2022年饮料灌装生产流水线程序设计与调试 .pdf

机电工程学院课 程 设 计 说 明 书设计题目 :饮料灌装生产流水线程序设计与调试学生姓名：学号： 20094805 专业班级：机制 F09 指导教师：2012 年 12 月 11 日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 25 页 - - - - - - - - - 内容摘要社会的发展和进步对各行各业提出了越来越高的要求，硬连接方式的继电接触式控制系统不能满足经常更新的要求了，早期控制系统体积大、功能少，存在很多不足，PLC适应能力强，功能强大，可靠性高，抗干扰能力强，系统设计周期比较短等众多优点，应用越来与广泛。本次课程设计是饮料罐装生产流水线的控制系统设计程序设计，实现全自动灌装生产，当按下启动按钮时系统开始启动，光电传感器检测到瓶时实现自动灌装，定时器定时灌装时间，灌装结束后，传送带自动启动，直至光电传感器检测到下一个瓶，如此循环实现饮料的自动灌装，自动灌装的同时，用传感器感测，并用多个计数器记录下空瓶数、满瓶数和箱数，以便对生产的情况实时监控，提高生产效率，本次设计的思路运用并行结构，实行程序模块化，结构简单，清晰明了。关键词 ：自动循环；计数；模块名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 25 页 - - - - - - - - - 1 目录引言 1第 1 章 总体设计方案 21.1 系统设计程序的基本结构 21.1.1 系统控制结构图 21.1.2 饮料灌装流水线的基本结构图 21.2 灌装流水线的工作原理 31.3 方案的比较选择 3第 2 章 硬件控制设计 42.1 PLC 的选择 42.1.1 PLC 的结构与特点 42.1.2 选择 PLC 42.2 传感器的选择 5第 3 章 软件控制设计 63.1 系统流程图 63.2 主电路接线图 73.4 元件清单 83.5 I/O接线图 93.6 梯形图 103.7 语句表 10第 4 章 调试说明 11结论 12设计总结 13谢辞 14附录 15附录一程序梯形图 15名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 25 页 - - - - - - - - - 2 附录二程序语句表 18参考文献 21名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 25 页 - - - - - - - - - 1 引言目前，饮料的灌装生产已经实现自动化，为了提高产品质量，缩短生产周期，适应产品迅速更新换代的要求，产品生产正向缩短生产周期、降低成本、提高生产质量等方面发展。因此，饮料厂的自动化灌装生产线中有越来越多的机器在使用先进的灌装技术来提高机器的自动化控制水平和生产效率。而应用 PLC完成电气部分的控制是工业自动化电气控制的主要发展方向。本次课设主要介绍全自动灌装生产线的基本概念。全自动灌装生产线是由数台自动灌装机械经控制系统进行集中控制，并按照各自功能完成一定任务进行顺序、连续生产的一系列机器组合。通过对饮料罐装自动控制的介绍，使我们对灌装这个行业有了更深的了解，也对自动化这个名词有了进一步的了解。我国的饮料罐装自动化相对于西方发达国家来讲还有很大的差距。设备陈旧，技术落后，成为阻碍我们灌装行业发展的一个严重问题。鉴于这些问题，我国企业不断发展自身的实力，逐步朝着生产高速化、设备结构合理化、设备的多功能化、设备的绿色化、控制的智能化等方向发展出适合自己需求的产品来。本次课设就是朝着这个方向进行研究和设计。传统的饮料罐装生产线的电气设备控制系统是传统的继电器接触器控制方式,在使用的过程中，生产工效低，人机对话靠指示灯+按钮+讯响器的工作方式，响应慢，故障率高，可靠性差，系统的工作状态、故障处理、设备监控与维护只能凭经验被动的去查找故障点。且在生产过程中容易产生二次污染，造成合格率低，生产成本增加。而自动化生产线在众多领域应用得非常广泛，其控制部分常常采用PLC 控制，它使自动化生产线运行更加平稳，定位更加准确，功能更加完善，操作更加方便。为适应发展，故提出下面的 PLC控制技术改造现有生产线。本文介绍了德国西门子PLCS7- 200 在自动化饮料罐装生产线控制系统中的应用，并从硬件和软件两方面进行了分析和研究。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 25 页 - - - - - - - - - 2 第 1 章 总体设计方案1.1 系统设计程序的基本结构1.1.1 系统控制结构图当按下启动开关正常工作时，通过PLC的控制下进行灌装、计数工作。