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啤酒自動灌裝生產流水線

更新時間:2024-02-13 22:07:36 閱讀：評論：0

2024年2月13日發(作者：土地級別)

啤酒自動灌裝生產流水線

本科畢業設計（論文）

題

目

啤酒自動灌裝生產流水線

控制系統的設計

崔譯丹

學號

學生姓名

教學院系

專業年級

指導教師

單位

輔導教師

單位

電氣信息學院

電氣工程及其自動化2014級(雙)

方瑋

職稱

講師

西南石油大學

職稱

完成日期

2016

年

月

日

Southwest Petroleum University

Graduation Thesis

The Design of Automatic Beer Filling Production Line

Control System

Grade: 2014

Name: Cui yidan

Speciality: Electrical Engineering and Automation

Instructor: Fang wei

School of Electrical Engineering and Information

2016-5

摘要

本文主要介紹的是基于三菱FX2N-64MR PLC的啤酒自動灌裝生產流水線的設計。該系統的設計包括硬件設計和軟件設計，其中硬件設計包括三菱FX2N-64MR PLC外部電路的設計；軟件部分包括程序的設計與調試。

在本設計中，包括自動控制和手動控制，選擇適當的清洗機，灌裝機，封蓋機，包裝機以及光電傳感器實現了清洗、灌裝、封蓋、包裝、檢測等功能。形成快速一體的自動灌裝系統。本設計中使用了計數器分別對合格品與不合格品進行檢測，并設置了紅燈綠燈便于操作者觀察，另外，為了保證系統在出現意外故障時，能夠得到很好的解決，系統還配置了急停開關等。對于檢查出的不合格產品采用推出裝置將其移走。并運用組態王軟件實現了對整個自動灌裝系統的實時監控，可以更好的了解和調整生產工藝及控制程序。

關鍵詞：啤酒灌裝；三菱FX2N-64MR PLC；組態王；

Abstract

This article introduce The design of automatic beer filling production line control

system that bad on Mitsubishi FX2N-64MR PLC(Programmable Logic Controller

Programmable Logic Controller). In my design, it include two parts about hardware and

software. The hardware parts include the design of the external circuit of Mitsubishi

FX2N-64MR PLC. The software part includes the design and debugging of the program.

In this design, including automatic control and the manual control, I lect the

appropriate cleaning machine, filling machine, capping machine, packaging machine and

photoelectric nsor realized washing, filling, aling, packaging, testing and other

functions. They form an automatic filling system with rapid integration. This design using

the counter respectively for qualified products and unqualified products were detected, and

t up a red light green light is convenient for the operator to obrve. In addition, in order

to ensure the system in the unexpected failure, can get very good solution, the system is

also equipped with emergency stop switch. To check out the unqualified products using the

launch device to move away. And the u of configuration software to realize the real-time

monitoring of the automatic filling system, can better understand and modify the

production process and control program.

Keywords: Beer Filling；Mitsubishi FX2N-64MR PLC；Kingview

1 緒論 ................................................................................................................................... 1

1.1 設計目的與意義 ....................................................................................................... 1

1. 2 國內發展趨勢 ........................................................................................................... 1

1. 3本設計的主要任務 .................................................................................................... 1

2 總體設計方案 ................................................................................................................. 3

2.1 啤酒灌裝生產流水線的基本結構 ............................................................................ 3

2.2 啤酒灌裝生產流水線的工作原理 ............................................................................ 4

3 系統硬件設計 ................................................................................................................. 5

3.1 選擇電氣元件 ........................................................................................................... 5

3.1.1 電動機的選擇 ................................................................................................... 5

3.1.2清洗灌裝封蓋打包設備的選擇 ........................................................................ 5

3.1.3傳感器的選擇 .................................................................................................... 7

3.1.4 熱繼電器的選擇 ............................................................................................... 8

3.1.5 接觸器的選擇 ................................................................................................... 9

3.1.6 低壓斷路器和熔斷器的選擇 ........................................................................... 9

3.1.7 信號電器的選擇 ........................................................................................... …9

3.2 選擇PLC ................................................................................................................ ..10

3.2.1 PLC的I/O分配表 ....................................................................................... ..11

3.2.2 PLC端口接線圖 ........................................................................................... ..12

3.3主電路的設計 ........................................................................................................ ..12

4 系統程序的設計 ............................................................................................................. 14

