飲料罐裝生產(chǎn)流水線課程設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)題目：飲料灌裝生產(chǎn)流水線系 部： 機(jī)電工程系 姓 名： 劉桂民 學(xué) 號： 班 級： 2班 專 業(yè)： 機(jī)電一體化技術(shù) 指導(dǎo)教師： 馬寶秋 職稱 講師 完成時(shí)間： 摘 要隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)對生產(chǎn)過程的自控制和信息通訊提出了更高的要求。飲料生產(chǎn)線比較復(fù)雜，生產(chǎn)環(huán)節(jié)也很多。其中飲料的灌裝就是飲料生產(chǎn)線上重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)?？刂葡到y(tǒng)主要由一臺PLC、交流異步電機(jī)、液罐、多個(gè)灌裝狀態(tài)檢測傳感器、故障報(bào)警蜂鳴器、產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)顯示器等組成。其中電機(jī)用來控制運(yùn)送飲料瓶的傳送帶部分。本控制系統(tǒng)有兩個(gè)特點(diǎn)：一是輸入、輸出設(shè)備比較多；二是所需實(shí)現(xiàn)的控制是順序邏輯控制、模塊控制以及計(jì)算統(tǒng)計(jì)功能。西門子S7

2、-200系列PLC在模塊控制、高速計(jì)數(shù)和計(jì)算方面的功能較強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)比較方便。因此本系統(tǒng)選用了S7-200型號的PLC進(jìn)行控制，既滿足了控制系統(tǒng)所需的I/O點(diǎn)數(shù)，又滿足了被控對象的控制要求。采用PLC控制飲料灌裝生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了飲料生產(chǎn)線的自動化、智能化。對勞動生產(chǎn)率的提高，飲料質(zhì)量和產(chǎn)量的提高具有深遠(yuǎn)的意義。文章探討了如何利用德國西門子S7-200 進(jìn)行飲料灌裝生產(chǎn)流水線的控制，重點(diǎn)分析了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)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(shí)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(qiáng)度。關(guān)鍵詞：PLC；自動化飲料灌裝生產(chǎn)線；生產(chǎn)線控制系統(tǒng)目 錄 1

3、總體方案介紹 1.1 設(shè)計(jì)課題任務(wù)1 1.2 功能要求說明1 1.3 總體方案分析12 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)2 2.1 PLC型號選擇2 2.1.1 PLC類型特點(diǎn)分析與確定2 2.1.2 I/O口分析與確定 2 2.2 I/O口分配32.2.1 I/O口分配表32.2.2 I/O口接線圖42.3 傳感器的選擇43 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4 3.1 軟件簡介4 3.2 系統(tǒng)工作流程圖5 3.3軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路5 3.4梯形圖程序設(shè)計(jì)64 調(diào)試運(yùn)行過程及設(shè)計(jì)體會13 4.1 調(diào)試運(yùn)行過程13 4.2 設(shè)計(jì)結(jié)論13 4.3 設(shè)計(jì)體會135 參考文獻(xiàn)141 總體方案分析1.1 設(shè)計(jì)課題任務(wù)通過開關(guān)設(shè)定為自動操作模式

4、，一旦啟動，則傳送帶的驅(qū)動電機(jī)啟動并一直保持到停止開關(guān)動作或罐裝設(shè)備下的傳感器檢測到一個(gè)瓶子時(shí)停止；瓶子裝滿飲料后，傳送帶驅(qū)動電機(jī)必須自動啟動，并保持到又檢測到一個(gè)瓶子或停止開關(guān)動作。1.2 功能要求說明（1）通過開關(guān)設(shè)定為自動操作模式，一旦啟動，則傳送帶的驅(qū)動電機(jī)啟動并一直保持到停止開關(guān)動作或罐裝設(shè)備下的傳感器檢測到一個(gè)瓶子時(shí)停止；瓶子裝滿飲料后，傳送帶驅(qū)動電機(jī)必須自動啟動，并保持到又檢測到一個(gè)瓶子或停止開關(guān)動作。（2）當(dāng)瓶子定位在罐裝設(shè)備下時(shí)，停頓1秒，罐裝設(shè)備開始工作，罐裝過程為5秒鐘，罐裝過程應(yīng)有報(bào)警顯示，5秒后停止并不再顯示報(bào)警（報(bào)警方式為紅燈以0.3S時(shí)間間隔閃爍）。（3）用兩個(gè)傳

