【正文】 最后， 簡(jiǎn)要介紹 了世紀(jì)星組態(tài)軟件，對(duì) 世紀(jì)星 具體的模擬過(guò)程 進(jìn)行了 詳細(xì)的敘述，并 附有 汽水灌裝 機(jī) 控制系統(tǒng) 的 組態(tài)畫(huà)面。（論文） 題 目： 基于 PLC 的汽水灌裝 機(jī) 控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 系 別： 信息工程系 專 業(yè)： 自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 王亞克 指導(dǎo)教師： 劉英英 2020 年 6 月 15 日I 摘 要 本論文介紹了可編程控制器與世紀(jì)星監(jiān)控軟件在 汽水 灌裝 機(jī) 中的控制方法 和 原理，采用了 新的檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了整 個(gè) 生產(chǎn)線的自動(dòng)化。本系統(tǒng)設(shè)計(jì) 中 完成了 汽水灌裝 機(jī) 控制系統(tǒng) 的硬件 的 配置和軟 件方面的 設(shè)計(jì)， 并 利用世紀(jì)星組態(tài)軟件 實(shí) 現(xiàn)了 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使 得 整個(gè)設(shè)計(jì)形象，實(shí)用。 人類自從采用容器盛裝液體 以后，就產(chǎn)生了灌裝方法。 我國(guó)在解放前幾乎沒(méi)有灌裝機(jī)械，灌裝生產(chǎn)絕大部分處于手工操作，非常落后。 PLC 產(chǎn)品在抗電磁、噪聲干沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng) 用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 擾、有害廢氣的腐蝕、高溫、粉塵等方面有很高的 能力，能直接和現(xiàn)場(chǎng)各種單元、部件連接，堅(jiān)固耐用，可靠性方面 PLC 的平均無(wú)故障時(shí)間可達(dá) 5 萬(wàn)小時(shí)以上，操作與維修十分方便，功能日益擴(kuò)大。 （ 3） 我國(guó)灌裝業(yè)的 缺陷 我國(guó)的飲料包裝設(shè)備還存在 自動(dòng)化程度低、速度慢、破瓶率高、系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定等缺陷。 （ b） 提高經(jīng)濟(jì)效益。 （ 5） 論文的主要構(gòu)成 本文第 1 部分 對(duì) 汽水 灌裝 機(jī) 控制系統(tǒng) 的認(rèn)識(shí)和灌裝設(shè)備的介紹；第 2 部分 介紹的 是汽水 灌裝 機(jī) 控制系統(tǒng) 的工藝流程 ，首先介紹了 汽水 灌裝 機(jī) 控制系統(tǒng) 的 工作過(guò)程和傳動(dòng)原理 ，其次介紹了 汽水 灌裝 機(jī) 控制系統(tǒng) 的 其他幾個(gè)重要小部件 ；第 3 部分 介紹的是 汽水 灌裝 機(jī) 控 制系統(tǒng) 的 硬件 設(shè)計(jì)， 主要有 PLC 的選型和 PLC 的連接 。 圖 灌裝過(guò)程的俯視圖 這種灌裝機(jī)在食品、飲料行業(yè)應(yīng)用最廣泛，如汽水、果汁、啤酒、牛奶的灌裝，此機(jī)主要由流體輸送 （ 即供料系統(tǒng) ） 、容器輸送 （ 即供瓶系統(tǒng) ） 、灌裝閥、大轉(zhuǎn)盤、傳動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)體、自控等部分所組成，其中灌裝閥是保證灌裝機(jī)能否正常工作的關(guān)鍵。 灌裝的基本方法介紹 各種液體產(chǎn)品的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)均不相同 ， 在灌裝過(guò)程中 ， 為了使產(chǎn)品的特性保持不變，必須采用不同的灌裝方法。這種方法普遍用于含氣飲料，如啤酒、汽水、汽酒等的灌裝。真空法灌裝應(yīng)用面較廣，它即適用于灌裝粘度稍大的液體物料，如油類、糖漿等。 灌裝機(jī)以及灌裝方式的確定 灌裝機(jī)的確定 旋轉(zhuǎn)式灌裝機(jī)無(wú)論在生產(chǎn)效率還是在生產(chǎn)質(zhì)量上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于直線型灌裝機(jī)，對(duì)比直線性灌裝機(jī)，旋轉(zhuǎn)式灌裝機(jī)的設(shè)備更高效化、自動(dòng)化和節(jié)能化。對(duì)于一般的食用液料如瓶裝牛奶、瓶裝酒類、碳酸飲料等，可以采用真空 — 等壓法， 也 可直接采用等壓法。 但是 真空法較之等壓法需增加設(shè)備成本，而且，氧氣量對(duì)碳酸飲料的影響不大，在節(jié)能的方面考慮，可直接采用等 壓灌裝法。等壓灌裝法可以減少 CO2 的損失，保持含氣飲料的質(zhì)量，并能防止灌裝中過(guò)量泛泡， 保證灌裝計(jì)量準(zhǔn)確。一臺(tái)上位計(jì)算機(jī)通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)與 PLC 相連，用于生產(chǎn)線的監(jiān)控和產(chǎn)品數(shù)據(jù)的記錄處理。 操作時(shí)，在 PLC上編制好的程序作為系統(tǒng)工作的條件。