基于PLC的飲料自動罐裝系統(tǒng)畢業(yè)設計-

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1、 畢 業(yè) 設 計（論文） 題 目： 自動化生產(chǎn)線中的飲料灌裝系統(tǒng)——軟件設計 學生姓名： 學 號： 專 業(yè)： 班 級： 指導教師： 年 月 日 河北工程大學 畢業(yè)設計（論文）任務書 題目： 自動化生產(chǎn)線中的飲料灌裝系統(tǒng)——軟件設計

2、 學生姓名： 學號： 專業(yè)班級： 學院： 設計起止日期： 題目性質(zhì)一： 實際工程 設計項目 科學研究 理論研究 其他 題目性質(zhì)二： 真

3、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，復位按鈕進行操作，實現(xiàn)手動，自動全過程。

4、 主要任務： 1、繪制工作流程圖或順序功能圖； 2、編寫全程序T型圖或指令表； 3、運用程序進行調(diào)試； 4、編寫設計說明書；

5、 學 生 （簽 字）： 系主任（簽字）： 指導教師（簽字）： 院 長 （簽字）： 河北工程大學畢業(yè)設計（論文）評語 學生姓名 專業(yè)班級 畢業(yè)設計（論文）題目

6、 自動化生產(chǎn)線中的飲料灌裝系統(tǒng)——軟件設計 1、 指導老師評語：

7、 指導教師（簽字） 年 月 日 2、 評閱人評語：

8、 評閱人（簽字） 年 月 日 3、 答辯組評語：

9、 答辯組組長（簽字）

10、 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)等方面得到普遍應用。 作為通用工業(yè)控制計算機，其實現(xiàn)了工業(yè)控制領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，設計者利用P

11、LC的功能和特點設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)的應用情況，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

12、制器；自動化；灌裝；生產(chǎn)線 Ⅰ Abstract Withtheincreasinglevelofindustrialautomation,many industrialenterprisesarefacedwiththetransformationoftraditionalproductionlineandre-designproblem.PLC(programmablelogiccontroller)isamicroprocessorasthecoreofindustrialcontroldevices,itwillrelaythetraditional contro

13、lsystemcombinedwithcomputertechnologyinrecentyearsinindustrialautomation,mechanicalandelectricalintegration,thetransformation oftraditionalindustriessuchasgenerallyapplied. Asageneral-purposeindustrialcontrolcomputer,therealizationofindustrialcontrolwiringlogicalleapinlogictostorage,industrialcontr

14、ol intheworldisplayinganincreasinglyimportantrole.Inbeverageindustry,automatedproductionlinemodeofproductionistopromotethemostpopularakindofproductionmode,itcausesthefillingspeedincreases,butmakethefillingahigherprecision,tobringenterprisecannotsmall gazeofproductivity.Inviewofthis,thedesignersofthe

15、useofPLCfunctionsandfeaturesdesignedabeveragefillingproductionlinecontrolsystem. Thispaperinvolvesthedrinksfillingautomationproductionline adoptsPLCcontrol,flowmetermetering,insurethefillingspeedandprecision.Thispaperdescribesindetailthecontrolsystemofthedrinksfillingmachinedesignsteps,abriefintro

16、ductionofthedrinksfillingmachinecontrolsystemandbaseontheself-industryandtheapplicationoftheothertradeonauto-controltechnique,proposedtheframeofthecontrolsystembasedonprogrammablelogicalcontroller.Thisdesigncompletesthedrinksproductionlinehardwareconfigurationandsoftwaredesign,toachievetheautomation

17、ofthecarbonateddrinksfillingmachine.Notonlyimprovethelaborproductivity,butalsohasfar-reachingsignificanceoftheimprovementofqualityandyield.PLCcontroloftheuseofbeveragefillingproductionprocess,whichcaneffectivelyimprovetheproductionefficiencyoffilling,andsignificantlyincreasethereliabilityofcontrolsy

18、stemsandflexible. 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)為基礎的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義: PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的

19、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)的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。 總之可編程控制器是一臺計算機，它是專為工業(yè)環(huán)境應用而設計制造的計算機，它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅(qū)動能力，但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應用，在實際應用時其硬件需根據(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

20、心； 2. 輸入部件 （I/O部件）——連接現(xiàn)場設備與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 1-1 1.3 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?？梢远x為： 小型：I/O點數(shù)在256點以下； 中型：I/O點數(shù)在256～1024點之間 大型：I/O點數(shù)在1024點以上。 1.3

21、.2可編程序控制器及其網(wǎng)絡的發(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（Prog

22、rammable 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 set computer）精簡指令系統(tǒng)CPU等高級CPU，而且在一臺PLC中配置

23、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)絡也得到飛速發(fā)展。PLC與PLC網(wǎng)絡成為工廠企業(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)絡的重要性，認為它是現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大支柱之一。 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

24、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的應用范圍 目前，在國內(nèi)外PLC已廣泛應用冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化

