基于PLC的饮料灌装生产流水线控制系统的设计论文.doc

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1、基于PLC的饮料灌装生产流水线控制系统的设计摘要PLC 随着电脑和网络通讯技术的发展，企业对生产过程的自动控制和信息通讯提出了更高的要求。饮料生产线比较复杂，生产环节也很多。其中饮料的灌装就是饮料生产线上重要的生产环节。控制系统主要由一台PLC、交流异步电机、液罐、多个灌装状态检测传感器、故障报警蜂鸣器、产量统计显示器等组成。其中电机用来控制运送饮料瓶的传送带部分。本控制系统有两个特点：一是输入、输出设备比较多；二是所需实现的控制是顺序逻辑控制、模块控制以及计算统计功能。西门子S7-300系列PLC在模块控制、高速计数和计算方面的功能较强，实现比较方便。因此本系统选用了S7-300型号的PLC

2、进行控制，既满足了控制系统所需的I/O点数，又满足了被控对象的控制要求。采用PLC控制饮料灌装生产线，实现了饮料生产线的自动化、智能化。对劳动生产率的提高，饮料质量和产量的提高具有深远的意义。关键词 S7-300可编程序控制器PLC/自动化/智能化基于PLC的饮料灌装生产流水线控制系统的设计第1章 课题背景研究 饮料灌装生产流水线的概述近年来，饮料工业发展迅猛，碳酸饮料、果汁饮料、蔬菜汁饮料、含乳饮料、瓶装饮用水、茶饮料等品种不断丰富，产量上的飘红，使得对设备市场的需求也呈牛市。 国外灌装与封口设备向高速发展世界灌装机向高速、多用、高精度方向发展，目前部分灌装生产线已可以在玻璃瓶与塑料容器聚酯

3、瓶、碳酸饮料与非碳酸饮料、热灌装与冷灌装等不同要求和环境下作用。目前碳酸饮料灌装机灌装速度最高已达2000罐分，德国HK公司灌装机的灌装阀多达165头，SEN公司 144头，Krones公司178头，灌装机直径大至5米，灌装精度05ml以下。非碳酸饮料灌装机灌装阀50100头，灌装速度最高达1500罐分，灌装机料槽转速2025转分，速度提高1倍。可以进行茶饮料、咖啡饮料、豆乳和果汁饮料等多种饮料的热灌装，国外热灌装饮料封口后不再进行二次杀菌。碳酸饮料常温灌装已酝酿20多年，常温碳酸化可以降低饮料成本，有利环保。非碳酸饮料充氮系统采用加压方式或液氮滴入方式向铝罐或PET瓶内灌注液氮惰性气体，可以

4、保护内容物，减少营养素的损失。目前PET瓶装茶饮料通常采用热灌装方法，为了降低灌装温度，提高茶饮料风味，确保产品卫生安全，已开发PET树脂成型使用130蒸汽杀菌和特殊灌装头灌装的简便式无菌包装机，同时正在开发冰咖啡等低酸性饮料两片薄壁罐的无菌包装技术，以实现薄壁罐的无菌包装。国内灌装生产线全方位发展我国饮料灌装设备基本是在引进设备和技术的基础上发展起来的，八十年代，引进各种饮料灌装生产线300多条，包括啤酒灌装线达500多条。随着工业自动化水平日益提高，众多工业企业均面临着传统生产线的改造和重新设计问题。PLC是以微处理器为核心的工业控制装置，它将传统的继电器控制系统与电脑技术结合在一起，近年

5、来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到普遍应用。作为通用工业控制电脑，其实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃，在世界工业控制中发挥着越来越重要的作用.几年前，自动化技术只占包装机械设计的30%，现在已占50%以上，大量使用了微电脑设计和机电一体化控制。提高包装机械自动化程度的目的：一是为了提高生产率；二是为了提高设备的柔性和灵活性；三是为了提高包装机械完成复杂动作的能力。饮料灌装机用于灌装各种各样的瓶装饮料，适合大中型饮料生产厂家，早期的灌装机械大多数采用容积泵式、蠕动泵式作为计量方法。这些方法存在一些缺点。例如：灌装精度和稳定性难以保证、更换灌装规格困难等。本系统采用的饮