4.1系統流程圖 .............................................................................................................. 14

4.2 梯形圖 ..................................................................................................................... 14

4.2.1 手動灌裝流水線程序 ..................................................................................... 16

4.2.2 自動灌裝流水線程序 ..................................................................................... 20

西南石油大學本科畢業設計（論文）

5 系統組態設計 ................................................................................................................. 25

5.1制作過程 .................................................................................................................. 25

5.1.1 創建新工程 ..................................................................................................... 25

5.1.2 構建數據詞典 ................................................................................................. 26

5.1.3 組態畫面和動畫連接 ..................................................................................... 27

5.2組態設計運行和調試 .............................................................................................. 29

6 總結 ................................................................................................................................. 33

謝辭 ................................................................................................................................... 34

參考文獻 ............................................................................................................................. 35

附錄A 主電路接線圖 ........................................................................................................ 36

附錄B PLC外部電路接線圖 ............................................................................................. 37

附錄C 梯形圖 .................................................................................................................... 38

啤酒自動灌裝生產流水線控制系統的設計

1 緒論

1.1設計目的與意義

傳統的啤酒灌裝生產線的電氣設備控制系統是傳統的繼電器——接觸器控制方式,在使用的過程中，生產工效低，人機對話靠指示燈+按鈕+訊響器的工作方式，響應慢，故障率高，可靠性差，系統的工作狀態、故障處理、設備監控與維護只能憑經驗被動的去查找故障點。且在生產過程中容易產生二次污染，造成合格率低，生產成本增加。而自動化生產線在眾多領域應用得非常廣泛，其控制部分常常采用PLC 控制，它使自動化生產線運行更加平穩，定位更加準確，功能更加完善，操作更加方便。

1.2國內發展趨勢

我國建國以后，陸續建立了一些灌裝設備生產廠。80年代初，國家開始積極引進國外先進罐裝技術，不少國有、集體企業陸續轉行進入灌裝機制造行業，他們具備較強的機械制造、設計能力，但是缺乏灌裝機制造行業的專業技術和經驗。20多年來，多數企業主要是通過測繪仿制來研發和生產產品，新產品研發力量薄弱。近幾年來，我國啤酒產業得到了迅速的發展，出現了年產80萬噸的大型啤酒生產企業（燕京啤酒集團）。大型啤酒企業對啤酒灌裝線的自動化程度和速度都提出了更高的要求。但是，我國的啤酒罐裝機械還存在自動化程度低、速度慢、破瓶率高、系統運行不穩定等缺陷。隨著集散控制系統的日益完善，PLC在工業控制領域應用的日益廣泛，使我們利用先進控制技術改進自動化灌裝生產線的控制系統，彌補其不足成為可能。

1.3本設計的主要任務

本設計的目的是設計一個自動灌裝生產流水線控制系統。該設計具有以下幾種功能。

（1）系統具有清洗、罐裝，封蓋、包裝、檢測等功能。

（2）系統具有手動和自動兩種控制方式：在手動模式下，可以通過點動按鈕使傳送帶電動機啟動停止，用于調試設備。通過復位按鈕對合格產品計數值進行清零。通過各個環節的啟動停止開關獨立的調試各個環節；在自動模式下，按下啟動按鈕，系統啟動，電動機啟動，傳送帶運行?？掌孔舆_到灌裝位置時，電動機停轉，灌裝閥門打開。灌裝時間到，灌裝閥門關閉，電動機啟動，傳送帶繼續運行。在自動模式下，按 1

西南石油大學本科畢業設計（論文）

下停止按鈕，系統停止，電動機不轉，傳送帶停止運行，各個環節的設備斷電，不可獨立啟動。

（3）控制系統可以實現產品數量的統計，包括合格產品數，不合格產品數。合格產品數和不合格產品數都顯示在控制面板上，當合格產品數為12 時構成一箱，合格產品數清零，不合格產品數為6 時生產線停止，工作人員進行檢修，問題處理后手動開啟啟動按鈕，系統繼續工作。

