第1章 装配流水线及传感器的基本介绍
1.1 装配流水线的基本介绍
1.1.1 装配流水线的起源
20世纪初,美国人亨利.福特首先采用了流水线生产方法,在他的工厂内,专业化地将分工分的非常细,仅仅一个生产单元的工序竟然达到了7882种,为了提高工人的劳动效率,福特反复试验,确定了一条装配线上所需要的工人,以及每道工序之间的距离。这样里来,每个汽车底盘的装配时间就从12小时28分缩短到1小时33分。大量生产的主要生产组织方式为流水生产，其基础是由设备、工作地和传送装置构成的设施系统，即流水生产线。最典型的流水生产线是汽车转配生产线。流水生产线是为特定的产品和预定的生产大纲所设计的；生产作业计划的主要决策问题在流水生产线的设计阶段中就已经做出规定。
1.1.2 装配流水线的概述
在大量生产中,为了提高生产效率、保证产品质量、改善劳动条件,不仅要求机床能自动的对工件进行加工,而且要求工件的装卸、工件的工序间的输送、工序间加工精度的检测、废品的剔除等都能自动的进行。因此,把设备按工件的加工工序顺序依次排列,用自动输送装置将他们联成一个整体,并用控制系统将各个部分的动作协调起来,使其按照规定的动作自动的进行工作,这种自动化的加工系统就称为自动化生产流水线。
流水线是人和机器的有效组合，最充分体现设备的灵活性，它将输送系统、随行夹具和在线专机、检测设备有机的组合，以满足多品种产品的输送要求。输送线的传输方式有同步传输的/（强制式）也可以是非同步传输/（柔性式），根据配置的选择，可以实现装配和输送的要求。输送线在企业的批量生产中不可或缺。
流水线是劳动者为了方便生产将生产对象人为的通过外界设备将其按照一定的线路顺序通过各个操作点，以及用一定的速度来重复连续的完成生产过程。装配流水线把劳动对象和专业化生产专业的有效的结合在一起的一种生产方式。它具有以下特征：
⑴工作地点的专业化程度非常高； ⑵具有明显的规律性； ⑶每条生产线的生产水平相似； ⑷生产过程封闭、不可逆； ⑸有很强的连续性。
1.2 PLC控制饮料装瓶流水线的优势
1.生产效率高
相对于传统的饮料装瓶流水线，由PLC控制的装瓶流水线其电气部分由PLC控制。这一电气控制系统能很快的发现生产线上的问题和不足，PLC灵活的可编程性能很快的对程序进行改进。PLC中大量使用了软继电器，使得外部接线更加简单，更容易维护。因此，使用了PLC控制的饮料装瓶流水线的生产效率更高，更好地为企业创造利润。 2.卫生条件好
由于饮料的装瓶、盖盖、贴签到成品入库都可以用流水线来完成。这样可以创造一个相对封闭的生产环境和减少人工操作。为饮料装瓶创造了一个很好的卫生条件。
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3.安全性提高
由于PLC的稳定性好，这样就降低了生产过程中的事故的发生。同时由于饮料从装瓶到入库全由机器完成，进一步降低了员工在生产线上发生事故的概率，更好地保护了员工的人身安全和企业的财产安全。
1.3 传感器的基本介绍及选择
1.3.1 传感器的概念与组成
概念：传感器是一种以一定精度把被测量转换为与之有确定关系、便于应用的某种物理量的测量装置。其中包含了以下几方面的含义：
⑴传感器是测量装置，能完成检测任务；
⑵它的输入量是某一被测量，如物理量、化学量、生物量等；
⑶它的输出是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等，这种量可以是气、光、电量，但主要是电量；
⑷输出与输入间有对应关系，且有一定的精确度。
组成：传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路3部分组成，框图如下： 被测量 敏感元件 转换元件 图1.1 传感器的组成
敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。 转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参数。 转换电路：将上述电路参数接入转换电路，便可转换成点亮输出。
实际上，有些传感器很简单，有些则较为复杂，大多数是开环系统，也有些是带反馈的闭环系统。最简单的传感器由一个敏感元件组成，它感受被测量时直接输出电量，如热电偶传感器。有些传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换电路，如压电式加速度传感器。有些传感器，转换元件不止一个，需经过若干次转换。 1.3.2 传感器的选择
由于本次设计是以饮料装瓶的装配为例。在实际生产过程中，接触到的基本上塑料制品，所以我选择光敏传感器。
在自动化流水线生产过程中，要用到很多传感器来监视和控制生产过程中的不同状态。使生产线处在正常工作状态或者最佳工作状态。
本次设计用到的传感器主要用在饮料瓶到达操作工位或仓库时，通过传感器给PLC一个反馈信号使传送带停止运行。操作工位和入库感应上用到的传感器可以使用光敏传感器，
转换电路 电量 3
第2章 PLC的基础知识及选型
2.1 可编程控制器概述
2.1.1 PLC的产生
上世纪60年代，在没有可编程控制器以前，在大部分工业生产中是以继电器控制来实现各种功能，传统的继电器系统主要有一下几个优点结构比较简单，易于操作，价格便宜等，在工业领域中应用甚广，于此同时继电器控制系统也有以下缺点体积比较大，动作速度比较慢，耗电量多，寿命短，更有接线复杂，更改困难等。继电器控制系统对当时的生产力发展中起到了巨大的作用， 在工业生产过程中，大量开关量顺序控制被使用，它按照逻辑条件（即实现编制好的程序）进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，以及大量离散量的数据采集。在PLC没有出现以前，这些功能是通过继电器控制系统来实现的。