6、料分装计量是通过时间和单位时间流量来确定的，计量精度由PLC控制确定。PLC控制具有编程简单、工作可靠、使用方便等特点，在工业自动化控制领域广泛应用。专为PLC应用而实际的触摸屏集主机、输入和输出设备于一体，适合在恶略的工业环境中使用. 饮料灌装装置主要包括两部分：恒压储液罐灌液和计数部分。在恒压储液罐灌液不封，里面有上限液位和下线液位传感器，它们淹没时是1状态。液面低于下线液位时恒压储液罐为空。饮料通过进液电磁阀流入恒压储液罐，液面到达上限位时进液电磁阀断电关闭，使液位保持恒定。鉴于PLC可靠性高、耐恶劣环境能力强、使用极为方便三大特点，利用PLC技术平台自主开发创新，将机械、电气和自动化等

7、技术有机结合，将传统的继电器-接触器控制功能用PLC代替，构成实用、可靠的饮料灌装生产线PLC控制系统。该控制系统可节省大量电气元件、导线与原材料,缩短设计周期,减少维修工作量,提高加工零件合格率,进而提高生产率，而且程序调整修改方便灵活，提高了设备的柔性和灵活性。具有整体技术经济效益。随着工业自动化水平日益提高，众多工业企业均面临着传统生产线的改造和重新设计问题。目前，饮料的灌装伸长已经实现自动化，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及其在使用先进的灌装技术来提高及

8、其的自动化电气控制水平和生产效率。PLC是以微处理器为核心的工业控制装置，它将传统的继电器控制系统与电脑技术结合在一起，近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到普遍应用。作为通用工业控制电脑，其实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃，在世界工业控制中发挥着越来越重要的作用。鉴于此，设计者利用PLC的功能和特点设计出了一款饮料灌装生产流水线控制系统 目前饮料灌装生产线的控制过程主要是继电器接触控制，但这种电路接线复杂，可靠性低，使得工业生产的效率得不到提高3-4。不过，随着时代的发展，饮料灌装生产线的控制过程正朝着智能化和自动化的方向发展。PLC是微机技术与传统的继电接触控制

9、技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的电脑编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践5-12。 生产流水线的概念生产流水线是生产型企业最常用的制造产品的形式，它是由一群人或机器人在一个接一个的完成一项半成品或成品的加工及检验和

10、包装，由于是有些采用行走的输送带承载被加工的物品，因此被称为流水线生产。 生产流水线的形式及特点(1) 板链式装配流水线特点：承载的产品比较重，和生产线同步运行，可以实现产品的爬坡；生产的节拍不是很快；以链板面作为承载，可以实现产品的平稳输送。(2) 滚筒式流水线特点：承载的产品类型广泛，所受限制少；与阻挡器配合使用，可以实现产品的连续、节拍运行以及积放的功能；采用顶升平移装置，可以实现产品的离线返修或检测而不影响整个流水线的运行。(3) 皮带式流水线特点：承载的产品比较轻，形状限制少；和生产线同步运行，可以实现产品的爬坡转向；以皮带作为载体和输送，可以实现产品的平稳输送，噪音小；可以实现轻型

11、物料或产品较长距离的输送。(4) 差速输送流水线特点：差速输送流水线采用倍速链牵引，工装板可以自由传送，采用阻挡器定位使工件自由运动或停止，工件在两端可以自动顶升，横移过渡。还可以在线可设旋转、专机、检测设备、机械手等。第2章 课题研究内容 设计要求本课题对饮料罐装生产流水线的硬件和软件进行了设计。其中硬件设计包括三菱S7-300 PLC外部电路的设计与安装；软件部分包括程序的设计与调试。根据系统的要求对PLC、电动机、传感器等外部设备进行选型。设计好的饮料灌装生产流水线能够实现以下目的：（1） 系统通过开关设定为自动操作模式，一旦启动，则传送带的驱动电机启动并一直保持到停止开关动作或待灌装的

