基于PLC的飲料自動罐裝系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計-

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1、 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）題 目： 自動化生產(chǎn)線中的飲料灌裝系統(tǒng)軟件設(shè)計 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專 業(yè)： 班 級： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書題目： 自動化生產(chǎn)線中的飲料灌裝系統(tǒng)軟件設(shè)計 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 專業(yè)班級： 學(xué)院： 設(shè)計起止日期： 題目性質(zhì)一： 實際工程 設(shè)計項目 科學(xué)研究 理論研究 其他題目性質(zhì)二： 真題 模擬題目 其他技術(shù)要求及原始數(shù)據(jù)： 系統(tǒng)基于PLC-200，主要功能完成飲料灌裝生產(chǎn)過程，明確裝瓶，傳送，蓋蓋，檢測過程，并可以啟動，移位，復(fù)位按鈕進行操作，實現(xiàn)手動，自動全過程。 主要任務(wù)： 1、繪制工作流程圖或順序功能圖； 2、編寫全程序T型圖

2、或指令表； 3、運用程序進行調(diào)試； 4、編寫設(shè)計說明書； 學(xué) 生 （簽 字）： 系主任（簽字）： 指導(dǎo)教師（簽字）： 院 長 （簽字）： 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）評語學(xué)生姓名 專業(yè)班級 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目 自動化生產(chǎn)線中的飲料灌裝系統(tǒng)軟件設(shè)計 1、 指導(dǎo)老師評語： 指導(dǎo)教師（簽字） 年 月 日 2、 評閱人評語： 評閱人（簽字） 年 月 日3、 答辯組評語： 答辯組組長（簽字） 年 月 日摘 要隨著工業(yè)自動化水平日益提高，眾多工業(yè)企業(yè)均面臨著傳統(tǒng)生產(chǎn)線的改造和重新設(shè)計問題。PLC（可編程序控制器）是以微處理器為核心的工業(yè)控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)與計算機技術(shù)結(jié)合在一起，近年來在工

3、業(yè)自動控制、機電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到普遍應(yīng)用。作為通用工業(yè)控制計算機，其實現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲邏輯的飛躍，在世界工業(yè)控制中發(fā)揮著越來越重要的作用。在飲料行業(yè)，自動化生產(chǎn)線的生產(chǎn)方式是推廣的最普及的一種生產(chǎn)模式，它促使灌裝的速度大幅提升，同時也使得灌裝精度更高，給企業(yè)帶來了不可小覷的生產(chǎn)力。鑒于此，設(shè)計者利用PLC的功能和特點設(shè)計出了一款飲料灌裝生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)。 本文所涉及的飲料灌裝自動化生產(chǎn)線采用PLC控制，流量計計量，確保了灌裝的速度和精度。本文詳細論述了飲料灌裝機控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟，通過對灌裝機系統(tǒng)的充分了解，以行業(yè)現(xiàn)狀為出發(fā)點，結(jié)合其他行業(yè)自動控制技術(shù)的應(yīng)用情況，

4、提出了基于PLC的飲料灌裝機控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)設(shè)計中完成了飲料灌裝機控制系統(tǒng)的硬件的配置和軟件方面的設(shè)計，實現(xiàn)了飲料灌裝機控制系統(tǒng)的自動化。對勞動生產(chǎn)率的提高，對飲料的質(zhì)量和產(chǎn)量的提高都具有深遠的意義。利用PLC控制飲料灌裝生產(chǎn)過程，可有效提高灌裝生產(chǎn)效率，并顯著增加控制系統(tǒng)的可靠性和柔性。 關(guān)鍵詞：可編程控制器；自動化；灌裝；生產(chǎn)線AbstractWiththeincreasinglevelofindustrialautomation,many industrialenterprisesarefacedwiththetransformationoftraditionalproduct

5、ionlineandre-designproblem.PLC(programmablelogiccontroller)isamicroprocessorasthecoreofindustrialcontroldevices,itwillrelaythetraditional controlsystemcombinedwithcomputertechnologyinrecentyearsinindustrialautomation,mechanicalandelectricalintegration,thetransformation oftraditionalindustriessuchasg

6、enerallyapplied.Asageneral-purposeindustrialcontrolcomputer,therealizationofindustrialcontrolwiringlogicalleapinlogictostorage,industrialcontrol intheworldisplayinganincreasinglyimportantrole.Inbeverageindustry,automatedproductionlinemodeofproductionistopromotethemostpopularakindofproductionmode,itc

7、ausesthefillingspeedincreases,butmakethefillingahigherprecision,tobringenterprisecannotsmall gazeofproductivity.Inviewofthis,thedesignersoftheuseofPLCfunctionsandfeaturesdesignedabeveragefillingproductionlinecontrolsystem.Thispaperinvolvesthedrinksfillingautomationproductionline adoptsPLCcontrol,flo

8、wmetermetering,insurethefillingspeedandprecision.Thispaperdescribesindetailthecontrolsystemofthedrinksfillingmachinedesignsteps,abriefintroductionofthedrinksfillingmachinecontrolsystemandbaseontheself-industryandtheapplicationoftheothertradeonauto-controltechnique,proposedtheframeofthecontrolsystemb

9、asedonprogrammablelogicalcontroller.Thisdesigncompletesthedrinksproductionlinehardwareconfigurationandsoftwaredesign,toachievetheautomationofthecarbonateddrinksfillingmachine.Notonlyimprovethelaborproductivity,butalsohasfar-reachingsignificanceoftheimprovementofqualityandyield.PLCcontroloftheuseofbe

10、veragefillingproductionprocess,whichcaneffectivelyimprovetheproductionefficiencyoffilling,andsignificantlyincreasethereliabilityofcontrolsystemsandflexible.Keywords:Programmablecontroller；Automation；Filling；Productionline第一章 可編程控制器概述1.1 PLC的定義:可編程控制器，簡稱PLC（Programmable logic Controller）,是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的

