【正文】 最后， 簡要介紹 了世紀星組態(tài)軟件，對 世紀星 具體的模擬過程 進行了 詳細的敘述，并 附有 汽水灌裝 機 控制系統(tǒng) 的 組態(tài)畫面。（論文） 題 目： 基于 PLC 的汽水灌裝 機 控制系統(tǒng) 設計 系 別： 信息工程系 專 業(yè)： 自動化 學生姓名： 王亞克 指導教師： 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星監(jiān)控軟件在 汽水 灌裝 機 中的控制方法 和 原理，采用了 新的檢測方法，實現(xiàn)了整 個 生產(chǎn)線的自動化。本系統(tǒng)設計 中 完成了 汽水灌裝 機 控制系統(tǒng) 的硬件 的 配置和軟 件方面的 設計， 并 利用世紀星組態(tài)軟件 實 現(xiàn)了 實時監(jiān)控系統(tǒng)的設計，使 得 整個設計形象，實用。 人類自從采用容器盛裝液體 以后，就產(chǎn)生了灌裝方法。 我國在解放前幾乎沒有灌裝機械，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、噪聲干沈陽理工大學應 用技術學院學士學位論文 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)場各種單元、部件連接，堅固耐用，可靠性方面 PLC 的平均無故障時間可達 5 萬小時以上，操作與維修十分方便，功能日益擴大。 （ 3） 我國灌裝業(yè)的 缺陷 我國的飲料包裝設備還存在 自動化程度低、速度慢、破瓶率高、系統(tǒng)運行不穩(wěn)定等缺陷。 （ b） 提高經(jīng)濟效益。 （ 5） 論文的主要構(gòu)成 本文第 1 部分 對 汽水 灌裝 機 控制系統(tǒng) 的認識和灌裝設備的介紹；第 2 部分 介紹的 是汽水 灌裝 機 控制系統(tǒng) 的工藝流程 ，首先介紹了 汽水 灌裝 機 控制系統(tǒng) 的 工作過程和傳動原理 ，其次介紹了 汽水 灌裝 機 控制系統(tǒng) 的 其他幾個重要小部件 ；第 3 部分 介紹的是 汽水 灌裝 機 控 制系統(tǒng) 的 硬件 設計， 主要有 PLC 的選型和 PLC 的連接 。 圖 灌裝過程的俯視圖 這種灌裝機在食品、飲料行業(yè)應用最廣泛，如汽水、果汁、啤酒、牛奶的灌裝，此機主要由流體輸送 （ 即供料系統(tǒng) ） 、容器輸送 （ 即供瓶系統(tǒng) ） 、灌裝閥、大轉(zhuǎn)盤、傳動系統(tǒng)、機體、自控等部分所組成，其中灌裝閥是保證灌裝機能否正常工作的關鍵。 灌裝的基本方法介紹 各種液體產(chǎn)品的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)均不相同 ， 在灌裝過程中 ， 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。 灌裝機以及灌裝方式的確定 灌裝機的確定 旋轉(zhuǎn)式灌裝機無論在生產(chǎn)效率還是在生產(chǎn)質(zhì)量上都遠遠高于直線型灌裝機，對比直線性灌裝機，旋轉(zhuǎn)式灌裝機的設備更高效化、自動化和節(jié)能化。對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備成本，而且，氧氣量對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，并能防止灌裝中過量泛泡， 保證灌裝計量準確。一臺上位計算機通過通訊網(wǎng)絡與 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，在 PLC上編制好的程序作為系統(tǒng)工作的條件。升降機構(gòu)把升降托盤頂起，瓶 子 隨之上升， 當 瓶口 卡住閥門的定心罩時 打開 多移 閥的氣門，充氣等壓，然后打開液門，進行灌液，灌液 完畢 后進行壓力釋放，然后關閉液門、氣門。正是因為可編程控制器有這些優(yōu)良的特性，再加上飲料灌裝過程中有大量的順序控制，所以選用 PLC 來 對灌裝設備進行控制。 PLC 的基本設計思想是把計算機功能完善、靈活、通用等優(yōu)點和繼電器控制 系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，控制器的硬件是標準的、通用的。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破魇敲嫦蛴脩舻膶Ｓ霉I(yè)控制計算機，具有以下明顯的特點： （ 1） 可靠性高，抗干擾能力強： PLC 采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。能直接和現(xiàn)場各 種單元相連接。 能基本滿足系統(tǒng)設計的要求。 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、執(zhí)行速度加快，可擴展的 I/O 點數(shù)、 PC 內(nèi)部器件的數(shù)目、程序容量、數(shù)據(jù)存儲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 改進不少。 