PLC報告最終版

1、沈陽航空航天大學(xué)課 程 設(shè) 計（論文） 題目飲料罐裝生產(chǎn)流水線的PLC控制（2）班 級 24070202 0學(xué) 號 2012040702065 0學(xué) 生 姓 名 何可 0指 導(dǎo) 教 師 劉洋 0目 錄0. 前言11. 總體方案設(shè)計21.1 系統(tǒng)程序設(shè)計的基本結(jié)構(gòu)21.2 罐裝流水線的生產(chǎn)原理22. 飲料罐裝流水線控制系統(tǒng)設(shè)計22.1 PLC的定義22.2 PLC的組成32.3 PLC的優(yōu)點及應(yīng)用32.4 傳感器的選擇42.5 硬件電路的設(shè)計43. 系統(tǒng)流程圖54.PLC程序設(shè)計6 4.1 I/O地址的分布6 4.2 系統(tǒng)梯形圖65. 組態(tài)設(shè)計96. 課設(shè)小結(jié)16參考文獻17沈陽航空航天大學(xué)課程

2、設(shè)計論文 飲料罐裝生產(chǎn)流水線的PLC控制（2）飲料罐裝生產(chǎn)流水線的PLC控制（2） 沈陽航空航天大學(xué)自動化學(xué)院摘要：隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高，工廠實行自動化生產(chǎn)已經(jīng)成為了一種趨勢。飲料罐裝所實現(xiàn)的自動化，讓飲料工廠節(jié)省了大量的人力物力，并且加快了工廠的工作效率。PLC的實際應(yīng)用是其中必不可少的重要的一環(huán)，致力于發(fā)展PLC對于國家的自動化進程有很大的幫助。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（Programmable Logic Controller可編程邏輯控制器）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

3、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(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。鑒于此，本文利用西門子S7-200 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)，并應(yīng)用組態(tài)王6.5實現(xiàn)對飲料罐裝生產(chǎn)流水線的上位機監(jiān)控軟件的設(shè)計。關(guān)鍵字：西門子S7-200；時序圖；定時；計數(shù)指令。0. 前言幾年前，自動化技術(shù)只占包裝機械設(shè)計的30%，現(xiàn)在已占50%以上，大量使用了微電腦設(shè)計和機電一體化控制。提高包裝機械自動化程度的目的：一是為了提高生產(chǎn)率；二是為了提高設(shè)備的柔性和靈活性；三

4、是為了提高包裝機械完成復(fù)雜動作的能力。目前，飲料的灌裝生產(chǎn)已經(jīng)實現(xiàn)自動化，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，適應(yīng)產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的要求，產(chǎn)品生產(chǎn)正向縮短生產(chǎn)周期、降低成本、提高生產(chǎn)質(zhì)量等方面發(fā)展。因此，飲料廠的自動化灌裝生產(chǎn)線中有越來越多的機器在使用先進的灌裝技術(shù)來提高機器的自動化控制水平和生產(chǎn)效率。而應(yīng)用PLC完成電氣部分的控制是工業(yè)自動化電氣控制的主要發(fā)展方向。本次課設(shè)主要介紹全自動灌裝生產(chǎn)線的基本概念。全自動灌裝生產(chǎn)線是由數(shù)臺自動灌裝機械經(jīng)控制系統(tǒng)進行集中控制，并按照各自功能完成一定任務(wù)進行順序、連續(xù)生產(chǎn)的一系列機器組合。我國的飲料罐裝自動化相對于西方發(fā)達國家來講還有很大的差距。設(shè)備陳舊，

5、技術(shù)落后，成為阻礙我們灌裝行業(yè)發(fā)展的一個嚴(yán)重問題。鑒于這些問題，我國企業(yè)不斷發(fā)展自身的實力，逐步朝著生產(chǎn)高速化、設(shè)備結(jié)構(gòu)合理化、設(shè)備的多功能化、設(shè)備的綠色化、控制的智能化等方向發(fā)展。推出適合自己需求的產(chǎn)品來。本次課設(shè)就是朝著這個方向進行研究和設(shè)計。1. 總體方案設(shè)計1.1 系統(tǒng)程序設(shè)計的基本結(jié)構(gòu)系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)：由開關(guān)控制正常的開啟與關(guān)閉，通過PLC的控制來進行罐裝、計數(shù)以及定時工作，當(dāng)按下停止開關(guān)的時候，系統(tǒng)停止工作。飲料罐裝流水線的基本結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：圖 1飲料罐裝流水線的基本結(jié)構(gòu)圖1.2 罐裝流水線的生產(chǎn)原理灌裝流水線的運作是通過電機和灌裝設(shè)備來控制的。通過電動機的運轉(zhuǎn)，帶動流水線的工作。

6、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，直接控制電機及流水線的運作.。流水線由傳感器實時監(jiān)控，由PLC控制，控制準(zhǔn)確。自動化程度高。2. 飲料罐裝流水線控制系統(tǒng)設(shè)計2.1 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

