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基于PLC啤酒灌装生产流水线的模拟和仿真
摘 要：以三菱FX3GA系列PLC作为处理核心,结合变频器、触摸屏、机械手等器件设计啤酒罐装生产过程的自动化控制系统,最终能够实现以下功能：(1)能实现啤酒自动灌装；(2)实现对灌装完毕的啤酒进行自动上盖；(3)能够对满罐进行自动封口；(4)能够实现自动喷码；(5)能够实现手动复位.通过强弱电结合,该系统可用三种模式实现自动控制性能,即按钮控制方式、触摸屏控制方式以及计算机控制方式.
关键词：PLC；啤酒灌装；生产流水线
中图分类号：TP273文献识别码：A文章编号：1001-828X(2017)030-0-01
随着科学技术和国民生活水平的日益提高,饮料工业开始大规模集中生产和高速度发展,为了提高产品质量和市场竞争,饮料加工企业,逐步采用了机械化的流水线作业加工,在啤酒行业中,自动化的灌装生产线也是越来越多的被应用于实际生产中.但是目前很多啤酒生产企业的生产流水线仍然存在很多人工作业,生产线自动化水平低、效率低、系统运行不稳定等问题.为了解决上述问题,并且让学生更加理解什么是自动化生产控制,利用现代控制手段,采用集散控制系统,设计和改善啤酒灌装生产流水线的自动化制系统.
一、啤酒罐装生产流水线总体方案设计
啤酒灌装自动生产线控制系统主要包括五个部分：啤酒自动灌装部分,自动上盖部分、机械手拿取啤酒罐部分、啤酒灌装自动封口部分,自动喷码部分.
系统的总体思路：此系统为自动化控制流水线,当接通总电源后,按下起动按钮,传送带开始起动,通过PLC控制程序控制变频器,由变频器控制传动带的转速；设计PLC控制程序控制啤酒灌装机、上盖机、封口机的行程控制和时间控制.灌装、上盖、封口完成后通过自动喷码机,将生产日期喷在易拉罐表面.设计单片机程序控制机械手,通过PLC的端口完成PLC和单片机之间的通讯,进而控制机械手的动作.
依据以上设计思路,设计了啤酒罐装生产流水线的硬件部分和软件部分.其中硬件设计包括啤酒灌装机安装与调试,自动上盖机的设计与调试、易拉罐封口机的安装与调试、机械手的设计与调试、自动喷码机内容与喷码方式的设定,三菱FX3GA-60MRPLC外部电路的设计与安装；软件部分包括初始化程序、变频器控制以及啤酒灌装自动生产控制系统程序的设计与调试.完成硬件和软件设计后,最终组装的啤酒灌装生产线布局图如图1所示.
二、啤酒罐装生产流水线工作过程
经上述设计后的啤酒灌装生产流水线能够实现以下目的：(1)当系统总电源接通后,通过三种方式任何一种可以起动生产系统,即按钮控制方式、触摸屏控制方式、计算机控制方式,传送带开始运行,放置空罐至流水线上,当空罐流至灌装机位置的传感器时,传送带停止,灌装机开始灌装啤酒；(2)当啤酒灌装到设定量时,停止灌装,传送带重新自启动,直至下一个待灌装的啤酒罐被传送至灌装设备下或按下停止开关；自动灌装机能够实现对灌装啤酒进行自动记数,也可以采用手动方式对灌装数量清零；(3)当罐满的啤酒罐经过流水线送到上盖机传感器的位置时,传感器检测到啤酒罐后,启动自动上盖机,将铝盖放置在满罐的啤酒罐上；(4)上盖完毕后,启动机械手抓取满灌的啤酒罐到封口机平台上,开始对满罐啤酒进行封口；(5)封口完毕后,再次启动机械手将封口的啤酒罐放在流水线上；(6)将啤酒罐经流水线经过自动喷码机,将生产日期自动喷在罐子上；(7)喷码完毕的灌装啤酒经流水线至包装工序.
三、软件方案设计
1.PLC外部接线安装
I/O输入输出分配,如下表1所示.
依据上表的I/O分配表,进行PLC外部接线作业,完成PLC和变频器、触摸屏、灌装设备、上盖设备、封口设备等的电气连接和通讯连接.
2.系统控制程序设计及仿真调试运行
设计PLC控制系统梯形图后,将硬件连接组成流水线后,在GXWorks2编程软件里,编写控制梯形图,经转换传送到PLC后,启动系统运行,在电脑中监视运行过程.能够驱动变频器调整流水线电动机的转速,PLC程序可以控制啤酒灌装设备、封口机.实现项目最初要求.在程序设计完成后,设计了人机界面,利用触摸屏监视啤酒灌装生产过程.
四、结语
通过本次设计,实现了啤酒灌装生产线的全自动控制,同时可以实现自动灌装、自动计数、自动上盖、自动封口及自动喷码控制.但是本次设计由于时间有限,经验不足,设计中仍然存在一些问题,如PLC控制设计程序是否可以最优化,啤酒灌装生产效率是否可以再次提升,传感器外部感光干扰的消除,机械手控制的稳定性和可靠性测定和提升等,期待后续能继续研究改进.
参考文献：
[1]曹箐,李斌,三菱PLC触摸屏和变频器应用技术[M].机械工业出版社.
[2]李响初.三菱PLC、变频器与触摸屏综合应用技术[M].机械工业出版社.
流水线论文范文结:
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