圖 系統(tǒng)硬件連接圖 沈陽理工大學應 用技術學院學士學位論文 13 灌裝機的傳動原理 旋轉(zhuǎn)型自動灌裝機，所用的動力都是電動機，其功率一般在 1~3 千瓦之間，電動機的轉(zhuǎn)速通常是很高的 ，而灌裝機的轉(zhuǎn)速不過每分鐘幾轉(zhuǎn)，滿足不了灌裝工作的要求，因此，它的傳動就需要一套合理的變速系統(tǒng)。 另外，在設計 傳動系統(tǒng)時考慮到安裝、調(diào)試、保養(yǎng)的方便性，要滿足人體工程學的要求，給工人帶來方便，要盡量縮短維修時間，要求便于維修、保養(yǎng)。 由 洗瓶機出來的瓶子由輸送帶送來后，為了防止擠壞、堵塞和準確地送入灌裝機，必須設法使瓶子單個地保持適當?shù)拈g距送進灌裝機，目前瓶子的定時送給一般采用分件供送螺桿或拔盤式等限位機構(gòu)。 灌裝 閥的功能 灌裝閥是自動灌裝機執(zhí)行機構(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的通道，保證灌裝工藝過程的順利進行。 通過這道程序，使 汽水 在 灌裝過程中， CO2 的損失 降到最低 。 （ 2） 計數(shù)器指令（ CNT） 系統(tǒng)設計中使用了 二 個計數(shù)器， 用來進行 加 數(shù)操作，當計數(shù)輸入端（ CP）信號從“ OFF”、 變?yōu)?“ ON” 時，計數(shù)值 加 1，此時計數(shù)器內(nèi)的值是 1，以此相 加 ，直到計數(shù)器當前值 為 計數(shù)器設定 值 時 ，計數(shù)器為 “ ON” ；當計數(shù)復位端（ R）為 “ ON” 時，計數(shù)器為 “ OFF” ，且當前返回到初始設定值。 可編程序控制器 I/O 分配 開關量 I/O 模塊的選擇 ： 開關量 I/O 模塊的不同，直接關系到 I/O 點數(shù)的多少，對PLC 的應用范圍會產(chǎn)生影響，選擇時主要考慮點數(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 模塊能夠訪問其他的模塊，進行數(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程是： 進氣 ， 進液回氣 ； 停止進液 ； 排除余液 。 沈陽理工大學應 用技術學院學士學位論文 17 圖 灌裝機和傳送帶啟動環(huán)節(jié) （ 2） 瓶子進入傳送帶以后，通過傳遞輪子將瓶子等間距送入 瓶 子托盤 升降機構(gòu) ，當 托盤檢測到壓力（ ）以后，托盤活塞給托盤 升降機構(gòu) 一個壓力， 托盤開始帶著瓶子 上升（ ），最大上升時間為 6S（ tim000）。此過程對應圖 中的 T2 充氣環(huán)節(jié)。 沈陽理工大學應 用技術學院學士學位論文 18 圖 對瓶內(nèi)充 CO2環(huán)節(jié) （ 4） 當最大充氣時間 6S 內(nèi)， 氣 閥檢測到氣壓（ ），則停止充 CO2，在 6S 時液閥 開啟 （ ） ， 開始灌裝。此過程對應圖 中的 T3 灌裝環(huán)節(jié)。此過程對應圖 中的 T4 托盤下降環(huán)節(jié)。（詳見下方次品撿出器的介紹）。下降完畢托盤等待進入下一次循環(huán)。 圖 灌裝環(huán)節(jié) （ 5） 灌裝完畢（ tim002）以后，托盤開始下降（ ），下降過程中同時關閉液閥， 回氣管工作 （ ） ，開啟 排氣和除余液操作。啟動 灌裝 的條件有 2 條： （ 1） 最大充氣時間 6S 到； （ 2） 氣閥檢測到瓶子內(nèi)對外的氣壓。可以實現(xiàn)爆瓶或無瓶不充氣。 梯形圖如圖 所示。在灌裝機啟動的前提下，按下傳送帶 啟動按鈕 （ ），灌裝機的進瓶傳送帶 啟動 （ ），此處作用是為了防止在灌裝機啟動前便有瓶子進入傳送帶，造成擁擠和堆疊，防止送瓶出錯。設計本控制系統(tǒng)共使用了 9 個輸入點，13 個輸出點， 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隔離、轉(zhuǎn)換為外部所需的輸出信號，以驅(qū)動 PLC 的外部負載。 當計數(shù)輸入（ CP）和復位（ R）同時來到時，復位輸入優(yōu)先。 沈陽理工大學應 用技術學院學士學位論文 15 4 汽水灌裝 機 控制系統(tǒng) 的軟件設計 系統(tǒng)程序的指令介紹 （ 1） 定時器指令（ TIM） 系統(tǒng)設計中使用了 十 個定時器，用來 控制 瓶 子在灌裝機內(nèi)各個部分的 計時工作，當定時器的輸入端為從 “ OFF” 變?yōu)?“ ON” 時，定時器開始工作，直到計 時到計數(shù)器所設定值，計時器當前值為 00000，計數(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，以便沈陽理工大學應 用技術學院學士學位論文 14 拔瓶輪將其送到傳送鏈帶上送走，這一動作是由瓶的升降機構(gòu)完成的。一般供瓶機構(gòu)的關鍵問題是瓶的連續(xù)輸送和瓶的定時供給。 對于旋轉(zhuǎn)型灌裝機傳動部分的要求有以下幾點： （ 1） 傳動平穩(wěn) 由于主機完成灌裝任務是在一個 灌裝機傳送帶 上進行的，它的進瓶、出瓶準確地灌裝等都要求在平穩(wěn)的工作條件下進行。 PLC 硬件系統(tǒng)的連接 系統(tǒng)采用了 OMRON 的