当按下停止开关时，系统停止工作。图 1-1 系统控制结构图1.1.2 饮料灌装流水线的基本结构图图 1-2 饮料灌装流水线的基本结构图 PLC 启动开关停止开关灌装设备计数名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 25 页 - - - - - - - - - 3 1.2 灌装流水线的工作原理灌装流水线的运作是通过电机和灌装设备来控制的。通过电动机的运转，带动流水线的工作。而灌装设备的开通则直接控制饮料流通。通过输入PLC 软件程序，直接控制电机及流水线的运作。流水线由传感器实时监控，由PLC 控制，控制准确。自动化程度高。1.3 方案的比较选择检查空瓶满瓶个数时应应用液位传感器检测饮料是否灌装到要求的液位，但由于有计时器定时灌装时间，且系统设计没有此要求，综合考虑经济效益与简化系统要求，不选择液位传感器。本系统在程序编写时，采用了调用子程序，使程序模块化，简洁有序，实现了罐装的自动检测，自动灌装，自动循环，自动计数，满足了系统的要求。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 25 页 - - - - - - - - - 4 第 2 章 硬件控制设计2.1 PLC 的选择2.1.1 PLC 的结构与特点PLC的构成从结构上分， PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括 CPU 板、I/O 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式 PLC包括 CPU 模块、 I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。PLC编程简介体积小，重量轻，耗电少，接线编程简单，可靠性高，反应快，可靠性高，抗干扰能力强。 PLC一经出现，由于它的自动化程度高、可靠性好，设计周期短、使用和维护简便等独特优点，备受国内外工程技术人员和工商业界厂商的极大关注，生产 PLC的厂商孕起。随着大规模集成电路和微处理器在PLC中应用，是 PLC的功能不断得到增强，产品得到飞速发展。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。PLC常用程序设计语言简介方源可编程控制器程序设计语言。 在可编程控制器中有多种程序设计语言，它们是梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。 其中梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。是最广泛，最受欢迎的一种编程语言。它采用梯形图程序设计语言，程序采用梯形图的形式描述。这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果。 每个梯级是一个因果关系。 在梯级中，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在后面。梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言。它来源于继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。2.1.2 选择 PLC S7-200 系列 PLC是西门子公司 20 世纪 90年代推出的整体式小型可编程控制器，早些时候称为 CPU21X, 其后的改进型称为CPU22X, 其结构紧凑、功能强，焗油很高的性能价格比，在中小规模控制系统中应用广泛。 S7-22X 像此类 PLC可提供 5 种不同的基本单元和多种规格的扩展单元。其系统构成除基本单元。扩展单元外，还有编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。 22X 系列 CPU具有很强的功能，如自带高速计数器、通讯口、具有脉冲输出功、实时时钟、能进行浮点运算等。此外吗，S7-200 系列 PLC允许在程序中立即读写输入、输名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 25 页 - - - - - - - - - 5 出口，允许在程序中使用终端，允许设定通讯人物的处理时间，允许设置停止模式数字量输出状态，可以有用户自己定义存储器的掉电保护区，可以允许数字量时间，允许设置停止模式数字量输出状态，可以允许数字量及模拟量输入加滤波器，还具有窄脉冲捕捉功能，为复杂的工业控制提供方便。