定量包裝控制技術(shù)論文正文.doc

第一章 緒論1.1課題研究的背景化工生產(chǎn)過(guò)程中涉及化工原料及產(chǎn)品量的計(jì)量控制，針對(duì)氯堿生產(chǎn)過(guò)程的要求，生產(chǎn)工藝所生產(chǎn)的液氯作為一種產(chǎn)品需進(jìn)行外供或買賣貿(mào)易結(jié)算。在液氯外供計(jì)量中需用專用液氯灌裝瓶，根據(jù)液氯鋼瓶的皮重、需灌裝實(shí)際重量通過(guò)一套自動(dòng)計(jì)量及控制裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨著科技的不斷發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)定量包裝控制系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性，可靠性的要求越越來(lái)越高。在投入大量的資金進(jìn)行研究后，定量包裝控制系統(tǒng)的精度和可靠性都取得了很大的進(jìn)步，能更加適應(yīng)各種復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。定量包裝技術(shù)主要需要解決的兩個(gè)問題：測(cè)重計(jì)量和定量控制。測(cè)重計(jì)量分為靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量，在工業(yè)流水線生產(chǎn)中物料都是動(dòng)態(tài)變化的，因此采用實(shí)時(shí)測(cè)量，這樣快速而準(zhǔn)確的進(jìn)行測(cè)量。在定量控制方面，目前采用PLC控制系統(tǒng)，相對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)而言更加穩(wěn)定可靠，且能更加的適合各種復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。為了設(shè)計(jì)出適合的，可靠的，經(jīng)濟(jì)的定量包裝控制系統(tǒng)，既要保障系統(tǒng)在各種惡劣的環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間正常工作，又能適應(yīng)快速的流水線生產(chǎn)且能保證能達(dá)到性對(duì)較高的包裝精度定量包裝控制系統(tǒng)，本文構(gòu)建一個(gè)基于PLC的動(dòng)態(tài)定量包裝控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用觸摸屏作上位機(jī)，用于遠(yuǎn)程監(jiān)控，并設(shè)計(jì)了良好的操作界面以供用戶使用。同時(shí)，系統(tǒng)還具備現(xiàn)場(chǎng)控制柜操作模式，以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試運(yùn)行。這樣，系統(tǒng)的操作方式更為靈活方便，具有更好的擴(kuò)展性能以及應(yīng)用范圍。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r我國(guó)的定量包裝控制技術(shù)研究起步較晚，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展我國(guó)的小稱量定量包裝技術(shù)取得了很大的進(jìn)步，但由于我國(guó)中小型企業(yè)裝備差，技術(shù)落后，缺少資金和專業(yè)的技術(shù)人才，所以在準(zhǔn)確度和控制精度方面距離西方發(fā)達(dá)國(guó)家還有很大的距離，并且相對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家而言我們?nèi)鄙僮约旱暮诵募夹g(shù)且技術(shù)落后缺少競(jìng)爭(zhēng)力。并且我國(guó)的定量包裝設(shè)備單一，生產(chǎn)定量包裝設(shè)備的廠家技術(shù)薄弱，無(wú)法滿足日益進(jìn)步的工業(yè)生產(chǎn)要求。目前國(guó)內(nèi)主要還是使用以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，稱重測(cè)量和定量控制技術(shù)逐漸完善，單手硬件條件的限制，擴(kuò)展性能普遍較低且操作界面不容樂觀，功能過(guò)于單一。1.2.2國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r國(guó)外定量包裝技術(shù)研究較早，發(fā)展較快?，F(xiàn)代電子測(cè)量和可編程控制技術(shù)的小型定量包裝技術(shù)發(fā)展很快，技術(shù)水平很高。