5、感器和若干個(gè)加法器檢測并記錄空瓶數(shù)(小于規(guī)定重量的次品)和滿瓶數(shù)（大于等于規(guī)定重量的正品），一旦系統(tǒng)啟動，必須記錄空瓶數(shù)和滿瓶數(shù)，設(shè)最多不超過瓶。（4）可以手動對計(jì)數(shù)值及定時(shí)器清零（復(fù)位）。1.3 總體方案分析（適當(dāng)配以圖示說明） 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，當(dāng)按下啟動開關(guān)正常工作時(shí)，通過PLC的控制下進(jìn)行灌裝、計(jì)數(shù)工作，當(dāng)按下停止開關(guān)時(shí)，系統(tǒng)停止工作。飲料灌裝流水線的基本結(jié)構(gòu)圖如下所示： 圖2飲料灌裝流水線的基本結(jié)構(gòu)圖灌裝流水線的運(yùn)作是通過電機(jī)和灌裝設(shè)備來控制的。通過電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動流水線的工作。而灌裝設(shè)備的開通則直接控制飲料流通。通過輸入PLC軟件程序，直接控制電機(jī)及流水線的運(yùn)作。流水線由

6、傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控，由PLC控制，控制準(zhǔn)確。自動化程度高。2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 PLC型號選擇2.1.1 PLC類型特點(diǎn)分析與確定PLC的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可按照一定規(guī)則組合配置。PLC編程簡介體積小，重量輕，耗電少，接線編程簡單，可靠性高，反應(yīng)快，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。PLC一經(jīng)出現(xiàn)，由于它的自動化程度高、可靠性好，設(shè)計(jì)周期短、使用和維護(hù)簡便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，備受國內(nèi)外工程技術(shù)人員和工商業(yè)界

7、廠商的極大關(guān)注，生產(chǎn)PLC的廠商孕起。隨著大規(guī)模集成電路和微處理器在PLC中應(yīng)用，是PLC的功能不斷得到增強(qiáng)，產(chǎn)品得到飛速發(fā)展。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)。PLC常用程序設(shè)計(jì)語言簡介方源 可編程控制器程序設(shè)計(jì)語言。在可編程控制器中有多種程序設(shè)計(jì)語言，它們是梯形圖語言、布爾助記符語言、功能表圖語言、功能模塊圖語言及結(jié)構(gòu)化語句描述語言等。其中梯形圖程序設(shè)計(jì)語言是用梯形圖的圖形符號來描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語言。是最廣泛，最受歡迎的一種編程語言。它采用梯形圖程序設(shè)計(jì)語言，程序采用梯形圖的形式描述。這種程序設(shè)計(jì)語

8、言采用因果關(guān)系來描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果。每個(gè)梯級是一個(gè)因果關(guān)系。在梯級中，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件發(fā)生的結(jié)果表示在后面。梯形圖程序設(shè)計(jì)語言是最常用的一種程序設(shè)計(jì)語言。它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過程控制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對繼電器邏輯控制技術(shù)較為熟悉，因此，由這種邏輯控制技術(shù)發(fā)展而來的梯形圖受到了歡迎，并得到了廣泛的應(yīng)用。2.1.2 I/O口分析與確定課程設(shè)計(jì)任務(wù)中要求用PLC對飲料灌裝生產(chǎn)流水線進(jìn)行控制，需要一個(gè)啟動按鈕SB1，一個(gè)停止按鈕SB2，一個(gè)定位裝置K1,兩個(gè)傳感器檢測滿瓶數(shù)K2及空瓶數(shù)K3，還要求有一個(gè)手動對計(jì)數(shù)器清零裝置K4以及兩個(gè)輸出裝置傳送帶電機(jī)和報(bào)警

9、器。2.2 I/O口分配2.2.1 I/O口分配表（如下表所示）表1 I/O口分配表編程元件I/O端子電器元件作用輸入I0.0SB1啟動按鈕I0.1SB2停止按鈕I0.2K1定位器檢測到位I0.3K2滿瓶計(jì)數(shù)I0.4K3空瓶計(jì)數(shù)I0.5K4手動清零輸出Q0.0L1傳送帶電機(jī)輸出Q0.1L2報(bào)警器2.2.2 I/O口接線圖（如圖3所示）2.3 傳感器的選擇灌裝監(jiān)測傳感器選型為：光電傳感器（熱型紅外線傳感器）采用紅外線傳感器來監(jiān)測空瓶子的到來后動作，起到接通開關(guān)的作用。它是利用被測物體熱輻射引起敏感元件溫度的變化進(jìn)行測量。3 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 軟件簡介SETP7-Micro/WIN為一個(gè)可應(yīng)用

10、于S7-200系列可編程控制器的編程軟件，可在 Windows XP及 Windows 2000下運(yùn)行。在SETP7-Micro/WIN中，可通過梯形圖語言、指令表語言及語言來創(chuàng)建程序， 建立注釋數(shù)據(jù)及設(shè)置寄存器數(shù)據(jù)，也可創(chuàng)建順序控制程序以及將其存儲為義件，用打印機(jī)打印出來。該程序在串行系統(tǒng)中具有與可編程控制器進(jìn)行遙控、操作監(jiān)控以及各種測試功能。在S7中，梯形圖、指令表和FBD可以互相轉(zhuǎn)換。從這個(gè)轉(zhuǎn)換關(guān)系中可以看出，如果在FBD視窗中畫好了一個(gè)FBD圖（包括其內(nèi)置梯形圖），只要執(zhí)行菜單命令“查看再單擊STL選項(xiàng)，就可得到對應(yīng)的指令表，單擊梯形圖就 可得到對應(yīng)的梯形圖，如果先畫好的是梯形圖，情況