12、饮料瓶被传送至灌装设备下时停止；瓶子装满饮料并上盖后，传送带驱动电机必须自动启动，并保持到下一个待灌装的饮料瓶被传送至灌装设备下或停止开关动作； 2当瓶子定位在灌装设备下时，停顿1s，灌装设备开始工作，对于大瓶灌装8秒钟，小瓶则灌装5秒钟，待灌装过程完毕再对饮料瓶进行上盖，上盖时间为2秒钟。整个灌装和上盖过程应有报警显示，待上盖完毕后不再显示报警；报警方式为红灯以间隔闪烁； 3包装上，对于小瓶：40瓶为一大包，30瓶为一中包，20瓶为一小包；对于大瓶：20瓶为一大包，15瓶为一中包10瓶为一小包；4能够实现对生产产品进行自动记数并可以手动对计数器清零。 饮料灌装生产流水线模型饮料灌装自动化生产

13、线示意图如图1-1所示。生产线由瓶子传送带和灌装液罐组成，传送带由电动机驱动，可以正转和反转。电动机正转时，传送的瓶子依次通过空瓶、灌装、满瓶和终端4个工位。自动化生产线的控制台可以用普通的控制面板实现，也可以用HMI人机界面设备实现。控制面板上有启动/停止按钮、急停按钮、下位/上位选择开关、手动/自动选择开关、正反转点动按钮、故障复位按钮、计数清零按钮及各种指示灯等。图1-1 饮料灌装生产流水线模型欲完成以上的控制动作，需要通过可编程控制器来对生产线的控制。 可编程控制器的产生和定义可编程控制器的缩写为PLCProgramable Logical Controller，是将电脑技术、自动化技

14、术和通信技术融为一体，专为工业环境下应用而设计的控制设备。20世纪60年代，生产过程及各种设备的控制主要是继电器控制系统。继电器控制简单、实用，但存在着明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难以实现较复杂的控制特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，一旦动作顺序或生产工艺发生变化时，就必须进行重新设计、布线、装配和调试，所以通用性和灵活性较差。生产上迫切需要一种使用方便灵活、性能完善、工作可靠的新一代生产过程自动控制系统。1968年美国GM通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年美国数宇公司研制出了第一代可编程序控制器，它具有逻辑运算、定时、计数等顺序等功能。2

15、0世纪80年代后，由于电脑技术的迅猛的发展，PLC采用通用微处理器为核心，具有了函数运算、高速计数、中断技术、PID控制等功能，称为PC(Programable Controller) 即可编程控制器。但由于PCPersonal Computer已成为个人电脑的代名词，为了不与之混淆，人们习惯上仍将可编程控制器称为PLC。经过短短的几十年发展，可编程控制器已经成为自动化技术的三大支柱PLC、机器人和CAD/CAM之一。1982年，国际电工委员会IEC制定了PLC的标准，在1987年12月颁布的第三稿中，对可编程控制器的定义是：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设

16、计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。” 可编程控制器的特点(1) 可靠性高，抗干扰能力强微机虽然具有很强的功能，单抗干扰能力差，工业现场的电磁干扰、电源波动、机械振动、温度和湿度的变化等都可以使一般通用微机不能正常工作。而PLC是专为工业环境应用而设计的，故对于可能受到的电磁干扰、高低温及电源波动等影响，已在PLC硬件及软件的设计上采用了措施。如在硬件方面采用了电和磁的屏蔽，对

17、I/O接口采用了光电隔离，对电源及I/O接口线采用了多种滤波等。而在软件方面采用了故障检测、诊断、信息保护和恢复等手段，一旦发生异常，CPU立即采取有效措施，防止故障扩大，使PLC的可靠性大大提高。(2) 机构简单，应用灵活PLC在硬件结构上采用模块化积木式结构，各种输入输出信号模块、通信模块及一些特殊功能模块品种齐全。针对不同的控制对象，可以方便、灵活地组合成不同要求的控制系统。硬件接线简单，一般不需要很多配套的外围设备。(3) 编程方便，易于使用PLC采用了与继电器控制电路有许多相似之处的梯形图作为主要的编程语言，程序形象直观，指令简单易学，编程步骤和方法容易理解和掌握，不需要具备专门的电