（4）若系統啟動超過20s后還未檢測到空瓶來則報警指示，報警方式為紅燈以0.5s間隔閃爍，并蜂鳴報警，直到故障排除為止；系統的每一個生產環節都應具有急停功能。

啤酒自動灌裝生產流水線控制系統的設計

2總體設計方案

2.1啤酒灌裝生產流水線的基本結構

整個灌裝流水線的基本結構如圖2.1、圖2.2所示。整個流水線由主傳送帶、次品傳送帶、灌裝裝置、次品推動裝置、定位傳感器、次品檢測傳感器等組成。電動機的啟動和停止，清洗，灌裝，封蓋和打包，次品的檢測、推動都是由PLC控制的。流水線由傳感器實時監控，由PLC控制，控制準確，自動化程度高。

清洗設備光電傳感器光電傳感器灌裝設備封蓋設備光電傳感器光電傳感器打包設備啤酒瓶啤酒瓶啤酒瓶啤酒瓶啤酒瓶啤酒瓶啤酒瓶主傳送帶圖2.1 灌裝流水線基本結構圖

光電傳感器

推動裝置啤酒瓶

M次品傳送帶

圖2.2灌裝流水線基本結構圖

西南石油大學本科畢業設計（論文）

2.2啤酒灌裝生產流水線的工作原理

系統的工作原理：系統開始后，電動機將驅動傳送帶的運行。由光電傳感器進行檢測，待空啤酒瓶運行到相應位置時，電動機停轉。清洗設備對啤酒瓶進行清洗，設定定時器時間，當達到規定時間時，設備停止清洗，清洗過程完成后電動機恢復轉動。

當光電傳感器檢測到啤酒瓶到達灌裝位置時，電動機停轉，灌裝設備進行灌裝，定時器計時，達到規定時間時，灌裝設備停止灌裝，灌裝完成，電動機恢復運轉。

當光電傳感器檢測到啤酒瓶到達封蓋位置時，電動機停轉，封蓋設備進行封蓋，定時器計時，達到規定時間時，封蓋設備停止封蓋，封蓋完成，電動機恢復運轉。

接下來由光電傳感器檢測合格品還是不合格品，分別用計數器進行技術，當合格品計數12時，電動機停轉，開始進行打包。當不合格品計數到6個時，系統停止。進行故障檢測。

啤酒自動灌裝生產流水線控制系統的設計

3系統硬件設計

3.1 選擇電氣設備及元器件

根據啤酒自動灌裝生產流水線的流程圖，除PLC以外，實現此流水線需要以下幾種硬件設備：

（1）主傳送帶電動機M1，次品傳送帶電動機M2,；

（2）清洗機，灌裝機，封蓋機，打包機；

（3）用于清洗，灌裝，封蓋，打包到位檢測的光電傳感器，檢測次品的光電傳感器。（4）熱繼電器FR1，FR2 ;

（5）接觸器；

（6）低壓斷路器電器和熔斷器；

（7）信號電器的選擇。如指示燈，蜂鳴器等。

3.1.1電動機的選擇

目前市面上的電動機類型多種多樣，用于驅動傳送帶傳送的電動機的類型也數不勝數?；谠撓到y的控制要求與各類型電動機的結構特點和工作場合，并考慮到經濟性和實用性，M1和M2選擇的電動機型號為Y132M-4，額定電壓為交流380V，額定電流為15.4A,頻率為50Hz,轉速為1440r/min，其性能參數如表3.1所示。

表3.1 Y132M-4型電動機的性能參數

額定電流

15.4A

額定電壓

380V

堵轉轉矩

2.2n.m

最大轉矩

2.3 n.m

額定轉速

1440 r/min

極數

頻率

50Hz

額定功率

7.5kw

3.1.2清洗，灌裝，封蓋，打包設備的選擇

一、清洗機的選擇

在進行清洗過程中采用ZX-3CX全自動玻璃瓶沖洗瓶機，該機適合中小產量整機主要動作部件采用氣動和無級變速電機，材料采用優質不銹鋼SUS304制造。其適用規格廣，生產能力大，運轉性能穩定，操作安全方便，噪音低，維修方便。是廣大玻璃瓶相關包裝廠家的理想設備。該機配有烘干裝置，可依需求配加毛刷。

主要技術參數

? 生產能力80-100瓶/分

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? 適用瓶型異形瓶、圓瓶、方瓶

? 適用瓶徑（㎜）Φ50-75（據瓶規格制模）

? 適用瓶高（㎜）50-220

? 洗瓶方式：熱水（60-90℃）調溫沖洗

? 干燥、殺菌方式:蒸汽直沖

? 控制電壓DC24V操作安全

二、灌裝機的選擇

灌裝部分采用旋轉式酒水灌裝機YSXG-12，該型號灌裝機適用于礦泉水、啤酒、農藥、化工產品等無顆粒液體的灌裝；用于各種異型瓶的液體灌裝，該機體積小重量輕，操作方便，維修簡單等特點。