11、新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義:PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計?？傊删幊炭刂破魇且慌_計算機，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計制造的計算機，它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅(qū)

12、動能力，但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實際應(yīng)用時其硬件需根據(jù)實際需要進行選用、配置，其軟件需根據(jù)控制要求進行設(shè)計編制。1.2 PLC的組成:PLC的基本組成可歸為四大部件：1中央處理單元（CPU板）控制器的核心；2. 輸入部件 （I/O部件）連接現(xiàn)場設(shè)備與CPU之間的接口電路；3. 輸出部件 送出PLC運算后得出的控制信息；4. 電源部件 為PLC內(nèi)部電路提供能源。另外，還必須有編程器將用戶程序?qū)戇M規(guī)定的存儲器內(nèi)。PLC的基本組成框圖如圖1-1所示： 圖 1-11.3 可編程控制器的分類和發(fā)展:1.3.1分類按I/O點數(shù)可分為大、中、小型三大類，通常可以定義為：小型：I/O點數(shù)

13、在256點以下；中型：I/O點數(shù)在2561024點之間大型：I/O點數(shù)在1024點以上。1.3.2可編程序控制器及其網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史1968年，美國通用汽車公司（GM）根據(jù)市場形勢與生產(chǎn)發(fā)展的需要，提出了“多品種、小批量、不斷翻新汽車品牌型號”的戰(zhàn)略。要實現(xiàn)這個戰(zhàn)略決策，依靠原有的工業(yè)控制裝置顯然不行，而必須有一種新的工業(yè)控制裝置，它可以隨著生產(chǎn)品種的改變，靈活方便地改變控制方案以滿足對控制的不同要求。1969年，著名的美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)GM的功能要求，研制出了這種新的工業(yè)控制裝置，并在GM公司的一條汽車自動化生產(chǎn)線上首次運行取得成功。根據(jù)這種新型工業(yè)控制裝置可以通過編程改變控制方案

14、這一特點，以及專門用于邏輯控制的情況，稱這種新的工業(yè)控制裝置為可編程序控制器（Programmable Logic Controller），簡稱PLC。從1968年到現(xiàn)在，PLC經(jīng)歷了四次換代：第一代PLC大多用一位機開發(fā)，用磁芯存儲器存儲，只有邏輯控制功能。在第二代PLC產(chǎn)品中換成了8位微處理器及半導(dǎo)體存儲器，PLC產(chǎn)品開始系列化。第三代PLC產(chǎn)品隨著高性能微處理器及位片式CPU在PLC中大量使用，PLC的處理速度大大提高，從而促使它向多功能及聯(lián)網(wǎng)通信方向發(fā)展。第四代PLC產(chǎn)品不僅全面使用16位、32位高性能微處理器，高性能位片式微處理器，RISC（Reduced instruction s

15、et computer）精簡指令系統(tǒng)CPU等高級CPU，而且在一臺PLC中配置多個處理器，進行多通道處理。同時生產(chǎn)了大量內(nèi)含微處理器的智能模板，使得第四代PLC產(chǎn)品成為具有邏輯控制功能、過程控制功能、運動控制功能、數(shù)據(jù)處理功能、聯(lián)網(wǎng)通信功能的真正名符其實的多功能控制器。同一時期，由PLC組成的PLC網(wǎng)絡(luò)也得到飛速發(fā)展。PLC與PLC網(wǎng)絡(luò)成為工廠企業(yè)中首選的工業(yè)控制裝置，由PLC組成的多級分布式PLC網(wǎng)絡(luò)成為CIMS（computer-integrated manufacturing system）系統(tǒng)不可或缺的基本組成部分。人們高度評價PLC及其網(wǎng)絡(luò)的重要性，認為它是現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大支柱之

16、一。 1.3.3發(fā)展方向發(fā)展方向分小型化和大型化兩個發(fā)展趨勢。小型PLC有兩個發(fā)展方向，即?。ㄎⅲ┬突蛯I(yè)化。大型化指的是大中型PLC向著大容量、智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，使之能與計算機組成集成控制系統(tǒng)，對大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)進行綜合性的自動控制。1.4 PLC的功能1. 邏輯控制；2. 定時控制；3. 計數(shù)控制；4. 步進(順序)控制；5. PID 控制；6. 數(shù)據(jù)控制，PLC 具有數(shù)據(jù)處理能力；7. 通信和聯(lián)網(wǎng)；8. 其它PLC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如定位控制模塊、CRT 模塊。1.5 PLC的應(yīng)用范圍目前，在國內(nèi)外PLC已廣泛應(yīng)用冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、

17、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)，隨著PLC性能價格比的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。從應(yīng)用類型看，PLC的應(yīng)用大致可歸納為以下幾個方面：（1）開關(guān)量邏輯控制利用PLC最基本的邏輯運算、定時、計數(shù)等功能實現(xiàn)邏輯控制，可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制，用于單機控制、多機群控制、生產(chǎn)自動線控制等，例如：機床、注塑機、印刷機械、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯的控制等。這是PLC最基本的應(yīng)用，也是PLC最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。（2）運動控制大多數(shù)PLC都有拖動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。這一功能廣泛用于各種機械設(shè)備，如對各種機床、裝配機械、機器人等進行運動控制。（3）過程控制大、中型PLC都具有多