突出表現(xiàn)在稱重計(jì)量精度很高，定量控制技術(shù)性能優(yōu)越，且工作那速度很快，有很強(qiáng)的模塊化，功能化區(qū)分嚴(yán)格。國(guó)外有針對(duì)特殊的產(chǎn)品專用的定量包裝控制機(jī)械，且品種很多，相關(guān)配套設(shè)備齊全。擁有自己的核心技術(shù)，且多采用可編程控制器作為核心控制器。1.2.3發(fā)展趨勢(shì)總體而言我國(guó)的定量包轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)無(wú)論測(cè)量精度還是控制技術(shù)離國(guó)外還有相當(dāng)大一段距離，但隨著科技的不斷進(jìn)步以及資金的不斷投入，以及國(guó)內(nèi)龐大的市場(chǎng)需求的推動(dòng)，我國(guó)的定量包裝控制系統(tǒng)有著廣闊的空間和前景。定量包裝技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了手工稱量、繼電器控制、稱重儀表控制、PLC 控制等幾個(gè)階段，未來(lái)的定量包裝控制系統(tǒng)測(cè)量精度將不斷提高，控制技術(shù)那將更加簡(jiǎn)便更加人性化的操作界面，并延續(xù)可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)發(fā)展觀朝著綠色方向發(fā)展。發(fā)展趨勢(shì)有如下特點(diǎn):機(jī)電一體化機(jī)電一體化是未來(lái)定量包裝控制技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。一個(gè)完整的機(jī)電一體化系統(tǒng)，一般包括微機(jī)、傳感器、動(dòng)力源、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分，它摒棄了包裝機(jī)器中的繁瑣和不合理的部分，而將機(jī)械、微電子、傳感器等多種學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)融為一體。功能多元化工業(yè)產(chǎn)品已趨向精致化及多樣化，在大環(huán)境下，多元化具有彈性切換功能的定量包裝控制系統(tǒng)更能適應(yīng)市場(chǎng)的需求?？刂浦悄芑壳暗亩堪b控制系統(tǒng) 多采用PLC作為控制器，雖然PLC彈性強(qiáng)大但仍不具有電腦所具有的功能，未來(lái)基于電腦的智能儀器將成為定量包裝控制系統(tǒng)的控制器。結(jié)起來(lái)它們具有以下特點(diǎn)：1.高速、高精度。2.人機(jī)對(duì)話操作界面調(diào)試簡(jiǎn)潔、可靠。3.自動(dòng)校準(zhǔn)4.故常排查功能5.低噪音、易于維護(hù)1.3論文的主要內(nèi)容。全面熟悉液氯鋼瓶灌裝的工藝過(guò)程，掌握自動(dòng)計(jì)量及控制中指標(biāo)要求，通過(guò)設(shè)計(jì)所配置的硬件組成，編制符合自動(dòng)計(jì)量及控制要求的軟件程序。本文所研究的定量包裝控制系統(tǒng)是基于西門子PLC200系列為核心的控制系統(tǒng)，通過(guò)托利多電子稱進(jìn)行物料的重量的實(shí)時(shí)測(cè)量，在進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集的和處理，以觸摸屏為上位機(jī)，構(gòu)造出人性化的操作界面。最終設(shè)計(jì)出一套能對(duì)八條灌裝線實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)計(jì)量、自動(dòng)控制PLC組成的硬件系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面的顯示、報(bào)警、數(shù)據(jù)處理等功能。第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)管道示意圖系統(tǒng)硬件由8個(gè)液氯灌裝載容器，這些裝置實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)灌裝的功能，在液氯的重量判斷上本系統(tǒng)在Z軸上安裝有稱重傳感器以判斷液氯是否滿裝。XYZ軸機(jī)械臂由三個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，伺服電機(jī)有精度高以及扭矩大和抗干擾性高等優(yōu)點(diǎn)以取代步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。