技術參數：

生產效率：2400瓶/小時

灌裝頭數：12頭

灌裝量：150-800ml

瓶子高度：60-320mm

灌裝精度：±1%

電機功率：370W

圖3.1 旋轉式酒水灌裝機YSXG-12型

三、封蓋機的選擇

本設計中的封蓋機采用全自動六頭皇冠蓋壓蓋機TY-8型號：主要適應用于玻璃

啤酒自動灌裝生產流水線控制系統的設計

瓶裝啤酒蓋的自動理蓋壓蓋機(如啤酒、汽水、汽酒、果汁飲料、保健飲料以及醬、醋、釀酒行業等)。該設備操作簡單,維修方便,自動化成度高,減少人工,降低成本,是食品行業理想的選擇。

主要設備參數如下表所示。

表3.2全自動六頭皇冠蓋壓蓋機TY-8型技術參數

型號

生產能力功率（kw）

（p/h）

5000 0.75kw

封口類型適用對象設備重量

外形尺寸（mm）

TY-8 連續封口機

1100×

果汁、飲料、酒類、550kg 950×2100mm

醬油醋

四包裝機的選擇

本設計采用的是膠帶封箱機NASTROPACK 03 A，主要適用于紙箱的封箱包裝，即可單機作業，也可與流水線配套使用，廣泛應用在家用電器紡織、食品，百貨，醫藥化工行業。

技術參數：封箱能力：標準箱子1000/小時

使用膠： Bopp.

封箱膠帶寬度：36, 48, 60mm

電源:220V, 50Hz, 180W

最大封箱尺寸：500X600mm （寬X高）

最小封箱尺寸：150X90mm

重量：120kg

外形尺寸：1060X860X1600mm

3.1.3 傳感器的選擇

要進行—個具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大?。槐粶y位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；然后再考慮傳感器的具體性能指標。

針對本設計的控制要求，選用5個光電傳感器。分別用于清洗、灌裝、封蓋工位檢測，以及次品，正品檢測。其中清洗、灌裝、封蓋工位檢測，利用物體對光的遮擋 7

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作用，檢測啤酒瓶是否到位，次品檢測通過光電傳感器檢測液位檢測是否為合格品。

檢測傳感器：型號：E18-D80NK

工作電壓：DC24V

工作電流：<100mA

響應時間：<500ms

絕緣電阻：100MΩ

引線長度：0.5米

圖3.2 E18-D80NK 型號光電傳感器

3.1.4 熱繼電器的選擇

主電動機M1的額定電流15A，FR1可以選用JR16，熱元件電流為20A，電流整定范圍為14~22A工作時將額定電流調整為15A。同理，次品傳送電機M2與M1相同，則FR2與FR1選型相同，都選用JR16，熱元件電流為20A，電流整定范圍為14~22A工作時將額定電流調整為15A。

圖3.3 JR16型熱繼電器

3.1.5 接觸器的選擇

接觸器是一種用來接通或斷開帶負載的交直流主電路或大容量控制電路的自動化切換器，主要控制對象是電動機。通用接觸器可大致分以下兩類。

（1）交流接觸器。主要有電磁機構、觸頭系統、滅弧裝置等組成。常用的是CJ10、CJ12、CJ12B等系列。

啤酒自動灌裝生產流水線控制系統的設計

（2）直流接觸器，一般用于控制直流電器設備，線圈中通以直流電，直流接觸器的動作原理和結構基本上與交流接觸器是相同的。

接觸器的選型有諸多因素外與負載密切相關，接觸器的額定電流應大于或等于被控電路的額定電流。

選用接觸器的額定電流應大于等于Ic，根據《電氣控制系統與PLC應用技術》表1-1CJ20系列交流接觸器的主要技術參數選用CJ20-16額定電流16A,額定電壓380V,額定功率7.5kW。