18、路模擬量I/O模塊和PID控制功能，有的小型PLC也具有模擬量輸入輸出。所以PLC可實現(xiàn)模擬量控制，而且具有PID控制功能的PLC可構(gòu)成閉環(huán)控制，用于過程控制。這一功能已廣泛用于鍋爐、反應(yīng)堆、水處理、釀酒以及閉環(huán)位置控制和速度控制等方面。（4）數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代的PLC都具有數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表等功能，可進行數(shù)據(jù)的采集、分析和處理，同時可通過通信接口將這些數(shù)據(jù)傳送給其它智能裝置，如計算機數(shù)值控制（CNC）設(shè)備，進行處理。第二章 任務(wù)及相關(guān)設(shè)計方案2.1任務(wù)的分析近年來，飲料工業(yè)發(fā)展迅猛，碳酸飲料、果汁飲料、蔬菜汁飲料、含乳飲料、瓶裝飲用水、茶飲料等品種不斷豐富，產(chǎn)量上的“飄紅”使得對

19、設(shè)備市場的需求也呈“牛市”。因此，這方面的計術(shù)還要進一步發(fā)展和完善，以適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)的需要。 本次設(shè)計的任務(wù)是以s7-200系列PLC作為處理核心，用行程開關(guān)、傳感器將生產(chǎn)過程中的信號（如空瓶的運行的位置、飲料瓶的大小等等）處理后送給PLC處理器，由PLC對數(shù)據(jù)進行運算，然后輸出驅(qū)動信號（如接觸器、電磁閥等等）來完成飲料罐裝生產(chǎn)過程的流水線操作。該系統(tǒng)的總體思路：此生產(chǎn)線為全自動控制的，生產(chǎn)線一旦上電，PLC將通過軟件對生產(chǎn)線進行自動控制：通過輸出繼電器控制傳送帶的停轉(zhuǎn)和對飲料瓶灌裝的控制，實現(xiàn)對系統(tǒng)狀態(tài)的顯示，并且通過PLC內(nèi)部的計數(shù)器對所生產(chǎn)的產(chǎn)品進行計數(shù)。傳統(tǒng)的飲料罐裝生產(chǎn)線的電氣設(shè)備控制

20、系統(tǒng)是傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制方式,在使用的過程中，生產(chǎn)工效低，人機對話靠指示燈+按鈕+訊響器的工作方式，響應(yīng)慢，故障率高，可靠性差，系統(tǒng)的工作狀態(tài)、故障處理、設(shè)備監(jiān)控與維護只能憑經(jīng)驗被動的去查找故障點。且在生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生二次污染，造成合格率低，生產(chǎn)成本增加。而自動化生產(chǎn)線在眾多領(lǐng)域應(yīng)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(chǎn)線運行更加平穩(wěn)，定位更加準(zhǔn)確，功能更加完善，操作更加方便。為適應(yīng)發(fā)展，故提出下面的PLC控制技術(shù)改造現(xiàn)有生產(chǎn)線。本文介紹了德國西門子PLCS7- 200 在自動化飲料罐裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并從硬件和軟件兩方面進行了分析和研究。文章探討了如何利用德

21、國西門子PLC S7-200 進行飲料灌裝生產(chǎn)流水線的控制，重點分析了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計部分，并給出了系統(tǒng)硬件接線圖、PLC 控制I/O 端口分配表以及整體程序流程圖等，實現(xiàn)了飲料灌裝的自動化，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強度。2.2硬件設(shè)計方案飲料的灌裝是采用了飲料灌裝機，飲料灌裝機將灌裝裝置以及封蓋裝置集合在一起，使飲料的灌裝穩(wěn)定、高效的完成。對于飲料瓶大小的區(qū)別是通過反射式光電傳感器工作來實現(xiàn)的。利用輔助繼電器對計數(shù)器進行正電平觸發(fā)來實現(xiàn)對所生產(chǎn)產(chǎn)品的計數(shù)。2.3 飲料灌裝結(jié)構(gòu)圖如圖2-1，圖2-2，圖2-3所示 圖 2-1 圖2-2 圖 2-3系統(tǒng)的工作原理：系統(tǒng)一旦上電，傳送帶驅(qū)動電動機運

22、轉(zhuǎn)，待空飲料瓶行至行程開關(guān)，行程開關(guān)閉合，電動機停轉(zhuǎn)，灌裝設(shè)備通過閥門的關(guān)斷來控制飲料灌裝的時間，待飲料灌裝過程完畢后電動機恢復(fù)轉(zhuǎn)動，如此循環(huán)實現(xiàn)生產(chǎn)線上的自動控制。對于傳送帶上的飲料瓶大小的區(qū)分，是通過所在位置的反射式光電傳感器工作來實現(xiàn)的。2.4 項目目標(biāo)整個流水線由主傳送帶（M1）、次品傳送帶（M2）、灌裝裝置、次品推動裝置、光電傳感器（定位）、壓力傳感器等組成。流水線的實時監(jiān)控，由傳感器檢測。電動機的啟動和停止，灌裝裝置的灌裝，次品的檢測、推動和計數(shù)由PLC控制。2.5 生產(chǎn)流程按下啟動按鈕后，生產(chǎn)線進入自動工作狀態(tài)，具備工作條件后，瓶子隨著傳送帶進入灌裝工序，灌裝完成后傳送帶繼續(xù)啟動

23、運行。當(dāng)瓶子隨著主傳送帶平穩(wěn)的進入灌裝架時，灌裝架的光電傳感器信號送給PLC，主傳送帶停止1秒，并且夾瓶裝置固定，一秒后，罐裝架的電磁閥打開，汽缸啟動并罐飲料，罐裝到5S（及罐滿）后自動停止，灌裝過程中有報警提示，罐裝結(jié)束后，主傳送帶開始啟動，通過壓力傳感器檢測是否滿瓶，沒裝滿的由推桿推入次品傳送帶。檢測滿瓶過程中計數(shù)（正品與次品分別計數(shù)）。2.6軟件設(shè)計方案PLC軟件方案設(shè)計的方法有經(jīng)驗設(shè)計法，邏輯設(shè)計法等。2.6.1經(jīng)驗設(shè)計方法梯形圖的經(jīng)驗設(shè)計法是比較廣泛的一種方法。這種方法沒有普遍的規(guī)律可以遵循,具有很大的試探性很隨意性,最后的結(jié)果不是唯一的。該方法的核心是輸出線圈。以下是經(jīng)驗設(shè)計方法的