18、脑知识，只要具有一定的电工和工艺知识的人员都可以在短时间内学会。(4) 功能完善，适用性强PLC具有对数字量和模拟量很强的处理功能，如逻辑运算、算术运算、特殊函数运算等。PLC具有常用的控制功能，如PID闭环回路控制、中断控制等。PLC可以扩展特殊功能，如高速计数、电子凸轮控制、伺服电动机定位、多轴运动插补控制等。PLC可以组成多种工业网络，实现数据传送、上位监控等功能。 设计PLC控制时，应遵循以下基本原则(1) 最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深

19、入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。(2) 保证PLC控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下如突然掉电再上电、按钮按错等，也能正常工作。(3) 力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，

20、但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。(4) 适应发展的需要由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改良。实际上PLC控制系统的设计，按照国外发达国家的标准：首先考虑的是系统的安全性、可靠性设计

21、，然后才是根据控制工艺要求进行控制流程设计，然后就是编写切实可行、高效的PLC程序，这里在安全性、可靠性设计要求的前提下，编写相应的PLC程序非常重要，硬件上保证的安全性，以及软件PLC程序中的安全考虑应该同步进行 任务的分析本次设计的任务是以S7-300系列PLC作为处理核心，用行程开关、传感器将生产过程中的信号如空瓶的运行的位置、饮料瓶的大小等等处理后送给PLC处理器，由PLC对数据进行运算，然后输出驱动信号如接触器、电磁阀等等来完成饮料罐装生产过程的流水线操作。该系统的总体思路：此生产线为全自动控制的，生产线一旦上电，PLC将通过软件对生产线进行自动控制：通过输出继电器控制传送带的停转和

22、对饮料瓶灌装的控制，实现对系统状态的显示，并且通过PLC内部的计数器对所生产的产品进行计数。 硬件方案设计饮料的灌装是采用了饮料灌装机，饮料灌装机将灌装装置以及封盖装置集合在一起，使饮料的灌装稳定、高效的完成。对于饮料瓶大小的区别是通过反射式光电传感器工作来实现的。利用辅助继电器对计数器进行正电平触发来实现对所生产产品的计数。生产流水线结构如图1-1所示。系统的工作原理：系统一旦上电，传送带驱动电动机运转，待空饮料瓶行至行程开关，行程开关闭合，电动机停转，灌装设备通过阀门的关断来控制饮料灌装的时间，待饮料灌装过程完毕后电动机恢复转动，如此循环实现生产线上的自动控制。对于传送带上的饮料瓶大小的区

23、分，是通过下列图中所在位置的反射式光电传感器工作来实现的。 软件方案设计PLC软件方案设计的方法有经验设计法，逻辑设计法等。1经验设计法梯形图的经验设计法是比较广泛的一种方法。这种方法没有普遍的规律可以遵循,具有很大的试探性很随意性,最后的结果不是唯一的。该方法的核心是输出线圈。以下是经验设计方法的基本步骤：1.了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况。2.确定PLC的输入信号和输出负载，画出PLC的外部接线图。3.确定与继电器电路图的中间继电器，时间继电器对应的梯形图中的辅助继电器M和定时器T的元件号。4.根据前面的对应关系画出梯形图。2逻辑设计法逻辑设计法的理论基础是逻辑代数。而继电器

24、控制系统的本质是逻辑线路。看一个电气控制线路都会发现,线路的接通和断开,都是通过继电器等元件的触点来实现的,故控制线路的种种功能必定取决于这些触点的开，合两种状态。因此电气控制电路从本质上说是一种逻辑线路,它符合逻辑运算的基本规律。具体步骤如下列图1-2所示:图1-2 PLC逻辑设计步骤图第3章 元件的选择3.1 PLC的选型根据饮料罐装自动生产线的工艺流程图，PLC控制系统的输人信号有9个，且均为开关量。PLC控制系统的输出信号有10个。PLC主要主要考虑一下几点：I/O信号的点数：根据已确定的I/O设备统计所需要的I/O信号的点数，选择是否支持扩展机架的CPU。网络通讯的模式：根据控制要求