3.1.6開關電器和熔斷器的選擇

（1）低壓斷路器

俗稱自動空氣開關，空氣開關工作原理：當工作電流超過額定電流、短路、失壓等情況下，自動切斷電路。

選擇要點：空氣開關額定電壓大于等于線路額定電壓；空氣開關額定電流和過電流脫扣器的額定電流大于等于線路計算負荷電流,主電路選擇C65N 3P-D16A型號。

（2）熔斷器的選擇

根據設計要求，主電路FU1，FU2選擇RT-18-32，額定電流32A,熔體16A。

表3.3 熔斷器RT18-32

產品型號

RT-18-32

額定電流/A

熔體額定電流

2，4，6，8，10，16，20，25，32

3.1.7信號電器的選擇

本設計中用蜂鳴器作為故障報警，XB2BSBC型號。

其他指示燈選型如下：

表3.4 指示燈選擇

作用

瓶子到位指示

材質、電壓

塑料指示燈AC220V

顏色

綠色

型號

XB2BVM3LC

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報警指示燈塑料指示燈AC220V

紅色 XB2BVM4LC

系統手動黃燈塑料指示燈AC220V

黃燈 XB2BVM6LC

正次品檢測（次品）

正次品檢測（正品）

塑料指示燈AC220V

紅燈 XB2BVM4LC

綠色 XB2BVM3LC

3.2選擇PLC

PLC實質是一種專用于工業控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同。從結構上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規則組合配置。

首先確定PLC所需的I/O個數。根據前述要求可知，PLC需要以下輸入端：系統連動，停止，急停，手動自動切換，手動推次品，手動工作傳送電機，手動次品傳送帶，手動清洗，手動灌裝，手動封蓋，手動包裝，清洗到位檢測，灌裝到位檢測，封蓋到位檢測，瓶子到位檢測（封蓋后的產品），正次品檢測，系統點動，次品計數器清零。

PLC所需要的輸出信號端有：兩臺傳送帶驅動電機，清洗控制，灌裝控制，封蓋控制，包裝，推次品，次品檢測紅燈，次品檢測綠燈，蜂鳴器報警，系統報警紅燈，系統手動黃燈，系統自動綠燈。

綜合以上信息，并結合經濟實用性的考慮，控制系統選用FX2N-64MR型號的PLC：繼電器輸出,輸入點數輸出點數均為32點，可以滿足工藝要求，且留有一定的余量。便于以后的修改和擴展。

3.2.1 PLC的I/O分配表

根據系統的性能與要求，PLC輸入/輸出端口地址的分配表如下：

表3.5 I/O 分配表

輸入信號

編號名稱

輸出信號

編號

功能名稱功能

啤酒自動灌裝生產流水線控制系統的設計

SB0

SB1

啟動

停止

KM1

KM2

主傳送帶電機接觸器

次品傳送帶電動機接觸器

X10

X11

X12

X13

X14

X15

X16

X17

X20

X21

SB2

SB3

SB4

SB5

SB6

SB7

SB8

SB9

SB10

PH1

PH2

PH3

PH4

PH5

PH6

PH7

急停(常閉)

手動推次品

手/自動

手動工作傳送電機

手動次品傳送電機

手動清洗

手動灌裝

手動封蓋

手動包裝

清洗到位檢測

灌裝到位檢測

封蓋到位檢測

次品檢測脈沖信號

正品計數脈沖信號

次品計數脈沖信號

次品檢測到位

Y10

Y11

Y12

Y13

Y14

Y15

Y16

Y17

Y20

Y21

Y22

Y23

Y24

Y25

KM3

KM4

KM5

KM6

KM7

CD4511-D

CD4511-C

CD4511-B

CD4511-A

CD4511-D

CD4511-C

CD4511-B

CD4511-A

CD4511-D

清洗控制接觸器

灌裝控制接觸器

封蓋控制接觸器

包裝控制接觸器

推次品控制接觸器

次品檢測紅燈

次品檢測綠燈

蜂鳴報警器

報警紅燈

手動黃燈

自動綠燈

正品計數顯示個位

正品計數顯示十位

次品計數顯示個位

續表3.5

Y26

Y27

Y30

CD4511-C

CD4511-B

CD4511-A

次品計數顯示個位

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3.2.2 PLC端口接線圖

由I/O端口分配表可知，輸入用220V交流電，輸出電機運轉，以及清洗機，灌裝機，封蓋機，包裝機用220V交流電，其他的可以用24V或5V直流電。計數部分采用兩個計數器，正品計數器因為要滿足12個打包，則需要兩個計數位，而次品計數因為要滿足6個停電檢修，則需要一位數碼顯示，以上計數結果用七段數碼管來顯示。通過以上分析，PLC端口接線圖如圖3.4所示。