24、基本步驟：1.了解和熟悉被控設(shè)備的工藝過程和機械的動作情況。2.確定PLC的輸入信號和輸出負載，畫出PLC的外部接線圖。3.確定與繼電器電路圖的中間繼電器，時間繼電器對應(yīng)的梯形圖中的輔助繼電器（M）和定時器（T）的元件號。4.根據(jù)前面的對應(yīng)關(guān)系畫出梯形圖。2.6.2邏輯設(shè)計方法邏輯設(shè)計法的理論基礎(chǔ)是邏輯代數(shù)。而繼電器控制系統(tǒng)的本質(zhì)是邏輯線路?？匆粋€電氣控制線路都會發(fā)現(xiàn),線路的接通和斷開,都是通過繼電器等元件的觸點來實現(xiàn)的,故控制線路的種種功能必定取決于這些觸點的開，合兩種狀態(tài)。因此電氣控制電路從本質(zhì)上說是一種邏輯線路,它符合邏輯運算的基本規(guī)律。2.7具體控制要求2.7.1 M1主傳送帶電動機（

25、1）功能：帶動主傳送帶運行。（2） 控制要求： 一旦啟動，M1主傳送帶驅(qū)動電機啟動并保持到停止開關(guān)動作或者灌裝設(shè)備下的傳感器檢測到一個瓶子時停止，瓶子裝滿飲料后，傳送帶驅(qū)動電機M1必須自動啟動，并保持到又檢測到一個瓶子或停止開關(guān)動作。 通過交流接觸器實現(xiàn)失壓。欠壓保護。通過熱繼電器實現(xiàn)過載，欠相保護。2.7.2 M2次品傳送帶電動機（1） 功能：帶動次品傳送帶運行（2） 控制要求：一旦啟動，則M2次品傳送帶驅(qū)動電機啟動，并保持到停止開關(guān)動作。通過交流接觸器實現(xiàn)失壓。欠壓保護。通過熱繼電器實現(xiàn)過載，欠相保護。2.7.3 M3灌裝電動機 （1） 功能：保持料箱液位 （2） 控制要求：當(dāng)料箱中下陷位

26、傳感器動作時，M3啟動給飲料注入原料，當(dāng)上限位傳感器動作時，M3停止。通過熔斷器實現(xiàn)短路保護。通過交流接觸器實現(xiàn)失壓。欠壓保護。通過熱繼電器實現(xiàn)過載，欠相保護。 2.7.4 灌裝機 （1） 功能：在設(shè)定時間里定量灌裝。 （2） 控制要求： 當(dāng)瓶子定位在灌裝設(shè)備下時，停頓1S，灌裝設(shè)備開始工作，灌裝過程為5S，灌裝過程應(yīng)有報警顯示，5S后停止灌裝并不再顯示報警。保護 （3）實現(xiàn)方法：電磁閥灌裝：電磁閥灌裝閥的開關(guān)由電磁閥控制，灌裝精度更高，計時恒壓定量灌裝原理，可使灌裝的誤差在千分之五以下。電動定量灌裝系統(tǒng)及電磁閥控制計量裝置，可進行精確灌裝，減少浪費。在恒壓儲液罐灌液中，里面有上限位和下限位傳

27、感器，他們被淹沒時是1狀態(tài)。液面低于下陷位液面是恒壓儲液罐為空。飲料通過進液電磁閥流入恒壓儲液罐，液面到達上限位時進液電磁閥斷電關(guān)閉，使液位保持穩(wěn)定。恒壓儲液罐下面是灌裝頭部分，夾瓶裝置由汽缸1驅(qū)動下降，下降到位后，夾瓶裝置由汽缸2加緊定位，定位夾緊后，灌裝頭由汽缸3驅(qū)動下降，到位后灌裝頭電磁閥打開，開始灌裝，延時5秒電磁閥關(guān)閉，灌裝頭上升，夾瓶裝置放松上升，傳送帶電機啟動。2.7.5 質(zhì)量檢測與次品的分離（1）功能：檢測產(chǎn)品質(zhì)量，將次品分離。第三章 元器件的選擇3.1 PLC的選擇S7200PLC的選擇包括對PLC的機型、容量、I/O模塊、電源等的選擇。S7-200系列PLC是西門子公司20

28、世紀90年代推出的整體式小型可編程控制器。早些時候稱為CPU21X，其后的改進型稱為CPU22X。其結(jié)構(gòu)緊湊、功能強，具有很高的性能價格比，在中小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)中應(yīng)用廣泛。S7-22X系列PLC可提供5種不同的基本單元和多種規(guī)格的擴展單元。其系統(tǒng)構(gòu)成除基本單元、擴展單元外，還有編程器、存儲卡、寫入器、文本顯示器等。表3-1給出了22X系列CPU的基本配置。從表中可以看出，22X系列CPU具有很強的功能，如自帶高速計數(shù)器、通訊口、具有脈沖輸出功能、實時時鐘、能進行浮點運算等。此外，S7-200系列PLC允許在程序中立即讀寫輸入、輸出口，允許在程序中使用中斷，允許設(shè)定通訊任務(wù)的處理時間，允許設(shè)置停止