25、的信号传输方式所需要网络接口的形式，选择支持现场总线的网络、工业以亚太网络或点到点通讯的CPU。如果网络有路由要求，则选择集成了该功能的CPU。PLC输入/输出端口地址的分配如表1-3所示。输入信号输出信号名称功能编号名称功能编号SB0启动按钮KM1传送带电动机SB1停止按钮YV1灌装电磁阀ST0行程开关YV2小瓶封盖S0光电传感器YV3大瓶封盖SB4大包HL4大包SB5中包HL5中包SB6小包HL6小包SB7散装HL7散装SB10手动复位HL10系统上电显示HL11灌装过程显示表1-3 PLC I/O端地址编号对照表3.2 电动机的选型目前市面上的电动机类型多种多样，用于驱动传送带传送的电动

26、机的类型也数不胜数13-14。基于该系统的控制要求与各类型电动机的结构特点和工作场合，并考虑到经济性和实用性，本系统选择的电动机型号为Y132M-4，其性能参数如表1-4所示。电流电压最大转矩额定转速极数频率额定功率15.4 A380V1440 r/min450 Hz表1-4 Y132M-4型电动机的性能参数3.3 接触器的选型接触器是一种用来接通或断开带负载的交直流主电路或大容量控制电路的自动化切换器，主要控制对象是电动机。通用接触器可大致分以下两类。 1交流接触器。主要有电磁机构、触头系统、灭弧装置等组成。常用的是CJ1、0CJ12、CJ12B等系列。2直流接触器，一般用于控制直流电器设备

27、，线圈中通以直流电，直流接触器的动作原理和结构基本上与交流接触器是相同的。接触器的选型有诸多因素外与负载密切相关一般三相异步电机的起动电流为额定电流的3-5倍。所以接触器的额定电流为： IN=36A (3-1)综上所述，本系统选用CJ10-40接触器：额定电流为40A,额定电压为380V。3.4 热继电器的选型热继电器由两部分组成，每一部分安装的位置不同。一部分是主触点，接在电动机与接触器KM之间。另一部分是接在控制电路中，与接触器KM的线圈电路相串联。热继电器在控制线路中起过载保护的功能。热继电器是采用双金属热元件，动作机构，常闭触头和常开触头，复位按钮及整定电流调节旋钮等构成。根据双金属热

28、元件的数目可分为两极和三极型热器，而三极型又分带断相保护和不带断相保护两种。主电动机M1的额定电流15A，FR1可以选用JR16，热元件电流为20A，电流整定范围为14-22A工作时将额定电流调整为15A。3.5 开关电器、熔断器的选型行程开关是一种由物体的位移来决定电路通断的开关，选用型号为LXK2-131型。熔断器选用RL1-15型熔点器，熔体的额定电流为30A。3.6 传感器的选型系统中运用传感器对饮料瓶的大小进行区别，根据设计需要选择反射式光电传感器15。反射式光电传感器的工作原理如图1-5所示。图1-5 反射式光电传感器原理图该系统选择的反射式光电传感器型号为PM2-LF10,其性能

29、参数如表1-6所示。性能参数检测距离2.58mm(中心：5mm)白色无光泽纸(1515mm)最小检测物体 0.05mm铜线(设定距离：5mm)应差使用白色无光泽纸(1515mm)工作距离的20%以下重复精度(垂直于检测轴)电源电压524V DC10% 脉动P-P5%以下消耗电流平均：25mA以下，峰值：80mA以下输出NPN开路集电极晶体管最大流入电流：100mA外加电压：30V DC以下(输出和0V之间)剩余电压：1V以下(流入电流为100mA时)0.4V以下(流入电流为16mA时)短路保护装备反应时间表1-6 PM2-LF10反射式光电传感器的性能参数第4章 系统硬件电路实现4.1 统硬件

30、结构框图 系统的硬件分为主电路、控制电路、辅助电路三大部分，控制电路控制主电路，辅助电电路起辅助信号显示的作用，它们之间的关系如图1-7所示：图1-7 硬件电路关系图4.2 主电路的设计传送带用电动机M1来运行，并用接触器KM1来控制电动机的运行与停止。由热继电器FR1实现过载保护。断路器QF1、QF2、QF3将三相电源引入，同时QF1、QF2、QF3为电路提供短路保护。饮料罐装生产的主控制电路如图1-8所示。图1-8 主控制电路图4.3 控制电路的设计PLC控制系统的输人信号有9个，且均为开关量。其中各种单操作按钮开关6个，分别 SB0 启动按钮、SB1 停止按钮、SB4 大包、SB5 中包