3.3 主電路的設計

主傳送帶用電動機M1來運行，次品傳送帶用電動機M2來運行，并用接觸器KM1，KM2來控制電動機的運行與停止。由熱繼電器FR1，FR2實現過載保護。如圖3.5所示。

圖3.5 主電路設計圖

啤酒自動灌裝生產流水線控制系統的設計

圖3.4 PLC端口接線圖

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4系統程序的設計

4.1 系統流程圖

系統啟動后進行初始化，然后進行手動/自動選擇，若是自動方式則按照自動流程運行。若是手動方式，則按照手動信號執行，如圖4.1所示。

首先傳動帶運轉，當啤酒瓶到達清洗檢測工位時，則傳送帶停止，清洗設備對啤酒瓶進行清洗；若未到位，傳送帶繼續運行。定時器設定時間，時間到后清洗結束，傳送帶繼續運行。當啤酒瓶到達灌裝工位時，傳送帶停止，進入灌裝程序；若未檢測到，傳送帶繼續運行。達到初設定的時間后，灌裝結束，傳送帶繼續運行。到達封蓋工位時，傳送帶停止，封蓋設備進行封蓋，封蓋結束后傳送帶運行。正次品檢測是正品還是次品，如果是正品，正品計數器進行計數，當合格品達到12時，自動進行合格品打包，最后循環進行；若為次品，次品計數器進行計數，次品數量達到6時，系統自動停止進行檢修。若不到6時，繼續以上步驟。

4.2梯形圖

系統開始進行初始化和手動自動選擇，有關程序的編寫可以分為手動和自動兩種方式，手動部分中分為蜂鳴報警器運行，手動觸發報警紅燈，手動觸發主傳送帶電機，手動觸發次品傳送帶電機，手動觸發清洗，手動觸發灌裝，手動觸發打包，手動計數清零等；自動運行程序中還包括清洗灌裝等程序的計時，合格品的計數，次品的計數，當合格品計數到12時自動觸發打包程序，以及次品達到6時，系統自動停止。以下本文將會分為手動，自動兩個模式，進行說明。

啤酒自動灌裝生產流水線控制系統的設計

啟動初始化手動自動執行手動程序手/自動傳送帶運轉N清洗工位檢測到瓶子？Y傳送帶停止進行清洗程序N清洗結束？Y傳送帶運行N灌裝工位檢測到瓶子？Y傳送帶停止進入灌裝程序N灌裝結束？Y傳送帶運行N封蓋工位檢測到瓶子?Y傳送帶停止進入封蓋程序N封蓋結束？Y傳送帶運行次品正次品檢測正品次品計數器開正品計數器開始計數始計數N=N+1N=n+1NN=6?NN=12?YY停機檢修合格品進行打包停止？NY結束圖4.1 系統流程圖

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4.2.1手動灌裝流水線程序

（1）系統進行初始化梯形圖如下，

圖4.2 初始化梯形圖

（2）手動自動切換，梯形圖如下，

圖4.3 手動自動切換梯形圖

啤酒自動灌裝生產流水線控制系統的設計

（3）當系統為手動時，手動黃燈亮，手動觸發主傳送帶和次品傳送帶的運行，梯形圖如下，

圖4.4 手動觸發兩個傳送帶梯形圖

（4）手動清洗。光電傳感器檢測到啤酒瓶到達清洗工位時，主傳送帶停止運行，按下手動清洗，并將計時器T0自鎖，控制手動清洗時間為5s。5s后，主傳送帶繼續運行，梯形圖如下，

圖4.5 手動清洗梯形圖

（5）手動灌裝。光電傳感器檢測到啤酒瓶到達灌裝工位時，主傳送帶停止運行，按下手動灌裝，并將計時器T1自鎖，控制手動清洗時間為5s。5s后，主傳送帶繼續運行，梯形圖如下，

西南石油大學本科畢業設計（論文）

圖4.6 手動灌裝梯形圖

（6）手動封蓋。梯形圖如下，光電傳感器檢測到啤酒瓶到達封蓋工位時，主傳送帶停止運行，按下手動封蓋，并將計時器T2自鎖，控制手動清洗時間為1s。1s后，主傳送帶繼續運行，梯形圖如下，