29、模式數(shù)字量輸出狀態(tài)，可以由用戶自己定義存儲器的掉電保護區(qū)，可以允許數(shù)字量時間，允許設(shè)置停止模式數(shù)字量輸出狀態(tài)，可以由用戶自己定義存儲器的掉電保護區(qū)，可以允許數(shù)字量及模擬量輸入加濾波器，還具有窄脈沖捕捉功能，為復(fù)雜的工業(yè)控制提供了方便。表3-1 22X系列CPU的基本配置特性CPU221CPU222CPU224CPU226CPU226XM外型尺寸/mmmmmm908062908062120.5806219080621908062程序存儲區(qū)2048字2048字4096字4096字8192字數(shù)據(jù)存儲區(qū)1024字1024字2560字2560字5120字掉電保持時間/h5050190190190本機I/

30、O6入/4出8入/6出14入/10出24入/16出24入/16出擴展模塊數(shù)量02777高速計數(shù)器單相雙相4路30KHZ2路20KHZ4路30KHZ2路20KHZ6路30KHZ4路20KHZ6路30KHZ4路20KHZ6路30KHZ4路20KHZ脈沖輸出（DC）2路20KHZ2路20KHZ2路20KHZ2路20KHZ2路20KHZ模擬電位器11222實時時鐘配置時鐘卡配置時鐘卡內(nèi)置內(nèi)置內(nèi)置通訊口1RS-4851RS-4851RS-4852RS-4852RS-485在飲料灌裝生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)中我們只用了11個輸入8個輸出,和簡單的邏輯和計數(shù)功能，配置基本單元就可以滿足要求，即選用CPU224的西

31、門子S7-200系列PLC作為控制器構(gòu)成飲料灌裝生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)描述：S7-200 CPU將一個微處理器、一個集成電源和數(shù)字量I/O點集成在一個緊湊的封裝中，從而形成了一個功能強大的小型可編程邏輯控制器。CPU結(jié)構(gòu)如圖3-1所示： 圖 3-13.2 電機的選擇 電動機M1型號為Y132M-4，額定電壓為交流380V，額定電流為15A， 頻率為50HZ，功率為7.5KW，轉(zhuǎn)速為1440r/min。 銘牌：型號：Y132M-4 功率：7.5KW 頻率：50HZ 電壓：380V 電流：16.4A 接法： 轉(zhuǎn)速：1440r/min 電機上一般有這樣的銘牌，用來表示電機參數(shù)。介紹一下Y132M-

32、4，Y表示三相異步電動機；132表示機座中心高；M機座長度代號（分為SML短中長），4為磁極個數(shù)（2P磁極對數(shù)）。如表2-2所示表3-2 電機磁極個數(shù)及轉(zhuǎn)速磁極個數(shù)2極4極6極8極P（磁極對數(shù)）1234轉(zhuǎn)速300015001000750 銘牌所標(biāo)的為磁極個數(shù)，即幾極電機，對應(yīng)對數(shù)和轉(zhuǎn)速。 p電機旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)。（實際上，由于轉(zhuǎn)差率的存在，電機.實際轉(zhuǎn)速略低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速） 電機轉(zhuǎn)速與頻率的公式n=60f/p上式中n電機的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）；60每分鐘（秒）；f電源頻率（HZ）；在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，根據(jù)公式n=60f/p可知：改變頻率f就可改變轉(zhuǎn)速降低頻率f，轉(zhuǎn)速就變?。杭?60 f / p =

33、n增加頻率f，轉(zhuǎn)速就加大： 即 60 f / p = n表3-3 物理量與單位物理量符號基本單位單位符號公式功W焦耳（焦）JW=Fs=Pt功率P瓦特（瓦）WP=W/t=Fv電流I安培（安)AI=U/R=W/R電壓U伏特（伏）VU=IR 電阻R歐姆（歐）R=U/I=W/II 電功W焦耳（焦）JW=UIt=Wt電功率P瓦特（瓦）WP=W/t=UI=IIR電動機M2型號為Y90S-4，額定電壓為交流380V，額定電流為2.8A，頻率為50HZ，功率為1.1KW，轉(zhuǎn)速為1440r/min。電動機M3選與電動機M2一樣的型號即可。電動機的轉(zhuǎn)速要盡量小，設(shè)計要求轉(zhuǎn)速為盡量小，綜合考慮到工作環(huán)境以及經(jīng)濟效益

34、方面，暫選電動機為Y90S-4.轉(zhuǎn)速1400r/min ,效率為78%，功率1.1kw，質(zhì)量23kg.我們采用三角形的接法，接法如圖3-2所示 圖 3-23.3 傳感器的選擇本設(shè)計需要用多個傳感器，有檢測空瓶的光電傳感器，檢測產(chǎn)品質(zhì)量的壓力傳感器與檢測飲料罐液位的液位傳感器。3.3.1 光電傳感器TCRT5000傳感器的工作原理與一般的紅外傳感器一樣,一傳一感.TCRT5000具有一個紅外發(fā)射管和一個紅外接收管.當(dāng)發(fā)射管的紅外信號經(jīng)反射被接收管接收后,接收管的電阻會發(fā)生變化,在電路上一般以電壓的變化形式體現(xiàn)出來。電阻的變化起取于接收管所接收的紅外信號強度,常表現(xiàn)在反射面的顏色和反射面接收管的距

35、離兩二方面.3.3.2 壓力傳感器選用稱重傳感器DJWX-08，DJWX-08這個型號的稱重傳感器外形結(jié)構(gòu)是單點式的，是目前用于稱重使用行業(yè)最多的一種結(jié)構(gòu)其測量精度等級較高，可以達到0.02%的，特點及外形如圖3-3所示。其在使用安裝方式屬于一端固定一端受力，這樣安裝方式也叫適應(yīng)于稱重的整體結(jié)構(gòu)以上是稱重傳感器的選型原因。生產(chǎn)廠家：上海狄佳傳感科技有限公司根據(jù)我們飲料的重量以及經(jīng)濟實用性等綜合考慮選用： 圖3-33.3.3 液位傳感器選用的佳樂VP03EP，工作方式如圖3-4所示 圖3-43.3.4 接近開關(guān)1、接近開關(guān)有兩線制和三線制之區(qū)別，三線制接近開關(guān)又分為NPN型和PNP型，它們的接線