世界上公认的第一台PLC（即PDD-14）是美国数字设备公司（DEC）于1969年根据美国通用汽车公司的要求研制成功的。
背景：1968年，美国通用汽车公司（GM）为了增强产品在市场上的竞争力，适应汽车型号的不断更新和生产工艺不断变化的需要，实现汽车的多品种、小批量生产和不断翻新汽车品牌的目的。通用汽车公司（GM）希望有一种可编程序的逻辑控制器来取代传统继电器控制装置的要求，这种控制器能做到尽可能减少设计中的错误和用尽可能少的电气控制装置以及电气接线，以减少重复设计率，更好的适应当代生产的需要，以减少故障，降低生产成本和缩短生产周期。
2.2 PLC的特点
1.可靠性高，抗干扰能力强
可靠性作为电气控制设备的重要性能。PLC也不例外，为了让PLC的可靠性更高，很多厂家都做了一下措施：
⑴在PLC内部电路中，一般将其电路集成化，在生产过程中，应严格的按需要的工艺制造，并运用现在流行的功能模块，将其电路模块化以及加入抗干扰功能，让其拥有更好的可靠性。
⑵在PLC的外部电路上，其电气连接线和开关连接点相对于同等规模的继电器控制系统已经少了很多。这也使PLC的故障率大大的降低，同时很大程度上使PLC的可靠性大大的提高。
⑶PLC中设置了一些自我诊断、警戒报警和可恢复等功能，在PLC出现故障时能及时的发现，若发生一些小故障也能自我恢复等。用户可以通过PLC的应用软件将外部器件的故障诊断程序编入PLC，使整个PLC控制系统中的其他电路和电气设备都能得到有效和及时的保护。这也使PLC具有极高的可靠性。
⑷在工作方式上，PLC采用了周期扫描、集中采样、集中输出等工作方式极高了自身的扛干扰能力。
2.配套和功能齐全，适应性强
PLC发展到今天，各个生产厂家也形成了各自不同大小规模的系列化产品。这些产品能有效的满足市场中不同规模的工业自动化控制场合。由于PLC本身具有很强的数据
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运算能力和速度以及可编程控制器的网络通信能力的提高，所以它能适应不同的工业自动化控制领域。
3.简单易学，方便易用，受到工程技术人员的好评
作为现代通用的工业自动化控制计算机。PLC的汇编语言相对于计算机更简单易学，使用起来也很方便以及接口简单很容易被熟悉电气知识的和不熟悉的用户所掌握。它可以用相对于继电器少很多的接线和开关量就能实现传统继电器控制系统的功能。为用户打开了方便之门。
2.3 PLC的组成及其工作原理
2.3.1 PLC的组成
PLC的组成：PLC的种类很多，其基本功能和指令也有差异，但是其基本结构和工作原理则大同小异。一般由CPU板、I/O接口电路、存储器、扩展接口、电源、显示面板等硬件组成。其硬件简化框图如下：
可编程序控制器 按钮 选择开关 限位开关 电源
输 入 模块 CPU 模块 输出模块 接触器 电磁阀 指示灯 电源
编程装置
图2.1 PLC硬件简化图
2.7 PLC选型
本次设计我选用的是日本三菱公司生产的FX2N系列的PLC。三菱公司作为日本生产PLC的主要厂家之一。该公司生产的FX2N系列的机型，属于高性能叠装式机型，是目前三菱公司最先进的PLC产品，FX2N系列PLC具有数十种编程元件，能满足本次设计。FX2N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、输出继电器用“Y”表示。第二部分为数字，数字为该类型器件的序号。根据所需的用户输入输出设备及I/O点数，选择我们实验室的FX2N-32MR型来满足控制系统的要求。
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图2.3 FX2N系列PLC
2.7.1 FX2N系列PLC的功能及基本性能
FX2N系列是FX系列PLC家族中最为先进的一个系列。由于FX2N系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更加快速、全面补充了网络通信功能、更适合世界各国不同的电源和更好的满足了单个需要的大量特殊的功能模块，它可以为你的工厂工业自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。其中为很多特殊功能是为实际运用而开发的，通过这些特殊功能满足了工业生产范围内的不同需求，如模拟I/O、计数器。网络和数据通信可以连接到了世界上最流行的开放式网络（Device Net）或者采用传感器层次的网络解决用户的通信需要。 其他功能如下表：
表2.1 FX2N功能表 内置24V的直流电源 快速断开端子模块 24V、400mA直流电源可用于外围设备，如传感器或其它元件。 因为采用了优良的可维护性快速断开端子块，即使接着电缆也可以更换单元。 在所有的FX2NPLC中都有实时时钟标准。时时钟功能和小时表功能 间设置和比较指令易于操作。小时表功能对过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息。 持续扫描功能 输入滤波器调节功能 注解记录功能 在线程序编辑 RUN/STOP 开关 远程维护 密码保护 为应用所需求的持续扫描时间定义操作周期。 可以用输入滤波器平整输入信号（在基本单元中x000到x017）。 元件注解可以记录在程序寄存器中。 在线改变程序不会损失工作时间或停止生产运转。 面板上运行/停止开关易于操作。 远处的编程软件可以通过调制解调器通信来监测、上载或卸载程序和数据 使用一个八位数字密码保护您的程序。 6