圖4.7 手動封蓋梯形圖

（7）正次品檢測。當次品檢測到位時，主傳送帶停止運行，對瓶子進行正次品檢測，檢測為次品時，次品檢測紅燈亮；檢測為正品時，正品檢測綠燈亮。

啤酒自動灌裝生產流水線控制系統的設計

圖4.8 正次品檢測梯形圖

（8）當檢測為次品時，手動推次品，將次品推到次品傳送帶上，并對次品進行計數，并將數字顯示到七段數碼管上。當次品數量累計為6個時，蜂鳴報警器開始報警，報警紅燈亮，然后程序將停止，進行停電檢修。梯形圖如下，

圖4.9 次品計數梯形圖

西南石油大學本科畢業設計（論文）

（9）當檢測為正品時，傳送帶繼續運行，對正品進行計數，并將數字顯示到七段數碼管上。當次品數量累計為12個時，進行手動打包。梯形圖如下，

圖4.10 正品計數梯形圖

（10）手動打包。打包結束后回到手動初始狀態S21，可循環進行手動操作，若不需要繼續進行手動操作，則按在停止按鈕，回到S0狀態。梯形圖如下，

圖4.11 手動打包梯形圖

4.2.2自動灌裝流水線程序

（1）自動模式開始，表示系統為自動模式的綠燈亮，主傳送帶，次品傳送帶自動運行。梯形圖如下，

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圖4.12 自動模式開始梯形圖

（2）自動清洗部分。當光電傳感器檢測到瓶子到達清洗工位時，主傳送帶停止運行，然后進行清洗，定時器開始計時，5s后，清洗結束，主傳送帶恢復運行。梯形圖如下，

圖4.13 自動清洗梯形圖

（4）自動灌裝部分，過程與自動清洗部分相同，梯形圖如下，

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圖4.14 自動灌裝梯形圖

（5）自動封蓋部分，當光電傳感器檢測到瓶子到達封蓋位置時，主傳送帶電動機停止，進行封蓋，時長為1 s,封蓋時間到，電動機繼續運行，梯形圖如下，

圖4.15 自動封蓋梯形圖

（6）正品與次品的檢測，首先對產品進行正品還是次品的檢測。檢測為次品時，代表次品的紅燈亮，推動裝置自動將次品推到次品傳送帶上，然后次品傳送帶開始計數，當次品計數達到6個時，蜂鳴報警器報警，表示報警的紅燈亮，系統跳回S0狀態，系統停止檢修；當檢測為正品時，代表正品的綠燈亮，傳送帶繼續運行，正品計數器開始計數，當計數到12個是，自動觸發打包程序。

啤酒自動灌裝生產流水線控制系統的設計

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圖4.16 正品和次品的檢測與計數梯形圖

（7）當合格品計數達到12時，自動打包開始運行，

圖4.17 自動打包梯形圖

（8）手動模式與自動模式選擇性匯合。

圖4.18 選擇性匯合

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5 系統組態設計

本設計采用組態王6.53進行組態軟件仿真，組態王開發監控系統軟件，是新型的工業自動控制系統，它以標準的工業計算機軟、硬件平臺構成的集成系統取代傳統的封閉式系統。它具有適應性強、開放性好、易于擴展、經濟、開發周期短等優點。通?？梢园堰@樣的系統劃分為控制層、監控層、管理層三個層次結構。其中監控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實現對現場的實時監測與控制，且在自動控制系統中完成上傳下達、組態開發的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數據、動畫。通過對監控系統要求及實現功能的分析，采用組態王對監控系統進行設計。組態軟件也為試驗者提供了可視化監控畫面，有利于試驗者實時現場監控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構成監控畫面，并以動畫方式顯示控制設備的狀態，具有報警窗口、實時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表。它還具有豐富的設備驅動程序和靈活的組態方式、數據鏈接功能。建立新組態王工程的一般過程是：