36、是不同的。2、兩線制接近開關(guān)的接線比較簡單，接近開關(guān)與負載串聯(lián)后接到電源即可。3、接近開關(guān)的負載可以是信號燈、繼電器線圈或可編程控制器PLC的數(shù)字量輸入模塊。4、SN04-Y交流二線式方形接近開關(guān)，感應(yīng)距離4mm,交流90250V供電。請見圖3-5所示： 圖3-5接近開關(guān)接線圖 2.5 原件明細表符號名稱型號數(shù)量M1主傳送帶電動機Y132M-41M2次品傳送帶電動機Y90S-41M3灌裝裝置電動機Y90S-41FR1-3熱繼電器JR10-103QF1-5斷路器NS100N5PLC可編程控制器CPU 224 CN AC/DC/RLY1X1光電傳感器EDA-2DNA-YL2X2稱重傳感器DJWX-

37、081X3液位傳感器VP03EP2X4電磁閥VT317-4G-022X5直線氣缸NSAL 32*1253X6氣爪NHZA2-16S1HL指示燈AD161 表3-4 原件明細表第四章 系統(tǒng)程序的設(shè)計4.1系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖如圖4-1 圖4-1 系統(tǒng)原理圖4.2系統(tǒng)流程圖 4.3 I/O分配表表4-1 I/O分配表輸出輸出符號地址備注符號地址備注SB1I0.0啟動KA1Q0.0M1電機SB2I0.1停止KA2Q0.1M2電機SB3I0.2手動清零KA3Q0.2M3電機、電磁閥1KS1I0.3光電傳感器KA4Q0.3汽缸1KS2I0.4上限位液位傳感器KA5Q0.4汽缸2KS3I0.5下限位液位傳

38、感器KA6Q0.5汽缸3KPI0.6壓力傳感器KA7Q0.6灌水電磁閥、指示燈KS4I0.7位置傳感器1KA8Q0.7汽缸4KS5I1.0位置傳感器2KS6I1.1位置傳感器3KS7I1.2光電傳感器2注：汽缸1，2，3分別控制夾緊裝置的下降，夾緊，灌裝頭下降，汽缸4控制次品推動裝置。飲料灌裝生產(chǎn)流水線的操作方式分為手動操作方式和自動操作方式。自動操作方式主要指連續(xù)操作方式。手動操作是指用開關(guān)對系統(tǒng)的操作模式進行設(shè)置。例如，當(dāng)選擇自動操作模式時，啟用連續(xù)操作方式。連續(xù)操作是指從原點開始，按一下啟動按鈕，系統(tǒng)將自動地、連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。在工作中若按一下停止按鈕，系統(tǒng)將繼續(xù)完成一個周期的動作后

39、，回到原點自動停止。4.4 編程軟件STEP 7 Micro/WIN324.4.1TEP 7 Micro/WIN32編程軟件的主界面STEP 7 Micro/WIN32是S7-200的專用編程軟件，它工作在Windows平臺下，其主界面如下圖所示。 圖 4-14.4.2 項目（Project）主界面的標(biāo)題是STEP 7 Micro/WIN32-Project1。項目包含的基本組件為：（1） 程序塊（Program Block）程序塊由可執(zhí)行的代碼和注釋組成，可執(zhí)行的代碼由主程序（OB1）、子程序（可選）、中斷服務(wù)程序（可選）組成。代碼被編譯并下裝到PLC，而程序注釋則被忽略。（2） 符號表（S

40、ymbol Table）為便于記憶和理解，編程人員可通過符號表編寫符號地址。程序編譯后下裝到PLC時所有的符號地址被轉(zhuǎn)換成絕對地址。（3） 狀態(tài)表（Status Chart）在程序執(zhí)行時，可通過狀態(tài)表監(jiān)控指定的內(nèi)部變量的狀態(tài)。狀態(tài)表并不下裝到PLC中，它只是用于監(jiān)控用戶程序運行情況的工具。（4） 數(shù)據(jù)塊（Data Block）數(shù)據(jù)塊由數(shù)據(jù)（存儲器的初始值和常數(shù)值）和注釋組成，只有數(shù)據(jù)被編譯并下裝到PLC中。（5） 系統(tǒng)塊（System Block）系統(tǒng)塊用于設(shè)置系統(tǒng)的組態(tài)參數(shù)，常用的系統(tǒng)組態(tài)包括設(shè)置數(shù)字量輸入濾波、模擬量輸入濾波，設(shè)置脈沖捕捉，配置數(shù)字量輸出表，定義存儲器保持范圍，設(shè)置CPU密

41、碼，設(shè)置通信參數(shù)，設(shè)置模擬電位器，設(shè)置高速計數(shù)器，設(shè)置高速脈沖輸出等。系統(tǒng)塊的信息需要下裝到PLC中，如無特殊要求，可采用系統(tǒng)默認的參數(shù)值，如果不需要設(shè)置CPU密碼，可選擇“全部特權(quán)（1級）”。（6） 交叉引用表（Cross Reference）交叉引用表用于索引用戶程序中所用的各個操作數(shù)的位置和指令的助記符。還可以使用交叉引用表查看存儲器的哪些區(qū)域已經(jīng)被使用，是作為位使用還是作為字節(jié)使用。在運行模式下編輯程序時，可以查看當(dāng)前正在使用的跳變信號的地址。交叉引用表不下裝到PLC中，但只有在編譯程序成功后，才能使用交叉引用表。在交叉引用表中雙擊某個操作數(shù)，可以顯示包含該操作數(shù)的那一部分程序。（7）