升降機(jī)構(gòu)把升降托盤頂起，瓶 子 隨之上升， 當(dāng) 瓶口 卡住閥門的定心罩時(shí) 打開(kāi) 多移 閥的氣門，充氣等壓，然后打開(kāi)液門，進(jìn)行灌液，灌液 完畢 后進(jìn)行壓力釋放，然后關(guān)閉液門、氣門。正是因?yàn)榭删幊炭刂破饔羞@些優(yōu)良的特性，再加上飲料灌裝過(guò)程中有大量的順序控制，所以選用 PLC 來(lái) 對(duì)灌裝設(shè)備進(jìn)行控制。 PLC 的基本設(shè)計(jì)思想是把計(jì)算機(jī)功能完善、靈活、通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制 系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破魇敲嫦蛴脩舻膶Ｓ霉I(yè)控制計(jì)算機(jī)，具有以下明顯的特點(diǎn)： （ 1） 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)： PLC 采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。能直接和現(xiàn)場(chǎng)各 種單元相連接。 能基本滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。 CPM2A 的功能比 CPM1A 有新的提升，例如， CPM2A 指令的條數(shù)增加、功能增強(qiáng)、執(zhí)行速度加快，可擴(kuò)展的 I/O 點(diǎn)數(shù)、 PC 內(nèi)部器件的數(shù)目、程序容量、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量等也都增加了；所有 CPM2A 的 CPU 單元都自帶 RS232C 口，在通信聯(lián)網(wǎng)方面比 CPM1A 改進(jìn)不少。 圖 系統(tǒng)硬件連接圖 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng) 用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 13 灌裝機(jī)的傳動(dòng)原理 旋轉(zhuǎn)型自動(dòng)灌裝機(jī)，所用的動(dòng)力都是電動(dòng)機(jī)，其功率一般在 1~3 千瓦之間，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速通常是很高的 ，而灌裝機(jī)的轉(zhuǎn)速不過(guò)每分鐘幾轉(zhuǎn)，滿足不了灌裝工作的要求，因此，它的傳動(dòng)就需要一套合理的變速系統(tǒng)。 另外，在設(shè)計(jì) 傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)考慮到安裝、調(diào)試、保養(yǎng)的方便性，要滿足人體工程學(xué)的要求，給工人帶來(lái)方便，要盡量縮短維修時(shí)間，要求便于維修、保養(yǎng)。 由 洗瓶機(jī)出來(lái)的瓶子由輸送帶送來(lái)后，為了防止擠壞、堵塞和準(zhǔn)確地送入灌裝機(jī)，必須設(shè)法使瓶子單個(gè)地保持適當(dāng)?shù)拈g距送進(jìn)灌裝機(jī)，目前瓶子的定時(shí)送給一般采用分件供送螺桿或拔盤式等限位機(jī)構(gòu)。 灌裝 閥的功能 灌裝閥是自動(dòng)灌裝機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主體部件，它的功能在于根據(jù)灌裝工藝要求，以最快的速度溝通或切斷貯液箱、氣室和灌裝容器之間流體流動(dòng)的通道，保證灌裝工藝過(guò)程的順利進(jìn)行。 通過(guò)這道程序，使 汽水 在 灌裝過(guò)程中， CO2 的損失 降到最低 。 （ 2） 計(jì)數(shù)器指令（ CNT） 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用了 二 個(gè)計(jì)數(shù)器， 用來(lái)進(jìn)行 加 數(shù)操作，當(dāng)計(jì)數(shù)輸入端（ CP）信號(hào)從“ OFF”、 變?yōu)?“ ON” 時(shí)，計(jì)數(shù)值 加 1，此時(shí)計(jì)數(shù)器內(nèi)的值是 1，以此相 加 ，直到計(jì)數(shù)器當(dāng)前值 為 計(jì)數(shù)器設(shè)定 值 時(shí) ，計(jì)數(shù)器為 “ ON” ；當(dāng)計(jì)數(shù)復(fù)位端（ R）為 “ ON” 時(shí)，計(jì)數(shù)器為 “ OFF” ，且當(dāng)前返回到初始設(shè)定值。 可編程序控制器 I/O 分配 開(kāi)關(guān)量 I/O 模塊的選擇 ： 開(kāi)關(guān)量 I/O 模塊的不同，直接關(guān)系到 I/O 點(diǎn)數(shù)的多少，對(duì)PLC 的應(yīng)用范圍會(huì)產(chǎn)生影響，選擇時(shí)主要考慮點(diǎn)數(shù)、外部電路的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)、電壓的形式和范圍等。 I/O地址分配目的是讓主 CPU 模塊能夠訪問(wèn)其他的模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。 