31、、SB6 小包、SB7 散装、SB10 手动复位按钮。行程开关1个，传感器开关1个。PLC控制系统的输出信号有10个，其中1个用于驱动传送带电动机的接触器KM1, 3个电磁阀分别用于大瓶和小瓶的封盖及饮料罐装，6个用于生产线上的状态显示。如图1-9所示。图1-9 三菱PLC外部接线图4.4 操作面板的设计操作面板本着操作简单，直观明了的，对饮料罐装自动生产线的每一步都能准确显示，方便工作人员的工作为原则而设计。如图1-10所示。面板中的按钮有停止、启动和手动复位按钮，以及选择大包、中包、小包和散装的按钮。显示灯有大包、中包、小包和散装的显示灯，还有上电显示和灌装过程显示。本系统还设置了两种灌装

32、模式即大瓶、小瓶灌装，四种包装方式即大瓶的大、中、小包装和散装及小瓶的大、中、小包装和散装 。这样做有利于不同层次的需要。图1-10 操作面板外形图第5章 系统程序的设计5.1 控制要求和控制过程分析系统通过开关设定为自动操作模式，一旦启动，则传送带的驱动电机启动并一直保持到停止开关动作或灌装设备下的传感器检测到一个瓶子时停止；瓶子装满饮料后，传送带驱动电机必须自动启动，并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作。当瓶子定位在灌装设备下时，停顿1s，灌装设备开始工作，灌装过程为小瓶装5s钟，大瓶装8S钟，然后均上盖时间为2秒，灌装和上盖过程应有报警显示，上盖过程停止并不再显示报警；报警方式为红灯以

33、间隔闪烁。与此同时对生产的饮料进行打包并计数，对于小瓶：40瓶为一大包，30瓶为一中包，20瓶为一小包；对于大瓶：20瓶为一大包，15瓶为一中包，10瓶为一小包。在生产过程中可以对各计数器手动清零，系统每8小时将所记数据送入指定的存储器中，然后将记数器清零。在电动机运转时按下停止按钮，系统会马上停止工作：而在系统进行灌装和加盖时按下停止按钮，系统不会马上停止工作，而要待加盖工作完成后，系统最终停止工作。系统过程流程图和顺序功能图分别如下列图2-1和图2-2所示。5.2 I/O端口分配X0：启动 Y0：驱动电动机转动X1：停止 Y1：灌装饮料X2：行程开关 Y2：小瓶上盖X3：传感器 Y3：大瓶

34、上盖X4：选择大包包装 Y4：显示大包包装X5：选择中包包装 Y5：显示中包包装X6：选择小包包装 Y6：显示小包包装X7：选择散装 Y7：显示散装X10：手动复位 Y10：系统上电显示Y11：灌装和上盖过程显示图2-1 过程流程图图2-2 顺序功能图5.3 梯形图 始化程序初始化，启动时、按下复位钮和8小时将程序中用到的计数器置零5. 装箱选择程序对生产好的饮料进行装箱选择：X4 X5 X6 X7所对应的按钮SB4 SB5 SB6 SB7分别用于选择包装的类型：大包 中包 小包 散装。5. 流水线主控程序生产流水线主控电路的自动控制：系统通过开关设定为自动操作模式，一旦启动，则传送带的驱动电

35、机启动并一直保持到停止开关动作或灌装设备下的传感器检测到一个瓶子时停止；瓶子装满饮料并上盖后，传送带驱动电机必须自动启动，并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作；当瓶子定位在灌装设备下时，停顿1s，灌装设备开始工作，对于大瓶灌装8秒钟，小瓶则灌装5秒钟，待灌装过程完毕再对饮料瓶进行上盖，上盖时间为2秒钟。当系统正在运行装罐时，按下停止按钮，系统并不会马上停止运行，待上盖工作结束后，系统最终停止运转。5. 闪烁报警程序罐装和上盖过程中闪烁报警5.记数程序对于小瓶：40瓶为一大包，30瓶为一中包，20瓶为一小包；对于大瓶：20瓶为一大包，15瓶为一中包10瓶为一小包。并且对所装箱和所生产饮料的数量