7、、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。2.2 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

8、、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。PLC的基本組成框圖如圖2所示：圖2 PLC的基本組成框圖2.3 PLC的優(yōu)點與應(yīng)用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。PLC一經(jīng)出現(xiàn)，由于它的自動化程度高、可靠性好，設(shè)計周期短、使用和維護簡便等獨特優(yōu)點，備受國內(nèi)外工程技術(shù)人員和工商業(yè)界廠商的極大關(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，產(chǎn)品得到飛速發(fā)展。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用

9、于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。PLC常用程序設(shè)計語言簡介方源 可編程控制器程序設(shè)計語言。在可編程控制器中有多種程序設(shè)計語言，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)計語言，程序采用梯形圖的形式描述。這種程序設(shè)計語言采用因果關(guān)系來描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果。每個梯級是一個因果關(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)計語言是最常用

10、的一種程序設(shè)計語言。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。S7-200系列PLC是西門子公司20世紀(jì)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，起結(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。S7-200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。此外，S7-200系列PLC允許在程序中立即讀寫輸入，輸出口

11、，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，可以允許數(shù)字量及模擬量輸入加濾波器。2.4 傳感器的選擇針對本課題的控制要求，在設(shè)計中我選用了兩個光電傳感器（空瓶檢測傳感器、灌裝設(shè)備處的有無瓶傳感器）用來檢測有無飲料瓶通過；還選用了一個重量傳感器來檢測瓶子是否灌滿。2.5 硬件電路的設(shè)計電氣控制原理圖如圖3所示：圖3電氣控制原理圖 圖（3）中斷路繼電器QF1、QF2、QF3、QF4、QF5將三相電源引入，同時QF1、QF2、QF3、QF4、QF5為電路提供短路保護。電動機的過載保護分別由三個繼電器提供

12、。3. 系統(tǒng)流程圖開始按下起動按鈕SB1傳送帶運行彩燈閃2秒灌裝飲料灌裝時間到按下停止按鈕SB2結(jié)束檢測到飲料罐否是是Y否圖4 控制系統(tǒng)流程圖流程圖說明：由SB1按鈕控制傳送帶電機，由檢測原件檢測瓶子是否到達灌裝位置，當(dāng)瓶子定位到罐裝設(shè)備下時，彩燈閃爍2秒，罐裝設(shè)備開始工作，10秒后罐裝時間到，如果沒有按下停止按鈕SB2，系統(tǒng)繼續(xù)運行，傳送帶電機重新啟動，但是按下停止按鈕之后，系統(tǒng)停止運行。4.PLC程序設(shè)計4.1 I/O地址的分布表1 PLC的I/O地址分布PLC輸入端地址PLC輸出端地址啟動按鈕 SB1I0.0傳送帶電機Q0.0停止按鈕 SB2I0.1彩燈閃爍Q0.1瓶子定位 SQI0.2

13、罐裝設(shè)備Q0.2空瓶傳感器I1.3報警指示燈Q0.3滿瓶傳感器I1.4手動清零I0.54.2 系統(tǒng)梯形圖啟動和停止程序：I0.0啟動開關(guān)和I0.1停止開關(guān)控制中間繼電器M0.0，并且M0.0自鎖，M0.0控制傳送帶電機啟動。圖5 啟動和停止程序傳感器檢測程序：I0.2為瓶子定位傳感器，控制是否檢測到瓶子的中間繼電器M0.2。圖6 傳感器檢測程序彩燈閃爍2秒：用四個計時器控制閃爍，分別亮滅0.5秒即為閃爍2秒。圖7 彩燈閃爍2秒罐裝報警及10秒計時：當(dāng)彩燈閃爍2秒結(jié)束后，程序進入罐裝并報警，用一個計時器計時10秒。圖8 罐裝報警及10秒計時循環(huán)傳送帶工作：罐裝10秒結(jié)束后重新啟動傳送帶電機中間繼

14、電器M0.0。I0.5為空瓶和滿瓶計數(shù)器清零開關(guān)，控制清零標(biāo)志M0.0。圖9 循環(huán)傳送帶工作空瓶計數(shù)器及其清零：I1.3為空瓶記數(shù)傳感器，通過上升沿連接C0計數(shù)器上，通過M0.1和C0復(fù)位。并將C0數(shù)據(jù)傳送到VW0地址中，供組態(tài)軟件讀取。圖10空瓶計數(shù)器及其清零滿瓶計數(shù)器及其清零：I1.4為滿瓶記數(shù)傳感器，通過上升沿連接C1計數(shù)器上，通過M0.1和C1復(fù)位。并將C1數(shù)據(jù)傳送到VW2地址中，供組態(tài)軟件讀取。圖11 滿瓶計數(shù)器及其清零5. 組態(tài)設(shè)計5.1 I/O組態(tài)的設(shè)計畫面未運行狀態(tài)主畫面：主畫面中包含罐裝設(shè)備，傳送帶及其指示燈，彩燈，罐裝燈，報警燈，罐裝工位檢測傳感器，空瓶及滿瓶傳感器，以及空