伺服電機(jī)的控制由西門子公司的200系列PLC的伺服定位模塊EM253驅(qū)動(dòng)，本系統(tǒng)主機(jī)由S7-226CN作為主處理單元，液體灌裝的工作過(guò)程，先通過(guò)上位系統(tǒng)HMI設(shè)置好每個(gè)裝載容器的裝載質(zhì)量，按下啟動(dòng)按鈕后機(jī)械臂按照上位系統(tǒng)指令移動(dòng)XYZ軸按順序到達(dá)指定的容器，打開出液閥門，通過(guò)PLC對(duì)高精度稱重傳感器流程液體的計(jì)算到達(dá)設(shè)定值后關(guān)閉放液閥門，機(jī)械臂移動(dòng)到下一個(gè)容器，直至到每個(gè)容器灌裝完后，整個(gè)工作流程結(jié)束。2.2系統(tǒng)組成(1)八套托利多稱重傳感器（0-2000Kg）、相應(yīng)八只托利多稱重變送器；(2)八臺(tái)電控氣動(dòng)球閥（220VAC供電、二位五通電磁閥、氣動(dòng)球閥）；(3)西門子200PLC硬件系統(tǒng)一套，包括CPU、A/D模塊（八路入）、I/O模塊；(4)彩色10”觸摸屏一只；(5)中間繼電器、開關(guān)電源（24VDC，5A）、附件等。2.2.1.托利多電子秤梅特勒-托利多稱重設(shè)備系統(tǒng)有限公司制造的“pp型化工鋼瓶電子平臺(tái)稱采用全新設(shè)計(jì)的鋼機(jī)構(gòu)稱臺(tái)，配用四只高精度剪貼梁式稱重傳感器和智能化稱重顯示儀表，組成稱重系統(tǒng)。該系統(tǒng)準(zhǔn)確度高，稱重速度快，工作穩(wěn)定可靠。被廣泛應(yīng)用于各類化工用鋼瓶灌裝的物料計(jì)量場(chǎng)合。平臺(tái)秤簡(jiǎn)易結(jié)實(shí)、清潔方便。秤臺(tái)上的專用支架可以放置直徑400到800的多種規(guī)格嘚鋼瓶。平臺(tái)秤可按用戶需要選配多種型號(hào)的稱重顯示儀表，以實(shí)現(xiàn)不同的稱重管理和計(jì)量功能。防腐涂料及特殊防腐工藝使其可用于防腐和防水環(huán)境中，選配打印機(jī)、大屏幕顯示器，還可擴(kuò)展功能。2.2.1.1產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) GB7723-87 固定式電子衡 JJG539-97 數(shù)字指示稱計(jì)量檢定規(guī)程 GB/T14249.1-93 電子衡器安全要求 GB/T14249.2-93 電子衡器通用技術(shù)條件2.2.1.2工作與原理稱重物體放在稱臺(tái)上，在重力的作用下，稱重傳感器彈性體發(fā)生形變，是粘貼于彈性體應(yīng)變梁上的電阻應(yīng)變橋路失去平衡，從而輸出與重量信號(hào)成正比的mV級(jí)電信號(hào)，該電信號(hào)進(jìn)入稱重顯示儀表后，經(jīng)過(guò)放大，濾波，A/D轉(zhuǎn)換，在京微處理器對(duì)信號(hào)處理后直接在儀表上顯示稱重?cái)?shù)據(jù)。2.2.1.3配用傳感器性能推薦激勵(lì)電壓：615V（DC/AC)最大激勵(lì)電壓：20V（DC/AC)額定輸出：20.002mV/V非線性：0.02%F.S滯后：0.02%F.S重復(fù)性：0.01%F.S蠕變：0.02%F.S/30min輸出阻抗：3501輸入阻抗：3824安全過(guò)載：150%F.S極限過(guò)載：250%F.S2.2.1.4平臺(tái)的安裝順序： 平臺(tái)秤運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，確定安裝位置 固定框架底座 平臺(tái)秤就位、調(diào)整水平 拆去裝運(yùn)夾 系統(tǒng)安裝 系統(tǒng)調(diào)試/檢定2.2.1.5主要功能以Hawk型儀表為例可顯示毛重、凈重、可自動(dòng)去皮或手動(dòng)去皮；有零位、超載和欠載指示；自動(dòng)零位保持；面板鍵盤設(shè)定/校正和功能參數(shù)設(shè)定；儀表具有自檢功能；系統(tǒng)具有防作弊功能；儀表輸出接口：RS-232；交直流兩用電源；可配置大屏幕顯示器，用來(lái)顯示稱重?cái)?shù)據(jù)；可配置打印機(jī)；可配置計(jì)算機(jī)組成稱重管理系統(tǒng)；2.2.2A/D轉(zhuǎn)換器的工作過(guò)程和工作原理2.2.1.6 工作過(guò)程在以計(jì)算機(jī)技術(shù)為中心的各個(gè)領(lǐng)域中，從測(cè)量到控制幾乎到處都使用到數(shù)字技術(shù)，而從自然界獲取的大都是模擬量，作為控制信號(hào)也多是模擬量。數(shù)字處理技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理的過(guò)程一般是：模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量智能數(shù)字處理數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量。