟，灌装过程应有报警显示，5s后停止并不再显示报警；报警方式为红灯以0.5s间隔闪烁。（3）用两个传感器分别检测空瓶数和满瓶数，用计数器记录空瓶数和满瓶数，一旦系统启动，即开始记录空瓶数和满瓶数。（4）若每24瓶为一箱，记录产品箱数。（5）每隔8小时将空瓶及满瓶计数器的当前值转存至其他寄存器，然后对计数器自动清零，重新开始计数。（6）可以手动对计数器清零（复位）。2.画出I/O端子接线图3.编程并调试1.2方案一：步进功能图与梯形图共同编程步进功能图用于编制复杂的顺控程序比梯形图更直观，越来越多的电气技术人员所接受。在本次设计中，有如下明显的步：①S20：当按下系统开关后，传送带驱动电机转动。饮料灌装生产流水线PLC梯形图控制程序设计与调试2②S21：灌装设备下的传感器检测到瓶子的到来，同时使传送带驱动电机停转，延时1s。③S22：1s延时后再延时5s，同时，这5s内使输出驱动报警显示红灯每隔0.5s亮一次，再隔0.5s灭一次，如此循环。④S23：5s延时后，传送带驱动电机继续转动。其他要求则通过梯形图编程实现。1.3方案二：梯形图单独编程梯形图是考虑到大多数电气技术人员熟悉电气控制线路的特点而采用的，因而其形象直观，易学易懂[1]。在本次设计中，采用梯形图编程也可以很简单，容易看懂。1.4方案确定经过对比前两个方案，两个方案均能实现系统设计要求中的内容。但由于此系统较为简单，而采用方案一体现不出步进功能图的优势，反而显得有些麻烦，故而采用方案二。2硬件接线图根据要求，得到饮料灌装生产流水线系统的流水线及各传感器布局图如图2.1所示。空瓶传感器满瓶传感器检测瓶子传感器饮料注头报警灯驱动电机图2.1饮料灌装生产流水线系统的流水线及各传感器布局图驱动电机饮料灌装生产流水线PLC梯形图控制程序设计与调试32.1总PLC各输入/输出端口的硬件接线图为了实现图2.1所示饮料罐装生产流水线系统的自动控制，将各元件接入PLC进行控制，输入/输出测控点表如表2.1所示，总PLC各输入/输出端口的硬件接线图如图2.2所示。表2.1输入/输出测控点表输入输出系统停止开关SB0X0传送带驱动电机Y0系统开关SB1X1报警指示灯Y1检测瓶子传感器SB2X2灌装设备工作Y3检测空瓶传感器SB3X3检测满瓶传感器SB4X4手动复位计数器SB5X52.2控制系统总流程图为了更好的进行编程，将上述控制要求及硬件接线图结合，得出控制系统总流程图，如图2.3所示。当系统进入运行状态后，有5个状态同时工作，分别是：①电机运转与灌装饮料时停转及自动再次运转。灌装饮料过程和报警过程。图2.2总PLC各输入/输出端口的硬件接线图手动复位计数器开关SB5检测满瓶传感器SB4检测空瓶传感器SB3检测瓶子传感器SB2系统开关SB1系统停止开关SB0X0Y0X1COM0X2Y1X3COM1三菱X4FX1NY3PLCX5COM2COM24VM220V灌装设备饮料灌装生产流水线PLC梯形图控制程序设计与调试4②检测空瓶的并改变其计数数量过程。③检测满瓶的并改变其计数数量过程。④每8小时存储空瓶和满瓶的数量、计算并存储箱数、重新定时8小时。⑤手动复位检测，若检测到，则复位计数器。这5个状态同时受控执行，可以实现系统所提出的所有要求。因此，PLC将依据图2.3所示的流程图进行编程。图2.3控制系统总流程图饮料灌装生产流水线PLC梯形图控制程序设计与调试53软件编写及仿真仿真是现代控制系统中必不可少的可以显著缩短设计周期的一步。在PLC设计中，一般采用GXDeveloper编程并进行仿真。故先简要介绍GXDeveloper这个软件，之后在GXDeveloper上编程及仿真。3.1GXDeveloper简介GXDeveloper是三菱PLC的编程软件。适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。3.2程序图附录A是在GXDeveloper上设计的满足系统控制要求的PLC梯形图程序。可以看出，使用梯形图编程使程序非常简洁、易读易懂。由于PLC的循环扫描的工作方式，该梯形图程序可以实现系统的所有要求。3.3系统模拟运行仿真调试及结果仿真是为了验证设计的程序是否能按要求执行相应的功能，在PC上仿真不仅方便、而且效率高，不需要实际的器材以及接线。通过“仿真——修改——再仿真”的方式一步步地将系统程序设计完善，最后投入运行，节约了设计成本。仿真调试步骤及对应的结果：①系统未启动前，各软元件状态如图3.1所示。图3.1系统未启动前软元件状态饮料灌装生产流水线PLC梯形图控制程序设计与调试6②按下系统开关X1，得到仿真结果如图3.2所示。结合图3.1，可以发现，按下系统开关X1后，对应的控制传送带驱动电机的输出端Y0=ON，即传送带驱动电机工作。计数器C2（定时900×1s=15min）工作，其定时15min后将驱动计数器C3，使C3计数到32（32×15min=8h），再控制存储空瓶、满瓶数及复位计数器开始下一个8h定时动作，由于每8h执行一次，时间太长，故仿真结果中不给出，只做理论推导。③假设此时检测到3个空瓶，即X3端子有3个脉冲输入。仿真结果如图3.3所示。可以看到，C0计数器（计数空瓶数的计数器）的当前值为3，符合所设定图3.2系统开关按下后个软元件状态图3.3假设检测到3个空瓶的软元件状态饮料灌装生产流水线PLC梯形图控制程序设计与调试7的要求。④假设此时检测到1个瓶子位于灌装装置下面，即X2端子有一个脉冲输入。仿真结果如图3.4（a）、（b）