42、 通信（Communications）當(dāng)計算機與PLC建立在線連接后，就可以對PLC進行通信參數(shù)設(shè)置。上裝或下裝用戶程序時，都是通過通信方式完成的。4.4.3 使用PC/PPI電纜建立通信連接及設(shè)置通信參數(shù)（1） PC/PPI電纜的安裝與設(shè)置用計算機作為編程器時，計算機與PLC之間的連接一般是通過PC/PPI電纜進行通信的。PC/PPI電纜帶有RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器，將標(biāo)有“PC”的RS-232端連接到計算機的RS-232通信接口，將標(biāo)有“PPI”的RS-485端連接到PLC的通信接口。在用PC/PPI電纜上的DIP開關(guān)設(shè)置波特率時應(yīng)與編程軟件中設(shè)置的波特率相同，默認值為9 600b

43、ps,DIP開關(guān)的第4位用于選擇10位或11位通信模式，第5位用于選擇將RS-232口設(shè)置為數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）模式或數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）模式。在編程軟件STEP 7 Micro/EIN32中設(shè)置通信參數(shù)時，可用鼠標(biāo)單擊“通信”圖標(biāo)“ ”，或從菜單欄中選擇“檢視（View）”,在彈出的下拉菜單中選擇“通信（Communications）”，出現(xiàn)“通信連接（Communications Links）”對話框，在對話框中雙擊PC/PPI電纜圖標(biāo)“ ”，再單擊對話框中“屬性（Properties）”按鈕，出現(xiàn)“PC/PPI電纜屬性”對話框后，即可進行通信參數(shù)設(shè)置。（2） 建立計算機與PLC的在線

44、連接如果在“通信連接”對話框中，顯示為尚未建立通信連接，雙擊對話框中的“刷新”圖標(biāo)“ ”，編程軟件將檢查所有可能與計算機連接的S7-200 CPU站，并在對話框中顯示已建立起連接的每個站的CPU圖標(biāo)、CPU型號和站地址。（3） 設(shè)置和修改通信參數(shù)在“通信連接”對話框中，雙擊PC/PPI電纜圖標(biāo)，在對話框中單擊“屬性（Properties）”按鈕，出現(xiàn)“PC/PPI電纜屬性”對話后，即可進行通信參數(shù)設(shè)置。STEP 7 Micro/WIN32的默認設(shè)置為多主站PPI協(xié)議，此協(xié)議允許STEP 7 Micro/WIN32與其它主站（TD200等）在網(wǎng)絡(luò)中同為主站。在屬性對話框中選中多主站網(wǎng)絡(luò)（Mult

45、iple Master Network），即可啟動多主站PPI協(xié)議。未選擇時為單主站協(xié)議。設(shè)置PPI參數(shù)的步驟如下：1 在“PC/PPI電纜屬性”對話框中，單PPI按鈕，在站參數(shù)區(qū)（Station Parameter）的地址（Address）框中，設(shè)置站地址。運行編程軟件STEP 7 Micro/WIN32的計算機的默認地址為0,網(wǎng)絡(luò)中第一臺PLC的默認地址為2。2 在超時（Time-out）框中設(shè)置通信設(shè)備建立聯(lián)系的最長時間，默認值為1s。3 如果使用多主站PPI協(xié)議，選中“多主網(wǎng)絡(luò)”（Multiple Master Network）。使用調(diào)制解調(diào)器或Windows NT4.0時,不支持主站

46、網(wǎng)絡(luò)。4 設(shè)置網(wǎng)絡(luò)通信的波特率。5 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備數(shù)據(jù)選擇最高站地址，這是STEP 7 Micro/WIN32停止尋找網(wǎng)絡(luò)中其它主站的地址。6 單擊“本機連接（Local Connection）”按鈕，選擇連接PC/PPI電纜的計算機的通信口，以及是否使用調(diào)制調(diào)解器。7 單擊“確定”（OK）按鈕，完成通信參數(shù)設(shè)置。（4） 讀取PLC的信息如果想知道PLC的型號與版本、工作方式、掃描速度、I/O模式設(shè)置以及CPU和I/O模板的錯誤，可選擇菜單欄中的“PLC”，在下拉菜單欄中選擇“信息（Information）后，將是示出PLC的RUN/STOP狀態(tài)，以ms為單位的掃描速度、CPU的版本|錯誤的

47、情況及各個模板的信息。4.4.4 程序的編寫與下裝操作（1）程序編寫的操作步驟1 創(chuàng)建項目：在為控制系統(tǒng)編寫應(yīng)用程序前，首先應(yīng)當(dāng)創(chuàng)建一個項目（Project）。可用菜單命令“文件新建”或按工具條中“新建項目”按鈕，創(chuàng)建一個新的項目。使用菜單命令“文件另存為”，可修改項目的名稱和項目文件所在的目錄。2 打開一個已有的項目：使用菜單命令“文件打開”，可打開一個已有的項目。如果最近在某個項目上工作過，它將在文件菜單的下部列出，可直接選擇。項目存放在*.mwp的文件中。3設(shè)置與讀取PLC的型號：在給PLC編程前，為防止創(chuàng)建程序時發(fā)生編程錯誤，應(yīng)正確地設(shè)置PLC的型號。使用菜單命令“PLC類型”，在出現(xiàn)