其中起橋梁作用的模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換。 模數(shù)轉(zhuǎn)換是把輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出的電路，常寫成A/D轉(zhuǎn)換，或?qū)懗葾DC（Analog Digital Converter ）。數(shù)模轉(zhuǎn)換是把輸入的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出的電路，常寫成D/A轉(zhuǎn)換，或?qū)懗?DAC（Digital Analog Converter ）。D/A輸出的模擬信號(hào)并不真正是能連續(xù)變化的模擬信號(hào)，而是以所用DAC的絕對(duì)分辨率為單位增減的有“臺(tái)階”模擬量，所以實(shí)際上DAC是準(zhǔn)模擬量輸出。A/D是用最低有效位（LSB）的BIT數(shù)表示，一般滿足LSB的一半就可以了。精度包括失調(diào)誤差和比例系數(shù)（即增益或稱跨度）誤差等，因此精度一般總是比線性度差。一般分辨率越高精度越高，在應(yīng)用中也用數(shù)字的二進(jìn)制位數(shù)代表轉(zhuǎn)換精度。在A/D轉(zhuǎn)換器中，因?yàn)檩斎氲哪M信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)的而輸出地?cái)?shù)字信號(hào)是離散的，所以轉(zhuǎn)換只能在一系列選定的瞬時(shí)對(duì)輸入的模擬信號(hào)取樣，然后再將這些取樣值轉(zhuǎn)換成輸出地?cái)?shù)字量。因此，A/D轉(zhuǎn)換的過(guò)程是首先對(duì)輸入的模擬電壓信號(hào)取樣，取樣結(jié)束后進(jìn)入保持時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)將取樣的3.3.2 轉(zhuǎn)換原理A/D、D/A大量用于數(shù)字電壓計(jì)以及數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)中。用途不同則對(duì)性能要求亦有區(qū)別。數(shù)字電壓計(jì)等要求使平方便、高精度且抗干擾性好，而對(duì)速度則要求不高。然而在數(shù)據(jù)采集處理、設(shè)備中，則要求處理高頻高速信號(hào)或多通道同時(shí)處理或者在線高速處理，這首先就要有高速處理性能。使用或者設(shè)計(jì)DAC、ADC時(shí)，對(duì)其有關(guān)性能必須了解清楚，才能做到合理應(yīng)用。1、變換速度時(shí)間把輸入的模擬（數(shù)字）信號(hào)變換成相對(duì)應(yīng)的數(shù)字(模擬)量輸出所需要的時(shí)間稱為A/D轉(zhuǎn)換(D/A轉(zhuǎn)換)的時(shí)間或“變換速度”。D/A變換速度是指從數(shù)字輸入建立開始，直到使輸出模擬電壓（或電流）達(dá)到在規(guī)定誤差范圍內(nèi)的目標(biāo)值時(shí)所需要的時(shí)間，例如達(dá)到誤差為0.01%時(shí)需要10S，就表示其變換速度為10S。A/D變換速度是指變換啟動(dòng)開始直至變換結(jié)束送出數(shù)字量所需要的時(shí)間，也可以用單位時(shí)間的轉(zhuǎn)換次數(shù)（轉(zhuǎn)換頻率）描述。根據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間把A/D分為超高速（100M/S）、高速（100M/S 10M/S）、中速（10M/S 10K/S）、低速（10K/S）幾檔。在D/A中從輸入的數(shù)字信號(hào)發(fā)生變化開始，到輸出值穩(wěn)定在額定值的LSB/2以內(nèi)所需的時(shí)間，稱為建立時(shí)間。根據(jù)D/A建立時(shí)間，可將D/A分為超高速（0.l S）、極高速（0.l l S）高速（1 10 S）、中速（10 100 S）和低速（100 S）幾檔。2、分辨率和轉(zhuǎn)換精度分辨率就是分辨能力，也就是能夠分辨出即檢測(cè)出信號(hào)變化的最?。炕﹩挝?。用數(shù)字的位數(shù)來(lái)表示，二進(jìn)制稱為“比特”（BIT）數(shù)，比如通常說(shuō)的12位A/D(D/A)。二進(jìn)制的位數(shù)越多，分辨率越高。十進(jìn)制的稱為“位數(shù)”（Dgit），如3位半數(shù)字電壓表，4位半A/D轉(zhuǎn)換等。精度是表示實(shí)際輸出與理想（理論性的）輸出之差，一般多用相對(duì)滿標(biāo)度的百分比來(lái)表示。百分比越小精度越電壓量化為數(shù)字量，并按一定的編碼形式給出轉(zhuǎn)換結(jié)果。