基于PLC的動(dòng)態(tài)定量包裝控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、第一章 緒論1.1 課題研究的背景化工生產(chǎn)過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)際重量通過一套 自動(dòng)計(jì)量及控制裝置來實(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，

2、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

3、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 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r我國的定量包裝控制技術(shù)研究起步較晚， 經(jīng)過幾十年的發(fā)展我國的小稱量定 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)國家還有很 大的距離，并且相對(duì)發(fā)達(dá)國家而言我們?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， 無法滿 足日益進(jìn)步的工業(yè)生產(chǎn)要求。目前國內(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

4、普遍較低且操作界面不容樂觀， 功 能過于單一。1.2.2 國外發(fā)展?fàn)顩r國外定量包裝技術(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)總體而言我國的定量包轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)無論測(cè)量精度還是控制技術(shù)離國外還有 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， 以及國內(nèi)龐大的 市場(chǎng)需求的推動(dòng)

5、，我國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

6、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程， 掌握自動(dòng)計(jì)量及控制中指標(biāo)要求， 通過 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)，通過托利多

7、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

8、機(jī)由 S7-226CN 作為主處理單元，液體灌裝的工作過程，先通過 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 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

9、(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

10、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

11、激勵(lì)電壓： 615V （ DC/AC） 最大激勵(lì)電壓： 20V （DC/AC） 額定輸出： 2 0.002mV/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： 350 1 輸入阻抗： 382 4 安全過載： 150%F.S極限過載： 250%F.S2.2.1.4 平臺(tái)的安裝順序：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

12、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)換器的工作過程和工作原理2.2.1.6 工作過程在以計(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?ADC (Analog Digital Con

13、verter)。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

14、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

15、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 10 S，就表示其變換速度為 10 S。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（ 1

16、0M/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?單位。用數(shù)字的位數(shù)來表示，二進(jìn)制稱為“比特” （BIT ）數(shù)，比如通常說的 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)”

17、（ 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?？梢宰C明，為了保證能從取樣信號(hào)將原來的被取樣信號(hào)恢復(fù)，必須滿足： fs 2fi max（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

18、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)Denin refeftdteAP】ANSI炭有AP16D. AHSIB16 34FaceTolace法蘭走按FU骨copMctingAP16D, ANS1B16 10Coucai咚 Flange SizeANSI B】63ANS標(biāo)準(zhǔn)氣動(dòng)球國 JLQ641(F、N、PCLASS150. 300. 400PNEUMATIC BAL .VALVE OF ANSI STANDARD 技術(shù)菱范化 Tchnica!specificationAPI6D AH 598豪注

19、：泉列!拘甑唆連餐廉蘭尺寸JfllKW戶晏取時(shí)Hit N:te：The cwkanHba味oMsnrcUnx 低卞 iwcfUll 冷ve lenta sn *A176-30417p逵畏罷u Comwju? Sc!A351Z?KA351.CRA31.CFSL8pMurutkDoiRto:我遼if d用。ikcecmMUiimc punuiseiiii：U4(r:uEQfbA)rM 訊 whcmiiM fpr苓tioc3 a jer :c：arJ w;/叨cia】rutrraib!.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。

20、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)過程產(chǎn)生的 靜電導(dǎo)出。2.2

21、.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，并通過數(shù)字或模擬量 輸入或輸出控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程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

22、，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。從各國市場(chǎng)上看，許多新興國家大量的資金投入科研必將是本國的 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

23、.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

24、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

25、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?？赏耆m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. 3-3S7-226CN Performance Table物理特性尺寸 (W X H X D)140 X 80 X 62 mm140 X 80 X 62mm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 byte

26、s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 /128256 (128 輸 入輸出）/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) 20

27、KHz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)絹碓蕉嗟卣劦接|摸屏， 因?yàn)橛|摸屏不僅適用于中國多媒體信息查詢的國情， 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)

28、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)來的命令并加以執(zhí)行。2.2.4.3 主要類型從技術(shù)原理來區(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

29、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。 可以用任何物體來觸摸，可以用來寫字畫畫，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)電源額定輸入電壓額定線路頻率額定輸入電流額定輸出電壓120/230-500V AC50/60 HZ2.2/1.2 0.6A2

30、4V DC誤差3%設(shè)定范圍 24 28.8V 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 /32 140 F尺寸（WHD） 70 125 1252.2.6 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)過綜合的考慮，選用了 ASDA-B 系列伺服 電機(jī)，

31、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

32、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（ Human Machine 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）與過程（機(jī)器/ 設(shè)備）之間的接口。 控制器是控制過程的實(shí) 際單元。 因此，在操作員和 WinCC flexible （ 位于 HM

33、I 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 ，通過編制的應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)采集數(shù)據(jù)。 用戶通過所設(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 、用戶通過人機(jī)界面可以設(shè)定此次鋼瓶的灌裝重量（

34、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 、在鋼瓶灌裝過程中，此時(shí)用戶按“皮重測(cè)量”按鈕無效，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

35、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

36、描述了控 制系統(tǒng)流程圖、 系統(tǒng)的灌裝過程工作流等。 通過對(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)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本

37、人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ，是我個(gè)人在指導(dǎo)教 師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 盡我所知， 除文中特別加 以標(biāo)注和致謝的地方外， 不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研 究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷 而使用過的材料。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名：日期：指導(dǎo)教師簽名：日期：使用授權(quán)說明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供 目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?/p>

38、、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制 手段保存論文； 在不以贏利為目的前提下， 學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠?或全部?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期：學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研 究所取得的研究成果。 除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外， 本論文 不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 對(duì)本文的研 究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體， 均已在文中以明確方式標(biāo)明。 本人完 全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定， 同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版， 允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位