25、娛樂等各行各業(yè)，隨著PLC性能價格比的不斷提高，其應用領域不斷擴大。從應用類型看，PLC的應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最基本的應用，也是PLC最廣泛的應用領域。 （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

26、具有多路模擬量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）設備，進行處理。 第二章 任務及相關(guān)設計方案 2.1任務的分析 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

27、斷豐富，產(chǎn)量上的“飄紅”使得對設備市場的需求也呈“牛市”。因此，這方面的計術(shù)還要進一步發(fā)展和完善，以適應現(xiàn)代工業(yè)的需要。 本次設計的任務是以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

28、數(shù)。 傳統(tǒng)的飲料罐裝生產(chǎn)線的電氣設備控制系統(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，響應慢，故障率高，可靠性差，系統(tǒng)的工作狀態(tài)、故障處理、設備監(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(chǎn)線運行更加平穩(wěn)，定位更加準確，功能更加完善，操作更加方便。為適應發(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)中的應用，并從硬件和軟

29、件兩方面進行了分析和研究。文章探討了如何利用德國西門子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

30、 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 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）

31、、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)啟動運行。當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)）。

32、 2.6軟件設計方案 PLC軟件方案設計的方法有經(jīng)驗設計法，邏輯設計法等。 2.6.1經(jīng)驗設計方法 梯形圖的經(jīng)驗設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)驗設計方法的基本步驟： 1.了解和熟悉被控設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)前面的對應關(guān)系畫出梯形圖。 2.6.2邏輯設計方法 邏輯設計法的理

33、論基礎是邏輯代數(shù)。而繼電器控制系統(tǒng)的本質(zhì)是邏輯線路。 看一個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 （1）功能：帶動主傳送帶運行。 （2） 控制要求： ①一旦啟動，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。 ②通過交流接觸器實現(xiàn)失壓。欠壓

34、保護。③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： ?、僖坏﹩?，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。 ?、谕ㄟ^交流接觸器實現(xiàn)失壓。欠壓保護。 ?、弁ㄟ^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： ?、佼斄舷渲邢孪菸粋鞲衅鲃幼鲿r，M3啟動給飲料注入原料，當上限位傳感器動作時，M3停止。 ?、谕ㄟ^熔斷器實現(xiàn)短路保護。 　③通過交流接觸器實現(xiàn)失壓。欠壓保護。 ?、芡ㄟ^熱繼電器實現(xiàn)過載，欠相保護。 　 2

35、.7.4 灌裝機 （1） 功能：在設定時間里定量灌裝。 （2） 控制要求： ①當瓶子定位在灌裝設備下時，停頓1S，灌裝設備開始工作，灌裝過程為5S，灌裝過程應有報警顯示，5S后停止灌裝并不再顯示報警。 ②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

36、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S7—200 PLC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

37、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，允許設定通訊任務的處理時間，允許設置停止模式數(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)字量時間

38、，允許設置停止模式數(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 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 CPU226XM 外型尺寸/mmmmmm 908062 908062 120.58062 1908062 1908062 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/h

39、 50 50 190 190 190 本機I/O 6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 0 2 7 7 7 高速計數(shù)器 單相 雙相 4路30KHZ 2路20KHZ 4路30KHZ 2路20KHZ 6路30KHZ 4路20KHZ 6路30KHZ 4路20KHZ 6路30KHZ 4路20KHZ 脈沖輸出（DC） 2路20KHZ 2路20KHZ 2路20KHZ 2路20KHZ 2路20KHZ 模擬電位器 1 1 2 2 2 實時時鐘 配置時鐘卡

40、 配置時鐘卡 內(nèi)置 內(nèi)置 內(nèi)置 通訊口 1RS-485 1RS-485 1RS-485 2RS-485 2RS-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 3-1 3.2 電機的選擇

41、 　 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-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（

42、磁極對數(shù)） 1 2 3 4 轉(zhuǎn)速 3000 1500 1000 750 銘牌所標的為磁極個數(shù)，即幾極電機，對應對數(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)速就變小：即 60 f↓ / p = n↓ 增加頻率↑f，轉(zhuǎn)速就加大： 即 60 f↑ / p = n↑

43、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） J W=Fs=Pt 功率 P 瓦特（瓦） W P=W/t=Fv 電流 I 安培（安) A I=U/R=W/R 電壓 U 伏特（伏） V U=IR 電阻 R 歐姆（歐） Ω R=U/I=W/II 電功 W 焦耳（焦） J W=UIt=Wt 電功率 P 瓦特（瓦） W P=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。

44、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 3-2 3.3 傳感器的選擇 本設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

45、管.當發(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

46、綜合考慮選用： 圖3-3 3.3.3 液位傳感器 選用的佳樂VP03EP，工作方式如圖3-4所示 圖3-4 3.3.4 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)，感應距離4mm,交流90~250V供電。請見圖3-5所示：