11、也一樣。CPU編譯程序沒有錯(cuò)誤時(shí)才能進(jìn)行完全轉(zhuǎn)換，否則檢測到某個(gè)網(wǎng)絡(luò)有錯(cuò)誤時(shí)，則該網(wǎng)絡(luò)無效，無法進(jìn)行轉(zhuǎn)換。較復(fù)雜的STL網(wǎng)絡(luò)可能無法轉(zhuǎn)換為梯形圖，而有些復(fù)雜的梯形圖網(wǎng)絡(luò)則無法轉(zhuǎn)換成 FBD?？傊?，用戶可根據(jù)自己的習(xí)慣選擇編程方式，合理安排程序結(jié)構(gòu)。S7中梯形圖、指令表和FBD圖可以互相轉(zhuǎn)換的這種關(guān)系，使得用戶只要編出一種程序，就可以得到另外兩種，大大提高了編輯PLC用戶程序的效率。3.2 系統(tǒng)工作流程圖（如圖4所示）3.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路(1)能對空瓶進(jìn)行運(yùn)送、灌裝，灌裝時(shí)有報(bào)警顯示。（2）對滿瓶進(jìn)行運(yùn)送及計(jì)數(shù)同時(shí)可對空瓶進(jìn)行計(jì)數(shù)運(yùn)送。（3）能夠?qū)崿F(xiàn)手動復(fù)位。3.4 梯形圖程序設(shè)計(jì)圖5 梯形

12、圖程序設(shè)計(jì)圖5續(xù)：LAD程序 圖5續(xù)：LAD程序圖5續(xù)：LAD程序圖5續(xù)：LAD程序圖5續(xù)：LAD程序圖5續(xù)：LAD程序4 調(diào)試運(yùn)行過程及設(shè)計(jì)體會4.1 調(diào)試運(yùn)行過程（1）在電腦上打開編程軟件，編程。（2）將PLC程序傳入程序控制器中。（3）對各個(gè)輸入I/O口給信號處理，看各個(gè)輸出口是否有相應(yīng)的輸出，如果沒有按照設(shè)計(jì)要求輸出，對程序進(jìn)行更改，直到各輸出口有相應(yīng)的輸出。（4）如果條件允許的話，用編程軟件將程序輸入PLC中，在確認(rèn)PLC的電源、外部接線和程序輸入無誤的情況下，接通電源，按照流程圖的順序進(jìn)行調(diào)試，最終使整個(gè)系統(tǒng)能準(zhǔn)確、可靠的工作。4.2設(shè)計(jì)結(jié)論飲料灌裝生產(chǎn)流水線設(shè)計(jì)仿真結(jié)果能夠達(dá)到控

13、制要求，成功實(shí)現(xiàn)流水線工作要求。4.3 設(shè)計(jì)體會通過飲料罐裝生產(chǎn)流水線的PLC控制課程設(shè)計(jì)，掌握了什么是設(shè)計(jì)程序，設(shè)計(jì)程序工作的基本過程及各階段的基本任務(wù)，熟悉了設(shè)計(jì)程序總流程圖，加深了對PLC的理解，課本上的知識是機(jī)械的，表面的。通過努力把課本上的知識變得更為簡單，對實(shí)驗(yàn)原理也有了更深的理解。通過這次課程設(shè)計(jì)，使我更為全面系統(tǒng)的了解PLC的構(gòu)造原理和基本實(shí)現(xiàn)方法。把課本的知識變得生動有趣，激發(fā)了我們的學(xué)習(xí)積極性，把學(xué)過的原理加以強(qiáng)化，把課堂學(xué)過的知識通過自己的設(shè)計(jì)程序表示出來，加深了對理論知識的理解。現(xiàn)在通過自己的動對手做實(shí)驗(yàn)，理論聯(lián)系實(shí)際，對PLC的原理認(rèn)識更加深刻。在調(diào)試時(shí)應(yīng)該很仔細(xì)，一步一步調(diào)試下來，做到準(zhǔn)確無誤。這次課程使我意識到只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，才是正確的，才能提高自己動手能力和獨(dú)立思索的能力。同時(shí)對于PLC發(fā)展歷史、強(qiáng)大功能、應(yīng)用領(lǐng)域以及系列知識得到了大概的系統(tǒng)認(rèn)識，也初步了解了一個(gè)完整的系統(tǒng)開發(fā)的過程，本次課設(shè)，對于創(chuàng)造思維的培養(yǎng)和開發(fā)能力的鍛煉有很大的幫助。在編程過程中，領(lǐng)略到了熟能生巧的含義。編程不僅要求有良好的基礎(chǔ)，而且要求對各種程序有深刻的了解，同時(shí)深切感受到團(tuán)隊(duì)合作的重要性，尤其是在查資料的過程中，人多力量大，大家一起努力，查找資料的效率就提高了許