然后，再開始下一次取樣。下面看一下取樣定理。為了能正確無(wú)誤地用取樣信號(hào)Vs表示模擬信號(hào)V1，樣信號(hào)必須有足夠高的頻率。可以證明，為了保證能從取樣信號(hào)將原來(lái)的被取樣信號(hào)恢復(fù)，必須滿足： （3-1）式中fs為取樣頻率，fi(max)為輸入模擬信號(hào)V1的最高頻率分量的頻率。式（3-1）就是采樣定理。由于轉(zhuǎn)換是在取樣結(jié)束后的保持時(shí)間內(nèi)完成的，所以轉(zhuǎn)換結(jié)果所對(duì)應(yīng)得 模擬電壓是每次取樣結(jié)束時(shí)的V1值。2.2.2 ANSI標(biāo)準(zhǔn)氣動(dòng)球閥2.2.2.1產(chǎn)品性能指標(biāo)2.2.2.2結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1、流體阻力小、球閥是所有閥類中流體阻力最小的一種，即使是縮徑球閥，其流體阻力也相當(dāng)小。 2、止推軸承減小閥桿磨擦力矩，可使閥桿長(zhǎng)期操作平穩(wěn)靈活。 3、閥座密封性能好，采用聚四氟乙烯等彈性材料制成的密封圈，結(jié)構(gòu)易于密封，而且球閥的閥封能力隨著介質(zhì)壓力的增高而增大。 4、閥桿密封可靠，由于閥桿只作彷轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)而不做升降運(yùn)動(dòng)，閥桿的填料密封不易破壞，且密封能力隨著介質(zhì)的壓力增高而增大。 5、由于聚四氟乙烯等材料具有良好的自潤(rùn)滑性，與球體的磨擦損失小，故球閥的使用壽命長(zhǎng)。 6、下裝式閥桿和閥桿頭部凸階防止閥桿噴出，如火災(zāi)造成閥桿密封破壞，凸階與閥體間還可形成金屬接觸，確保閥桿密封。 7、 防靜電功能：在球體、閥桿、閥體之間設(shè)置彈簧，能將開關(guān)過(guò)程產(chǎn)生的靜電導(dǎo)出。2.2.3 PLC的產(chǎn)生，優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)，選型2.2.3.1 PLC的產(chǎn)生可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC其定義為：專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種屬自愿算操作電子控制系統(tǒng)，它采用一類可編程存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)用戶的程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等面向用戶的指令操作，并通過(guò)數(shù)字或模擬量輸入或輸出控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC是在繼電器和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來(lái)的并逐步發(fā)展為以微處理器為核心，及計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)為一體的新型工業(yè)控制裝置。2.2.3.2 PLC的主要功能和特點(diǎn)（1）可靠性高，考干擾能力強(qiáng)。（2）編程簡(jiǎn)單，使用方便，控制程序可變。（3）功能完善，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，擴(kuò)充方便，實(shí)用性強(qiáng)。（4）體積小，功耗低，質(zhì)量輕。2.2.3.3 PLC的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)以PLC為核心的控制系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到各類大型工廠，我們相信21世紀(jì)PLC將會(huì)被更加廣泛的應(yīng)用和推廣，其存儲(chǔ)容量會(huì)更大，運(yùn)算速度會(huì)更快。從產(chǎn)品的規(guī)模上會(huì)像超小型和超大型方面發(fā)展，產(chǎn)品的功能會(huì)更加齊全，種類會(huì)更加豐富。從各國(guó)市場(chǎng)上看，許多新興國(guó)家大量的資金投入科研必將是本國(guó)的PLC技術(shù)取得巨大的進(jìn)步，將打破西方幾個(gè)公司壟斷市場(chǎng)的局面，伴隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，PLC可編程控制器將會(huì)被更加廣泛的應(yīng)用到現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，并將對(duì)各個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展起到起到重要作用。