47、 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-4 1 M2 次品傳送帶電動機 Y90S-4 1 M3 灌裝裝置電動機 Y90S-4 1 FR1-3 熱繼電器 JR10-10 3 QF1-5 斷路器 NS100N 5 PLC 可編程控制器 CPU 224 CN AC/DC/RLY 1 X1 光電傳感器 EDA-2DNA-YL 2 X2 稱重傳感器 DJWX-08 1 X3 液位傳感器 VP03EP 2 X4 電磁閥 VT317-4G-02

48、 2 X5 直線氣缸 NSAL 32*125 3 X6 氣爪 NHZA2-16S 1 HL 指示燈 AD16 1 表3-4 原件明細表 第四章 系統(tǒng)程序的設計 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 SB1 I0.0 啟動 KA1 Q0.0 M1電機 SB2 I0.1 停止 KA2 Q0.1 M2電機 SB3 I0.2 手動清

49、零 KA3 Q0.2 M3電機、電磁閥1 KS1 I0.3 光電傳感器 KA4 Q0.3 汽缸1 KS2 I0.4 上限位液位傳感器 KA5 Q0.4 汽缸2 KS3 I0.5 下限位液位傳感器 KA6 Q0.5 汽缸3 KP I0.6 壓力傳感器 KA7 Q0.6 灌水電磁閥、指示燈 KS4 I0.7 位置傳感器1 KA8 Q0.7 汽缸4 KS5 I1.0 位置傳感器2 KS6 I1.1 位置傳感器3 KS7 I1.2 光電傳感器2 注：汽缸1，2，3分別控制夾緊裝置的

50、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)的操作模式進行設置。例如，當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，回到原點自動停止。 4.4 編程軟件STEP 7 Micro/WIN32 4.4.1TEP 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

51、臺下，其主界面如下圖所示。 圖 4-1 4.4.2 項目（Project） 主界面的標題是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（Symbol 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

52、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)塊用于設置系統(tǒng)的組態(tài)參數(shù)，常用的系統(tǒng)組態(tài)包括設置數(shù)字量輸入濾波、模擬量輸入濾波，設置脈沖捕捉，配置數(shù)字量輸出表，定義存儲器保持范圍，設置CPU密碼，設置通信參數(shù)，設置模擬電位器，設置高速計數(shù)器，設置高速脈沖輸出等。 系統(tǒng)塊的信

53、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） 通信（Communications） 當計算機與PL

54、C建立在線連接后，就可以對PLC進行通信參數(shù)設置。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置通信參數(shù) （1） PC/PPI電纜的安裝與設置 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，將標有“PC”的RS-232端連接到計算機的RS-232通信接口，將標有“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)設置波特率時應與編程軟件中設置的波特率相同，默認值為9 600bps,DIP開關(guān)的第4位用于

55、選擇10位或11位通信模式，第5位用于選擇將RS-232口設置為數(shù)據(jù)終端設備（DTE）模式或數(shù)據(jù)通信設備（DCE）模式。 在編程軟件STEP 7 Micro/EIN32中設置通信參數(shù)時，可用鼠標單擊“通信”圖標“ ”，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“ ”，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)設置。 （2） 建立計算機與PLC的在線連接 如果在“

56、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“ ”，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、CPU型號和站地址。 （3） 設置和修改通信參數(shù) 在“通信連接”對話框中，雙擊PC/PPI電纜圖標，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)設置。 STEP 7 Micro/WIN32的默認設置為多主站PPI協(xié)議，此協(xié)議允許STEP 7 Micro/WIN32與其它主站（TD200等）在網(wǎng)絡中同為主站。在屬性對話框中選中多主站網(wǎng)絡（Mu

57、ltiple 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)絡中第一臺PLC的默認地址為2。 2 在超時（Time-out）框中設置通信設備建立聯(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”（Multiple Master Network）。使用調(diào)制解調(diào)器或Windows NT

58、4.0時,不支持主站網(wǎng)絡。 4 設置網(wǎng)絡通信的波特率。 5 根據(jù)網(wǎng)絡中的設備數(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)

59、，以ms為單位的掃描速度、CPU的版本|錯誤的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)編寫應用程序前，首先應當創(chuàng)建一個項目（Project）?？捎貌藛蚊睢拔募陆ā被虬垂ぞ邨l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)

60、生編程錯誤，應正確地設置PLC的型號。使用菜單命令“PLC→類型”，在出現(xiàn)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

61、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。 ●　中斷程序也被存放在獨立的程序塊中，用于處理預先規(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，可在矩形光標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

62、選擇觸點的類型。單擊觸點上面或下面的紅色問號，可設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。單擊工具條中帶箭頭的線段，可在矩形光標處連接觸點間的連線。雙擊梯形圖中的網(wǎng)絡編號，在彈出的窗口中可輸入網(wǎng)絡的標題和網(wǎng)絡的注釋。 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會自動移到程序中產(chǎn)生錯誤的

63、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：當計算機與PLC建立起通信連接，且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。或者單擊工具條中的停止按鈕，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

64、。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置的PLC型號與實際型號不符，將出現(xiàn)警告信息，應在修改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

65、統(tǒng)的應用實例。 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