a) 設計圖形界面（定義畫面）

b) 定義設備

c) 構造數據庫（定義變量）

d) 建立動畫連接

e) 運行和調試

運用組態軟件建立啤酒灌裝監控系統亦為任務要求，能更直觀的顯示出整個模擬自動控制過程。

5.1制作步驟

5.1.1 創建新工程

點開組態王以后，點新建，然后輸入“啤酒自動灌裝生產流水線控制系統設計”工程描述，如圖5.1所示。

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圖5.1 新建工程

5.1.2 構建數據詞典

數據庫是“組態王”軟件的核心部分，工業現場的生產狀況要以動畫的形式反映在屏幕上，操作者在計算機前發布的指令也要迅速送達生產現場，所有這一切

是以實時數據庫為中介環節，所以說數據庫是聯系上位機和下位機的橋梁。在TouchVew運行時，它含有全部數據變量的當前值。變量在畫面制作系統組態王畫面開發系統中定義，定義時要指定變量名和變量類型，某些類型的變量還需要一些附加信息。數據庫中變量的集合形象地稱為“數據詞典”，數據詞典記錄了所有用戶可使用的數據變量的詳細信息。

圖5.2 構建數據詞庫

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5.1.3 組態畫面建立與動畫連接

（1）命令語言的設定

圖5.3 命令語言的設定

圖5.4 命令語言的設定

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（2）各參數的設定

圖5.5 本站點t1參數

圖5.6 動畫4參數設定

(3) 啤酒灌裝組態畫面

本設計的最終組態畫面如圖5.7所示。

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圖 5.7 啤酒灌裝組態畫面

5.2 組態設計的運行和調試

本次仿真分為自動運行和手動運行，以下截圖以手動運行為例，當自動控制為“關閉”狀態時，系統為手動模式。

（1）按下“行進至清洗”按鈕，啤酒瓶運行到清洗工位。

圖5.8 瓶子運行到清洗工位

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（2）按下“清洗”按鈕,清洗設備開始對啤酒瓶進行清洗。

圖5.8 瓶子開始清洗

（3）按下“前進至加啤酒“按鈕，啤酒瓶運行到灌裝工位。

圖5.9 瓶子運行到灌裝工位

（4）按下“加啤酒“按鈕，灌裝設備進行灌裝。

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圖 5.10 灌裝設備進行灌裝

（5）按下“前進至加蓋”按鈕，啤酒瓶運行至封蓋工位。

圖5.11 瓶子運行到封蓋工位

（6）按下“加蓋”按鈕，封蓋設備對瓶子進行封蓋。

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圖5.12 封蓋設備進行封蓋

（7）以上過程一直循環往復進行，下一圈開始是，計時值加一。

圖5.13 計數值加一

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6 總結

本文介紹了基于三菱FX2N-64MR PLC的啤酒自動灌裝生產流水線的控制系統的設計。該系統的設計包括硬件設計和軟件設計。硬件設計方面，根據系統的控制要求對各硬件設備進行了選型并對三菱FX2N-64MR PLC外部電路接線進行了設計；軟件設計方面對軟件設計的方法進行了概述，根據要求設計出梯形圖并對它進行仿真調試。仿真調試后的控制系統基本上滿足以下控制要求：(1)能對空瓶進行運送、清洗，灌裝，封蓋，包裝；（2）對滿瓶進行運送及計數，計數值包括累計計數、單位包裝計數，次品計數；（3）能夠實現手動復位。

在本次設計中，由于知識量的不足與動手能力的欠缺，很多方面仍然存在不足。在整個設計過程中，只能進行基礎程序的自動控制，但對于計數方面還有一些欠缺。在合格品達到12時進行打包，對于這一部分的設計仍有些欠缺。在最后的仿真設計方面，只給出了清洗，灌裝，封蓋，合格品計數三部分，由于知識的有限，沒有辦法將打包和次品計數及檢修等部分顯現出來。在這些部分中，我查閱過很多的資料認真學習了有關三菱FX2n系列的PLC, 彌補了一個雙學位學生的知識空缺。希望在以后的學習中，我可以更加完善我的設計，將程序編寫的更加合理，將仿真與調試做的更加精美。

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謝辭

本論文是在導師方瑋的悉心指導下完成的，首先感謝西南石油大學四年來對我的精心培養，這四年是我的一段比較快樂的時光，也是人生中一段寶貴的經歷。

在本次課題設計中，指導老師方老師對我的幫助很大，雖然這段時間我的畢業設計進程“停滯不前”可老師沒有將我放棄，一直不厭其煩的督促我，還不時地指導我，這讓我很感動。方老師對我的悉心幫助為我打下堅實的理論基礎知識，提高個人能力都非常有益，在此我對方老師表示忠心的感謝和崇高的敬意。

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參考文獻

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