48、的對話框中，選擇PLC的型號。在建立了通信連接后，單擊對話框中的“讀PLC”按鈕，可讀取PLC的型號與硬件版本。4 選擇編程語言和指令集：使用菜單命令“工具（Tools）選項（Options）”，就彈出選項對話框，單擊“通用（General）”按鈕，可選擇SIMATIC指令集或IEC1131-3指令集。還可以選擇程序編輯器（LAD、FBD及STL）的類型。5 確定程序結(jié)構(gòu)：數(shù)字量控制程序一般只有主程序，系統(tǒng)較大，功能復(fù)雜的程序，還可能有子程序、中斷程序和數(shù)據(jù)塊。主程序（在S7-200中為OB1）在每個掃描周期被順序執(zhí)行一次。子程序的指令存放在獨立的程序塊中，僅在被別的程序調(diào)用時才執(zhí)行。中斷程序

49、也被存放在獨立的程序塊中，用于處理預(yù)先規(guī)定的中斷事件。中斷程序不由主程序調(diào)用，在中斷事件發(fā)生時由操作系統(tǒng)調(diào)用。6 編寫符號表：為便于記憶和理解，可采用符號地址編程，通過編寫符號表，可以用符號地址代替編程元件的地址。7 編寫數(shù)據(jù)塊：數(shù)據(jù)塊用于對變量寄存器V進行初始數(shù)據(jù)賦值，數(shù)字量控制程序一般不需要數(shù)據(jù)塊。8 編寫用戶程序：用選擇的程序編輯器（編程語言）編寫用戶程序。使用梯形圖語言編程時，單擊工具欄中的觸點圖標(biāo)，可在矩形光標(biāo)的位置上放置一個觸點，在與新觸點同時出現(xiàn)的窗口中，可選擇觸點的類型。單擊觸點上面或下面的紅色問號，可設(shè)置該觸點的地址或其他參數(shù)。用相同的方法可在梯形圖中放置線圈和功能框。單擊工

50、具條中帶箭頭的線段，可在矩形光標(biāo)處連接觸點間的連線。雙擊梯形圖中的網(wǎng)絡(luò)編號，在彈出的窗口中可輸入網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)題和網(wǎng)絡(luò)的注釋。9 編譯程序：用戶程序編寫完成后，要進行程序編譯。使用菜單命令“PLC編譯（Compile）”或“PLC全部編譯（Compile All）”，或按工具條中的編譯按鈕、全部編譯按鈕，進行程序編譯。編譯后在屏幕下部的輸出窗口顯示語法錯誤的數(shù)量、各條語法錯誤的原因和產(chǎn)生錯誤的位置。雙擊輸出窗口中的某一條錯誤，程序編輯器中的光標(biāo)會自動移到程序中產(chǎn)生錯誤的位置。必須改正程序中所有的錯誤，且編譯成功后，才可能下裝到PLC中。10 程序的下裝、上裝及清除：當(dāng)計算機與PLC建立起通信連接，且

51、用戶程序編譯成功后，可以進行程序的下裝操作。下裝操作需在PLC的運行模式選擇開關(guān)處于STOP的位置時才能進行，如果運行模式選擇開關(guān)不在STOP位置，可將CPU上的運行模式選擇開關(guān)撥到STOP位置?；蛘邌螕艄ぞ邨l中的停止按鈕，或者選擇菜單命令“PLC停止（STOP）”，也可以使PLC進入到STOP工作模式。單擊工具欄中的下裝按鈕，或者選擇菜單命令“文件下裝（Download）”，將會出現(xiàn)下裝對話框。在對話框中可以分別選擇是否下裝程序塊、數(shù)據(jù)塊和系統(tǒng)塊。單擊“確定”按鈕后開始將計算機中的信息下裝到PLC中。下裝成功后，確認框顯示“下裝成功”。如果在編程軟件中設(shè)置的PLC型號與實際型號不符，將出現(xiàn)警

52、告信息，應(yīng)在修改PLC的型號后再進行下裝操作。也可以將PLC中的程序塊、數(shù)據(jù)塊、系統(tǒng)塊上裝到運行編程軟件的計算機中。上裝前應(yīng)在STEP 7 Micro/WIN32中建立或打開一個項目，最好新建一個空的項目，用于保存從PLC中上裝的塊。單擊工具欄的上裝按鈕，或者選擇菜單命令“文件上裝”，在上裝對話框中選擇需要上裝的塊后，單擊“確定”按鈕。（2）程序編寫及下裝舉例下圖是一個簡單的數(shù)字量控制系統(tǒng)鼠籠型電動機串電阻進行降壓啟動的控制系統(tǒng)的應(yīng)用實例。按下啟動按鈕SB1后，電動機的定子接觸器KM1串聯(lián)啟動電阻進行降壓啟動，設(shè)啟動時間為5s，啟動結(jié)束后，短接接觸器KM2將啟動電阻短接，電動機全壓運行。按下停

53、止按鈕SB2后，電動機停車。該系統(tǒng)具有熱繼電器FR做過載保護，過載后FR的動斷觸點斷開，也會使電動機停止運行。首先在斷電的狀態(tài)下，用PC/PPI電纜連接好計算機與PLC，然后為計算機與PLC通電，打開編程軟件STEP 7Micro/WIN32，創(chuàng)建一個項目（Project）。用菜單命令“PLC類型（Type）”設(shè)置PLC的型號，如CPU222。用菜單命令“工具（Tools）選項（Options）”，在彈出的對話框中單擊“通用（Genenal）” 按鈕，選擇SIMATIC編程模式和梯形圖編輯器。由于這是一個很簡單的數(shù)字量控制程序，可以沒有子程序、中斷程序和數(shù)據(jù)塊，不使用局部變量表L，全部程序都在主程序中。一般的數(shù)字量控制程序通常都采用這種程序結(jié)構(gòu)，圖4-3為此實例的PLC梯形圖。圖 4-2 串電阻降壓啟動的原理圖及PLC外部接線圖圖 4-3 串電阻降壓啟動的P