15、瓶和滿瓶數(shù)值，罐裝液位數(shù)值。在主畫面右側(cè)有打開統(tǒng)計畫面，報警畫面和圖表畫面的按鈕。左上角有系統(tǒng)時間。圖12 未運行狀態(tài)主畫面?zhèn)魉蛶幼鳎寒?dāng)按下I0.0啟動開關(guān)，傳送帶電機啟動開關(guān)指示燈變?yōu)榧t色。圖13 傳送帶動作彩燈閃爍：當(dāng)罐裝工位檢測到有瓶子時，傳送帶停止，彩燈開始閃爍2秒。圖14 彩燈閃爍罐裝過程，報警，罐裝液位下降：彩燈閃爍2秒后罐裝設(shè)備開始工作，罐裝指示燈和報警燈變紅，罐裝設(shè)備液位開始下降，罐裝設(shè)備下有綠色飲料流出，并有LOADING(裝載）標(biāo)志提示。10秒后結(jié)束。圖15 罐裝過程計數(shù)清零：罐裝完畢自動啟動傳送帶，按下I0.5時，空瓶與滿瓶傳感器右側(cè)的數(shù)字清零，且如果罐裝液位下降至0后

16、會自動填滿至100。圖16 計數(shù)清零統(tǒng)計畫面：當(dāng)按下屏幕右側(cè)統(tǒng)計畫面按鈕后，會彈出罐裝飲料統(tǒng)計表，分別記錄了日期，用戶名，空瓶數(shù)與滿瓶數(shù)，以及當(dāng)前罐裝設(shè)備的液位值?？煞奖愎芾砣藛T查詢。圖17 統(tǒng)計畫面報警畫面：當(dāng)按下屏幕右側(cè)報警畫面按鈕后，會彈出報警表格，共分為實時報警與歷史報警兩部分，報警內(nèi)容為報警燈，罐裝設(shè)備液位的低限與小偏差。管理人員可根據(jù)當(dāng)前報警情況判斷系統(tǒng)當(dāng)前和歷史所發(fā)生的所有事件，更好管理。報警表的每一項都有發(fā)生的事件內(nèi)容和時間。圖18 報警畫面圖表畫面：當(dāng)按下屏幕右側(cè)圖表畫面按鈕后，會彈出實時趨勢曲線圖，記錄了當(dāng)前的罐裝設(shè)備液位的實時值。圖中綠線即為液位值曲線。圖19 圖表畫面5

17、.2 數(shù)據(jù)詞典中參數(shù)的設(shè)置將所有I/O量輸入數(shù)據(jù)字典中，另有空瓶數(shù)與滿瓶數(shù)需要讀取之前存放在V0與V2中的數(shù)據(jù)，罐裝液位設(shè)為內(nèi)存整型。圖20 所有數(shù)據(jù)字典空瓶數(shù)變量定義：注意采集頻率快些有助于提高實時性。圖21 空瓶數(shù)變量定義5.3 命令語言的編寫罐裝液位的命令語言：可實現(xiàn)對罐裝液位的模擬控制。圖22 罐裝液位的命令語言顯示畫面的命令語言：利用ShowPicture 函數(shù)實現(xiàn)幾個畫面之間的跳轉(zhuǎn)。圖23 顯示畫面的命令語言6. 課設(shè)小結(jié)通過此次課設(shè)，讓我了解了PLC梯形圖、指令表、順序功能圖有了更好的了解，也讓我了解了關(guān)于PLC設(shè)計原理。有很多設(shè)計理念來源于實際，從中找出最適合的設(shè)計方法。雖然本

18、次課程設(shè)計是要求自己獨立完成，但是，彼此還是脫離不了集體的力量，遇到問題和同學(xué)互相討論交流。多和同學(xué)討論。我們在做課程設(shè)計的過程中要不停的討論問題，這樣，我們可以盡可能的統(tǒng)一思想，這樣就不會使自己在做的過程中沒有方向，并且這樣也是為了方便最后設(shè)計和在一起。討論不僅是一些思想的問題，還可以深入的討論一些技術(shù)上的問題，這樣可以使自己的處理問題要快一些，少走彎路。多改變自己設(shè)計的方法，在設(shè)計的過程中最好要不停的改善自己解決問題的方法，這樣可以方便自己解決問題 在設(shè)計的過程中我們還得到了老師的幫助與意見。尤其是當(dāng)我不知道如何將計數(shù)器中的數(shù)值傳送給組態(tài)軟件時，得到了老師及時的幫助，在學(xué)習(xí)的過程中，不是每一個問題都能自己解決，向老師請教或向同學(xué)討論是一個很好的方法，不是有句話叫做思而不學(xué)者殆。做事要學(xué)思結(jié)合。參考文獻1張萬忠，電器與PLC控制技術(shù)第二版. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，20072西門子PLC課程設(shè)計指導(dǎo)書.肖清.王忠峰編.江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院3電器與PLC控制技