2.2 传感器的选择灌装监测传感器选型为：光电传感器（热型红外线传感器）。采用红外线传感器来监测空瓶子的到来后动作，起到接通开关的作用。它是利用被测物体热辐射引起敏感元件温度的变化进行测量。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 25 页 - - - - - - - - - 6 第 3 章 软件控制设计3.1 系统流程图在灌装饮料生产流水线的控制中，按下启动按钮，电动机带动传送带开始工作，与此同时开始运行空瓶、满瓶计数程序。当光电传感器检测到空瓶到达时，断开传送带电机，停留一秒使传送带稳定后，控制装瓶的装置启动。5 秒后装瓶结束开始启动传送带电机，实现循环工作。按下停止按钮时，整个生产流程停止工作。5s 检测信号灌装结束循环图 3-1 系统流程图启动驱动电机停 1 秒装罐停止名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 25 页 - - - - - - - - - 7 3.2 主电路接线图本设计使用两个电动机M1 、M2分别控制传送带的直线运动和饮料的灌装动作。控制的主电路连接图如图3-2 所示。图 3-2 主电路接线图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 25 页 - - - - - - - - - 8 3.3 I/O地址分配表表 3-1 I/O地址分配表控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码输入信号启动信号常开按钮SB1I0.0停止信号常闭按钮SB2I0.1定位信号光电传感器SLI0.2满瓶计数光电传感器SR1I0.3空瓶计数光电传感器SR2I0.4手动清零常开按钮SB3I0.5输出信号传送带电动机驱动信号传送带电动机KM1Q0.0灌装电动机驱动信号灌装电动机KM2Q0.1报警信号报警灯HL Q0.2 3.4 元件清单表 3-2 元件清单名称数量PLC 1 传感器3 定时器2 开关3 报警灯1 交流电动机2 交流接触器2 熔断器2 热继电器2 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 25 页 - - - - - - - - - 9 3.5 I/O接线图图 3-3 I/O接线图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 25 页 - - - - - - - - - 10 3.6 梯形图梯形图是 PLC编程的高级语言 , 所有 PLC厂家的 PLC产品均支持梯形图语言编程。梯形图只有触点 ( 表示输入条件 ) 、线圈( 表示输出结果 ) 和指令盒 ( 表示一些复杂功能的附加指令 ) 三种基本指令格式 , 利用梯形图编程器可以建立与电气原理图相类似的程序,具有梯级或网络段结构 , 有利于程序的阅读理解、运行调试和修正很容易被PLC编程人员和维护人员接受和掌握。鉴于这个原因，在此次课程设计中选择用PLC梯形图语言进行程序编写，使可视化程度更好。编写程序梯形图见附录1。3.7 语句表虽然梯形图易于掌握、结构简便，但梯形图没有语句表强大，复杂的程序无法用梯形图编写，所以很多高级的编程人员是用语句表编写。把梯形图通过人工编译的方式转换为语句表又较为复杂。而在STEP7-MICRO/WINSP4系统中可以直接将梯形图识别、编译成 PLC直接识别的指令序列。 点击菜单栏里的查看， 由选择梯形图变为STL,即可看到梯形图直接转化成了语句表。具体程序的语句表见附录2。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 25 页 - - - - - - - - - 11 第 4 章 调试说明在电脑上安装 STEP7-Micro/WIN32软件，将程序输入STEP7-Micro/WIN32软件中，在电脑上进行语法检查，初步仿真调试。在检查无误后，导出程序，打开老师给的离线模拟软件，选择合适的 CPU 并载入已经到处的程序段进行仿真模拟运行，仿真界面如下图 4-1 所示。图 4-1 模拟程序运行图然后老师组织大家去实验室，将PLC程序传入程序控制器中，对各个输入I/O 口给信号处理，看各个输出口是否有相应的输出，如果没有按照设计要求输出，对程序进行更改，直到各输出口有相应的输出。最终使整个系统能准确、可靠的工作。