36、进行计数。5. 数据传送程序设定8小时传输一次数据，将各记数器中所记数据存储到指定的存储器中。 总结本文介绍了基于西门子S7-300PLC的饮料灌装生产流水线的控制系统的设计。该系统的设计包括硬件设计和软件设计。硬件设计方面，根据系统的控制要求对各硬件设备进行了选型并对西门子S7-300 PLC外部电路接线进行了设计；软件设计方面对软件设计的方法进行了概述，根据要求设计出梯形图并对它进行仿真调试。仿真调试后的控制系统基本上满足以下控制要求：(1) 能对空瓶进行运送、灌装，灌装量可根据空瓶大小设定； 2对满瓶进行运送及计数，计数值包括累计计数、单位包装计数，单位包装计数量可根据包装大小设定； 3

37、能够实现手动复位。利用PLC良好的自动控制性能，本文所设计的饮料灌装生产流水线的控制系统基本上实现了饮料罐装生产过程的无人控制。但对于大型的生产流水线来说，该系统就无法满足其更加复杂、准确、智能的控制要求。该系统需要在传送速率，次品检测等诸多方面作出改良。 基于PLC的饮料灌装生产流水线的控制系统为饮料罐装生产提供了极大地便利，在各种饮料罐装生产行业迅猛发展。随着生产社会化水平的不断提高，基于PLC的饮料灌装生产流水线的控制系统不仅仅局限于饮料罐装生产行业，它在现代的芯片封装，产品包装等流水线作业生产方面也有着相当广阔的前景。参考文献：1 孔凡真.饮料无菌冷灌装生产线的应用是大势所趋J.饮料工

38、业,2007，10(12)2 刘军.国外饮料灌装机现状为我国灌装机指明发展方向J. 中国包装工业,20099(10)3 袁任光.可编程序控制器(PLC)应用技术与实列M.华南理工大学出版社,2001:8-10.4 柯龙瑞.饮料灌装线设计应考虑的假设干因素M.轻工机械出版社 20005 杨旭东、王天杰、刘海生. PLC在饮料灌装机控制系统中的应用J, 机床与液压2005:7-1526 武少斌、殷际英、陈卫.自动化生产线中的饮料灌装技术J.中国科技博览,2006(15)7 陈昌伟、胡国清、张冬至.灌装阀及旋盖头测试实验装置设计J.包装工程 ,2009(3)8 黄睿峰饮料生产线的自动加盏器J.燃气器

39、轮试验与研究成都1994，No4P89 辛蓦洪饮料生产设备的使用与维护M.机槭工业出版社10 廖初常.FX系列PLC编程及应用 M.机械工业出版社,2005:15-19. 11 王兆义可编程控制器教程M.北京：机械工业出版社，2005.12 阮友德.电气控制与PLC实训教程M.人民邮电出版社,200513 汪国梁.电机学M北京机械工业出版社，200714 顾绳谷.电机及拖动基础M. 北京：机械工业出版社,2007.15 陈杰、黄洪.传感器与检测技术M高等教育出版社，2008.致 谢首先感谢河北化工医药职业技术学院三年来对我的精心培养，这三年我的一段比较快乐的时光，也是人生中一段珍贵的经历。通过这一阶段的努力，我的毕业论文饮料灌装生产流水线的PLC控制终于完成了，这意味着大学生活即将结束。在大学阶段，我在学习上和思想上都受益非浅，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。在本论文的写作过程中，从选题到开题报告，从写作提纲，我的指导老师给了我很多专业的意见，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我这次毕业设计过程中给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。毕业设计是一次系统的对自己所学知识的应用过程，毕业设计的完成，这也意味着新的学习生活的开始。我将铭记我是一名化校学子，今后我会吧化校的优良传统发扬光大！感谢各位老师的批评指导。学习文档 仅供参考