灌裝的方式選擇的是等壓灌裝法，等壓法灌裝的工藝過(guò)程是： 進(jìn)氣 ， 進(jìn)液回氣 ； 停止進(jìn)液 ； 排除余液 。 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng) 用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 17 圖 灌裝機(jī)和傳送帶啟動(dòng)環(huán)節(jié) （ 2） 瓶子進(jìn)入傳送帶以后，通過(guò)傳遞輪子將瓶子等間距送入 瓶 子托盤 升降機(jī)構(gòu) ，當(dāng) 托盤檢測(cè)到壓力（ ）以后，托盤活塞給托盤 升降機(jī)構(gòu) 一個(gè)壓力， 托盤開(kāi)始帶著瓶子 上升（ ），最大上升時(shí)間為 6S（ tim000）。此過(guò)程對(duì)應(yīng)圖 中的 T2 充氣環(huán)節(jié)。 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng) 用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 圖 對(duì)瓶?jī)?nèi)充 CO2環(huán)節(jié) （ 4） 當(dāng)最大充氣時(shí)間 6S 內(nèi)， 氣 閥檢測(cè)到氣壓（ ），則停止充 CO2，在 6S 時(shí)液閥 開(kāi)啟 （ ） ， 開(kāi)始灌裝。此過(guò)程對(duì)應(yīng)圖 中的 T3 灌裝環(huán)節(jié)。此過(guò)程對(duì)應(yīng)圖 中的 T4 托盤下降環(huán)節(jié)。（詳見(jiàn)下方次品撿出器的介紹）。下降完畢托盤等待進(jìn)入下一次循環(huán)。 圖 灌裝環(huán)節(jié) （ 5） 灌裝完畢（ tim002）以后，托盤開(kāi)始下降（ ），下降過(guò)程中同時(shí)關(guān)閉液閥， 回氣管工作 （ ） ，開(kāi)啟 排氣和除余液操作。啟動(dòng) 灌裝 的條件有 2 條： （ 1） 最大充氣時(shí)間 6S 到； （ 2） 氣閥檢測(cè)到瓶子內(nèi)對(duì)外的氣壓?？梢詫?shí)現(xiàn)爆瓶或無(wú)瓶不充氣。 梯形圖如圖 所示。在灌裝機(jī)啟動(dòng)的前提下，按下傳送帶 啟動(dòng)按鈕 （ ），灌裝機(jī)的進(jìn)瓶傳送帶 啟動(dòng) （ ），此處作用是為了防止在灌裝機(jī)啟動(dòng)前便有瓶子進(jìn)入傳送帶，造成擁擠和堆疊，防止送瓶出錯(cuò)。設(shè)計(jì)本控制系統(tǒng)共使用了 9 個(gè)輸入點(diǎn)，13 個(gè)輸出點(diǎn)， I/O 分配如表 所示 [4]。輸出模塊所起的作用是將 PLC 內(nèi)部低電平的控制信號(hào)隔離、轉(zhuǎn)換為外部所需的輸出信號(hào)，以驅(qū)動(dòng) PLC 的外部負(fù)載。 當(dāng)計(jì)數(shù)輸入（ CP）和復(fù)位（ R）同時(shí)來(lái)到時(shí)，復(fù)位輸入優(yōu)先。 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng) 用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 15 4 汽水灌裝 機(jī) 控制系統(tǒng) 的軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)程序的指令介紹 （ 1） 定時(shí)器指令（ TIM） 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用了 十 個(gè)定時(shí)器，用來(lái) 控制 瓶 子在灌裝機(jī)內(nèi)各個(gè)部分的 計(jì)時(shí)工作，當(dāng)定時(shí)器的輸入端為從 “ OFF” 變?yōu)?“ ON” 時(shí)，定時(shí)器開(kāi)始工作，直到計(jì) 時(shí)到計(jì)數(shù)器所設(shè)定值，計(jì)時(shí)器當(dāng)前值為 00000，計(jì)數(shù)器為 “ ON” 。 多移閥 結(jié)構(gòu)：灌裝閥組件由液體閥、注氣管、氣閥、定心罩、排氣閥等組成。然后再把己灌滿的瓶子下降到規(guī)定的位置，以便沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng) 用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 拔瓶輪將其送到傳送鏈帶上送走，這一動(dòng)作是由瓶的升降機(jī)構(gòu)完成的。一般供瓶機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵問(wèn)題是瓶的連續(xù)輸送和瓶的定時(shí)供給。 對(duì)于旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)傳動(dòng)部分的要求有以下幾點(diǎn)： （ 1） 傳動(dòng)平穩(wěn) 由于主機(jī)完成灌裝任務(wù)是在一個(gè) 灌裝機(jī)傳送帶 上進(jìn)行的，它的進(jìn)瓶、出瓶準(zhǔn)確地灌裝等都要求在平穩(wěn)的工作條件下進(jìn)行。 PLC 硬件系統(tǒng)的連接 系統(tǒng)采用了 OMRON 的