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 25 页 - - - - - - - - - 12 结论本次设计的系统结构简单，实现了系统的的所有要求，包括自动灌装，自动循环，自动计数等，适用于小规模小投入的生产，但本次设计还存在严重的不足，考虑的问题比较简单，有很多实际生产的细节都没有考虑到，比如罐装的液位是否达到要求，灌装结束后启动时瓶子的平稳是否得到保证，瓶子在灌装器下如何准确定位等等，都需要进一步的考虑，需要更多的实践和知识的积累。通过饮料罐装生产流水线的PLC控制课程设计，掌握了什么是设计程序，设计程序工作的基本过程及各阶段的基本任务，熟悉了设计程序总流程图， 加深了对 PLC的理解，课本上的知识是机械的，表面的。通过努力把课本上的知识变得更为简单，对实验原理也有了更深的理解。通过这次课程设计，使我更为全面系统的了解PLC的构造原理和基本实现方法。把课本的知识变得生动有趣，激发了我们的学习积极性，把学过的原理加以强化，把课堂学过的知识通过自己的设计程序表示出来，加深了对理论知识的理解。现在通过自己的动对手做实验，理论联系实际，对PLC的原理认识更加深刻。在调试时应该很仔细，一步一步调试下来，做到准确无误。这次课程使我意识到只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才是正确的，才能提高自己动手能力和独立思索的能力。同时对于PLC发展历史、强大功能、应用领域以及系列知识得到了大概的系统认识，也初步了解了一个完整的系统开发的过程， 本次课设，对于创造思维的培养和开发能力的锻炼有很大的帮助。在编程过程中，领略到了熟能生巧的含义。编程不仅要求有良好的基础，而且要求对各种程序有深刻的了解，同时深切感受到团队合作的重要性，尤其是在查资料的过程中，人多力量大，大家一起努力，查找资料的效率就提高了许多，大家在一起探讨，相互学习，分工细化，互相提高，解决问题的速度就快多了。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 25 页 - - - - - - - - - 13 设计总结通过饮料罐装生产流水线的PLC控制课程设计，掌握了什么是设计程序，设计程序工作的基本过程及各阶段的基本任务，熟悉了设计程序总流程图， 加深了对 PLC的理解，课本上的知识是机械的，表面的。通过努力把课本上的知识变得更为简单，对实验原理也有了更深的理解。通过这次课程设计，使我更为全面系统的了解PLC的构造原理和基本实现方法。把课本的知识变得生动有趣，激发了我们的学习积极性，把学过的原理加以强化，把课堂学过的知识通过自己的设计程序表示出来，加深了对理论知识的理解。现在通过自己的动对手做实验，理论联系实际，对PLC的原理认识更加深刻。在调试时应该很仔细，一步一步调试下来，做到准确无误。这次课程使我意识到只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才是正确的，才能提高自己动手能力和独立思索的能力。同时对于PLC发展历史、强大功能、应用领域以及系列知识得到了大概的系统认识，也初步了解了一个完整的系统开发的过程， 本次课设，对于创造思维的培养和开发能力的锻炼有很大的帮助。在编程过程中，领略到了熟能生巧的含义。编程不仅要求有良好的基础，而且要求对各种程序有深刻的了解，同时深切感受到团队合作的重要性，尤其是在查资料的过程中，人多力量大，大家一起努力，查找资料的效率就提高了许多，大家在一起探讨，相互学习，分工细化，互相提高，解决问题的速度就快多了。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 25 页 - - - - - - - - - 14 谢辞感谢在此次课程设计中给予我指导的老师，老师用渊博的知识， 耐心的给我们指导，真正起到了抛砖引玉的目的。这次课设让我的动手能力得到了大大的锻炼，解决实际问题的能力得到了大大的提高，为以后学习和工作奠定了一定的基础。在此，非常感谢苏老师对我们的帮助和悉心的指导。本课题在选题及研究过程中王老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。王宗才老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。在他的引导下，我认识了有了设计的思路，极大的开拓了我的学术视野，也为本篇设计打下了理论基础。在这次设计王宗才老师又给我提出了许多宝贵的意见。虽然我遇到了许多困难，但是我及时的和老师讨论这些问题，最终问题都迎刃而解了。减少了我在这次设计中的困惑和完成时间。在论文撰写方面更是给予了方向性的指导和建设性的意见和建议。最后感谢在大学三年半期间，传授我知识的老师们，感谢在学习和生活上给予我帮助的同学们，没有他们的帮助就没有我今天的成绩。