2.2.3.4 PLC的選型由于PLC的類型多種多樣，因此我們要選擇適當(dāng)?shù)男吞?hào)方能使該系統(tǒng)正常運(yùn)行。S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化，強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行或相連成網(wǎng)絡(luò)中皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此我們選用了S7-200系列PLC作為控制系統(tǒng)。S7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。而在S7-200系列中又有很多不同的型號(hào)，通過(guò)對(duì)比，我們選用了其中的S7-226CN型號(hào)的PLC。原因在于S7-226CN型號(hào)的PLC具有24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)；可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊；最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)；13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器；2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器；2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。可完全適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。表3-3 S7-226CN性能表Tab. 3-3 S7-226CN Performance Table物理特性尺寸 (W X H X D)140 X 80 X 62 mm140 X 80 X 62 mm重量390 g440 g功耗8 W11W存儲(chǔ)器特性在線程序編輯時(shí)12288 bytes12288 bytes非在線程序編輯時(shí)16384 bytes16384 bytes數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10240 bytes10240 bytes裝備(超級(jí)電容)100小時(shí)/典型值100小時(shí)/典型值I/O特性數(shù)字量輸入14 輸入14 輸入數(shù)字量輸出10 輸出10 輸出模擬量輸入2輸入2輸入模擬量輸出1輸出1輸出數(shù)字I/O映象區(qū)256 (128輸入/128輸出)256 (128輸入/128輸出)模擬I/O映象區(qū)64(32輸入/32輸出)64(32輸入/32輸出)允許最大擴(kuò)展I/O模塊7個(gè)模塊7個(gè)模塊允許最大的智能模塊7個(gè)模塊7個(gè)模塊脈沖捕捉輸入1414高速計(jì)數(shù)器總數(shù)6個(gè)6個(gè)單相計(jì)數(shù)器4，每個(gè)30KHz4，每個(gè)30KHz兩相計(jì)數(shù)器3，每個(gè)20KHz3，每個(gè)20KHz脈沖輸出2個(gè)100KHz2個(gè)100KHz2.2.4觸摸屏2.2.4.1觸摸屏簡(jiǎn)介隨著多媒體信息查詢的與日俱增，人們?cè)絹?lái)越多地談到觸摸屏，因?yàn)橛|摸屏不僅適用于中國(guó)多媒體信息查詢的國(guó)情，而且觸摸屏具有堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、易于交流等許多優(yōu)點(diǎn)。利用這種技術(shù)，我們用戶只要用手指輕輕地碰計(jì)算機(jī)顯示屏上的圖符或文字就能實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)操作，從而使人機(jī)交互更為直截了當(dāng)，這種技術(shù)大大方便了那些不懂電腦操作的用戶。觸控屏（Touch panel）又稱為觸控面板，是個(gè)可接收 觸頭等輸入訊號(hào)的感應(yīng)式液晶顯示裝置，當(dāng)接觸了屏幕上的圖形按鈕時(shí)，屏幕上的觸覺反饋系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先編程的程式驅(qū)動(dòng)各種連結(jié)裝置，可用以取代機(jī)械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫面制造出生動(dòng)的影音效果。2.2.4.2工作原理觸摸屏由觸摸檢測(cè)部件和觸摸屏控制器組成；觸摸檢測(cè)部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測(cè)用戶觸摸位置，接受后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測(cè)裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再送給CPU，它同時(shí)能接收CPU發(fā)來(lái)的命令并加以執(zhí)行。2.2.4.3主要類型從技術(shù)原理來(lái)區(qū)別觸摸屏，可分為五個(gè)基本種類：矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏、電阻技術(shù)觸摸屏、電容技術(shù)觸摸屏、紅外線技術(shù)觸摸屏、表面聲波技術(shù)觸摸屏。按照觸摸屏的工作原理和傳輸信息的介質(zhì)，我們把觸摸屏分為四種，它們分別為電阻式、電容感應(yīng)式、紅外線式以及表面聲波式。2.2.4.4電阻式觸摸屏 它們都是一種對(duì)外界完全隔離的工作環(huán)境，不怕灰塵、水汽和油污?？梢杂萌魏挝矬w來(lái)觸摸，可以用來(lái)寫字畫畫，這是它們比較大的優(yōu)勢(shì) 觸摸屏電阻觸摸屏的精度只取決于A/D轉(zhuǎn)換的精度，因此都能輕松達(dá)到4096*4096 比較而言，五線電阻比四線電阻在保證分辨率精度上還要優(yōu)越，但是成本代價(jià)大，因此售價(jià)非常高。根據(jù)化工廠特殊的環(huán)境條件本系統(tǒng)選擇電阻式觸摸屏。2.2.5 開關(guān)電源額定輸入電壓 120/230-500V AC額定線路頻率 50/60 HZ額定輸入電流 2.2/1.2 0.6A額定輸出電壓 24V DC誤差 3%設(shè)定范圍 2428.8V DC額定輸出電流 5A額定效率 87%保護(hù)等級(jí) IP 20環(huán)境溫度 0+60/32140F尺寸（WHD） 701251252.2.6 ASDA-B系列伺服電機(jī)伺服電機(jī)是該系統(tǒng)中作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其作用在于把瓶送進(jìn)分裝系統(tǒng)，然后進(jìn)行分裝工作，最終把分裝好的瓶子送出去，完成一個(gè)周期的工作，就這樣一個(gè)一個(gè)的往復(fù)循環(huán)工作。整個(gè)工作過(guò)程全部由PLC控制器編輯的程序進(jìn)行自動(dòng)控制。 我們知道，伺服電機(jī)的種類多種多樣，目前在市面上見到的就有幾十種，因此我們必須選用合適的伺服電機(jī)。經(jīng)過(guò)綜合的考慮，選用了ASDA-B系列伺服電機(jī)，作為該分裝系統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。之所以選用ASDA-B系列的伺服電機(jī)，原因在于該系列伺服電機(jī)是達(dá)標(biāo)準(zhǔn)功能型的交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。除了提供容易操控的手持式面板，并搭配友善的軟件操作界面，能快速進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)增益調(diào)試及狀態(tài)監(jiān)控，并提供多樣化的電機(jī)容量選擇。針對(duì)新開發(fā)的小型自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)商，提供優(yōu)良的性價(jià)比產(chǎn)品。 其功能特性有：1.輸出功率范圍100W-2KW；2.輸入電源AC200V-230V（單相/三相 1.5kW；三相 2kW）；3.內(nèi)置位置 / 速度 / 扭矩 模式 ；4.手持鍵盤內(nèi)設(shè)25組內(nèi)存，可對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器作參數(shù)讀取和寫入 ；5. 友善的軟件界面，縮短客戶產(chǎn)品的學(xué)習(xí)時(shí)間；第三章 人機(jī)界面設(shè)置3.1人機(jī)界面簡(jiǎn)介人機(jī)界面（HumanMachine Interaction，簡(jiǎn)稱HMI），是人與計(jì)算機(jī)之間傳遞、交換信息的媒介和對(duì)話接口，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。是指人和機(jī)器在信息交換和功能上接觸或互相影響的領(lǐng)域或稱界面所說(shuō)人機(jī)結(jié)合面，信息交換，功能接觸或互相影響，指人和機(jī)器的硬接觸和軟觸，此結(jié)合面不僅包括點(diǎn)線面的直接接觸，還包括遠(yuǎn)距離的信息傳遞與控制的作用空間。