经过两周的学习，本次课程设计已经接近尾声，作为一个在校学生，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，毕竟这次设计是我第一次进行电气全面和系统的设计，疏漏和不足之处在所难免，可能存在许多细节未做到及时处理，请老师指正，以帮助我不断提高，不断进步。我相信通过这次全面系统的设计以及在这个过程中各位老师的不断点拨，在今后的工作中我一定会做到更好。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 25 页 - - - - - - - - - 15 附录附录一程序梯形图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 25 页 - - - - - - - - - 16 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 25 页 - - - - - - - - - 17 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 25 页 - - - - - - - - - 18 附录二程序语句表TITLE=饮料灌装流水线主程序及生产程序Network 1 / Network Title / 启动LD I0.0 O M0.0 AN I0.1 = M0.0 Network 2 / 调用计数子程序LD M0.0 CALL SBR0 Network 3 / 电机启动LD M0.0 O T38 AN I0.2 = Q0.0 Network 4 / 定时 1 秒LD I0.2 TON T37, 10 Network 5 / 灌装LD T37 AN T38 = Q0.1 A SM0.5 = Q0.2 Network 6 / 定时 5 秒LD T38 A I0.2 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 25 页 - - - - - - - - - 19 O Q0.1 TON T38, 50 TITLE=SUBROUTINE COMMENTS Network 1 / Network Title / 手动清零LD I0.5 = M0.1 Network 2 / 满瓶计数低四位LD I0.3 EU LD C0 O M0.1 CTU C0, 10000 Network 3 / 满瓶计数高四位LD C0 LD C1 O M0.1 CTU C1, 10000 Network 4 / 空瓶计数低四位LD I0.4 EU LD C2 O M0.1 CTU C2, 10000 Network 5 / 空瓶计数高四位LD C2 LD C3 O M0.1 CTU C3, 10000 Network 6 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 23 页，共 25 页 - - - - - - - - - 20 / 箱数计数LD I0.3 EU LD C4 CTU C4, 10000 Network 7 / 箱数LD C4 LD C5 CTU C5, 12 Network 8 / 子程序返回LD SM0.0 CRET名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 24 页，共 25 页 - - - - - - - - - 21 参考文献1 张万忠 . 电器与 PLC控制技术第二版 . 北京: 化学工业出版社， 2007 2 肖清，王忠峰编 . 西门子 PLC课程设计指导书 . 江西理工大学应用科学学院3 肖清，王忠峰编 . 电器与 PLC控制技术实验指导书 . 江西理工大学应用科学学院4 易泓可主编 . 电气控制系统实际基础与范例. 北京：机械工业出版社， 2005 5 李道霖 . 电气控制与 PLC原理及应用 M 北京 : 电子工业出版社， 2004 6 史国生主编 . 电气控制与可编程控制其技术第二版. 北京：化学工业出版社教材出版中心， 2005 7 张万忠 . 可编程控制器入门与应用实例. 北京：中国电力出版社， 2004 8 郝永兴 , 苗满香 , 罗小燕主编 . 机电传动控制 . 湖北：华中科技大学出版社，2006 9 廖 常 初 . 可 编 程 序 控 制 器 应 用 技 术 . 重庆：重庆大学出版社， 2005 10 范永胜 . 电气控制与 PLC应用. 北京：中国电力出版社，2007 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 25 页，共 25 页 - - - - - - - - -