HMI是人(操作員)與過(guò)程(機(jī)器/設(shè)備)之間的接口。 控制器是控制過(guò)程的實(shí)際單元。 因此，在操作員和WinCC flexible (位于HMI設(shè)備端)之間以及WinCC flexible和控制器之間均存在一個(gè)接口。 HMI設(shè)備可以將過(guò)程和設(shè)備的參數(shù)存儲(chǔ)在配方中。并且可以一次性將這些參數(shù)從HMI設(shè)備下載到PLC，以便改變產(chǎn)品版本進(jìn)行生產(chǎn)。3.2系統(tǒng)的構(gòu)成選用托利多IND110變送器將現(xiàn)場(chǎng)SCS-2P-PT稱重傳感器變送成4-20mA DC信號(hào)（測(cè)量精度0.01）進(jìn)入PLC，通過(guò)編制的應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)采集數(shù)據(jù)。用戶通過(guò)所設(shè)的人機(jī)界面就可以進(jìn)行所需要的一切操作。3.3操作步驟1、用戶按人機(jī)界面上的“皮重測(cè)量”按鈕，系統(tǒng)對(duì)空鋼瓶進(jìn)行稱重并記錄；2、用戶通過(guò)人機(jī)界面可以設(shè)定此次鋼瓶的灌裝重量（凈重），設(shè)定范圍100-1500Kg；3、用戶按人機(jī)界面上的“開始灌裝”按鈕，系統(tǒng)將管道上的電磁閥打開，進(jìn)行液氯灌裝，此時(shí)實(shí)時(shí)顯示已灌裝的液氯重量；4、在液氯灌裝過(guò)程中，如果發(fā)生意外情況，用戶可以按人機(jī)界面上的“停止灌裝”按鈕，系統(tǒng)停止灌裝，待用戶處理完事故后按“開始灌裝”按鈕繼續(xù)灌裝；5、到達(dá)設(shè)定凈重后，灌裝停止，電磁閥自動(dòng)關(guān)閉；6、重復(fù)以上操作，用戶就可以進(jìn)行下一次的灌裝操作；7、在鋼瓶灌裝過(guò)程中，此時(shí)用戶按“皮重測(cè)量”按鈕無(wú)效，防止操作失誤，誤將已經(jīng)灌裝一定液氯的鋼瓶去皮。3.4狀態(tài)及故障顯示1、當(dāng)電磁閥打開，開始進(jìn)行液氯灌裝時(shí)，顯示“正在灌裝”；2、稱重傳感器當(dāng)前模擬量輸出大于所設(shè)定的超載報(bào)警點(diǎn)，顯示“稱重傳感器超載”；3、稱重傳感器當(dāng)前模擬量輸出小于所設(shè)定的欠載報(bào)警點(diǎn)，顯示“稱重傳感器欠載”；4、當(dāng)鋼瓶皮重與灌裝設(shè)定重量的和大于2000Kg時(shí)，顯示“設(shè)定值過(guò)高”，此時(shí)系統(tǒng)停止工作，請(qǐng)用戶修改設(shè)定值，使之總負(fù)荷在稱重量程之內(nèi)。第四章 總結(jié)與展望本論文論述了一種用西門子S7-200系列中 PLC作為控制部分的液氯自動(dòng)灌裝控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與工作過(guò)程。本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊、控制器模塊、人機(jī)交互界面模塊。其中數(shù)據(jù)采集模塊由托利多稱重傳感器和A/D轉(zhuǎn)換部分組成。主要硬件指PLC以及擴(kuò)展模擬量模塊的輸入輸出設(shè)備等部分。軟件部分描述了控制系統(tǒng)流程圖、系統(tǒng)的灌裝過(guò)程工作流等。通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能夠進(jìn)行液氯的自動(dòng)灌裝功能，達(dá)到了此設(shè)計(jì)的要求。本系統(tǒng)的主要功能：1.本系統(tǒng)配接了八路稱重傳感器和八路電控器動(dòng)作控制閥實(shí)現(xiàn)液氯灌裝的自動(dòng)計(jì)量和自動(dòng)開關(guān)控制閥。2.實(shí)現(xiàn)對(duì)八路灌裝的自動(dòng)去皮、按照?qǐng)A整值自動(dòng)設(shè)定稱量值。3.實(shí)現(xiàn)了對(duì)每路灌裝線一個(gè)班或一天灌裝數(shù)量的統(tǒng)計(jì)。4.實(shí)現(xiàn)對(duì)每路灌裝線或總量 的數(shù)據(jù)通訊到調(diào)度室或總廠。5.實(shí)現(xiàn)了每路設(shè)定值的修改、顯示處理、狀態(tài)報(bào)警。6.實(shí)現(xiàn)每路現(xiàn)場(chǎng)手器操作及狀態(tài)顯示。7.實(shí)現(xiàn)每路現(xiàn)場(chǎng)手操器操作及狀態(tài)現(xiàn)實(shí)。袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