【導(dǎo)讀】和重新設(shè)計(jì)問題。PLC是以微處理器為核心的工業(yè)控制裝置，機(jī)電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到普遍應(yīng)用。在飲料行業(yè)，自動(dòng)化生產(chǎn)線的生產(chǎn)方式是推廣的最普及的一種生。不可小覷的生產(chǎn)力。鑒于此，設(shè)計(jì)者利用PLC的功能和特點(diǎn)設(shè)計(jì)出了一款飲料灌。灌裝的速度和精度。情況，提出了基于PLC的飲料灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。對(duì)勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高，對(duì)飲料的質(zhì)量和產(chǎn)量的提高都具有深遠(yuǎn)的意。利用PLC控制飲料灌裝生產(chǎn)過程，可有效提高灌裝生產(chǎn)效率，并顯著增加控。制系統(tǒng)的可靠性和柔性。

　　

【正文】 23 設(shè)計(jì) STEP7Micro/WIN 軟件介紹 STEP7Micro/WIN 是在 WINDOWS 平臺(tái) 上運(yùn)行的 S7200 系列 PLC 的專用編程軟件，操作界面簡單方便，能解決復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)，可快速進(jìn)入，節(jié)省編程時(shí)間，其主要功能及特點(diǎn)如下。 程序結(jié)構(gòu)簡單，通過一個(gè)主程序調(diào)用其他子程序或中斷程序，保證了程序結(jié)構(gòu)的清晰；可以用語句表 (STL)和梯型圖 (LAD)編程；可以進(jìn)行符號(hào)編程；通過符號(hào)表分配符號(hào)和絕對(duì)地址，并可打印輸出；支持三角函數(shù)，開方，對(duì)數(shù)運(yùn)算功能；指令集易學(xué)，指令由容易記的縮寫組成。相同的指令只需稍加修改就可用于不同的功能 (例如指令 MOVE 根據(jù)傳送的方式不同有不同的形式 )；易于使用的組態(tài)向?qū)Вㄎ谋?顯示器， PID 控制器， CPU間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵐δ?，高速?jì)數(shù)器；可用于 CPU硬件設(shè)置，包括擴(kuò)展模塊設(shè)置，輸入延時(shí)，實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)置，口令分配，通訊系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)地址設(shè)置等；二進(jìn)制運(yùn)算功能，包括移位、循環(huán)移位、轉(zhuǎn)換、與、或、異或等邏輯運(yùn)算，計(jì)數(shù)器、定時(shí)器設(shè)置， 16 位、 32 位整數(shù)運(yùn)算，浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，比較指令運(yùn)算，數(shù)值轉(zhuǎn)換等；可在線、離線編程；通過鍵盤的快捷鍵可編輯全部功能，語句和程序段可使用剪切、粘貼和插入功能，可取消上一次操作，在用戶程序中還可以查找文字和操作等。 進(jìn)行 PLC 控制邏輯程序設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下幾個(gè)基本步驟。 (1)分解被控對(duì)象或機(jī)器 把要控制的對(duì)象或機(jī)器分解成相互獨(dú)立的部分，這些分解將影響功能描述及資源的分配。 (2)建立功能規(guī)范 寫出被控對(duì)象或機(jī)器的每部分的描述，它包括輸入 /輸出點(diǎn) (I/O)、操作的功能描述、每個(gè)執(zhí)行器 (線圈、電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器等 )的允許狀態(tài) (執(zhí)行前要滿足的狀態(tài) )、操作接口的描述、與被控對(duì)象或機(jī)器的其他部分的接口。 (3)安全電路的設(shè)計(jì) 控制設(shè)備在不安全的狀態(tài)下出現(xiàn)故障，會(huì)造成不希望的啟動(dòng)或機(jī)器操作的變化。當(dāng)不希望的或不正確的機(jī)器操作會(huì)造成人身傷害或嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失時(shí)，應(yīng)該 24 考慮采用和 CPU獨(dú)立的機(jī)電冗余 來防止不安全的操作。 在安全電路設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮下面的任務(wù)：防止會(huì)造成危害的不適合的執(zhí)行器操作；識(shí)別那些保證不危險(xiǎn)操作的條件，并決定如何獨(dú)立于 CPU檢測這些條件；當(dāng)控制對(duì)象得電或斷電時(shí) CPU和 I/O 如何影響控制對(duì)象；設(shè)計(jì)獨(dú)立于 CPU 的手動(dòng)或機(jī)電冗余來阻止危險(xiǎn)的操作；向 CPU 提供獨(dú)立電路的適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)信息，以便于程序員和操作界面得到所需要的信息；識(shí)別其它的和控制對(duì)象安全操作有關(guān)的安全要求。 (4)詳細(xì)說明操作站 根據(jù)功能描述的要求建立操作站的配置圖，包括：與控制對(duì)象或機(jī)器有關(guān)的每個(gè)操作站的位置總圖、操作站的設(shè)備機(jī) 械圖 (顯示、開關(guān)、指示燈等 )、與 CPU或擴(kuò)展模塊有關(guān)的電氣圖。 (5)建立 PLC 配置圖 根據(jù)功能描述的要求建立控制設(shè)備的配置圖，包括控制對(duì)象或機(jī)器有關(guān)的每個(gè) CPU的位置圖、 CPU和擴(kuò)展 I/O 模塊的機(jī)械布局圖 (包括控制柜和其他設(shè)備 )、每個(gè) CPU和擴(kuò)展模塊的電氣圖 (包括設(shè)備型號(hào)，通訊地址和 I/O 地址 )。 (6)建立符號(hào)名表 如果選擇了符號(hào)名尋址，需要對(duì)絕對(duì)地址建立一個(gè)符號(hào)名表。符號(hào)名表不僅包括物理輸入輸出信號(hào)，也包括程序中用到的其他元件。 為完成廣泛的自動(dòng)化任務(wù)， S7200CPU提供許多類型的指令。在 S7200CPU中有兩類基本指令 :SIMATIC 和 IEC11313，當(dāng)選用 SIMATIC 指令集時(shí)，用戶可通過選擇語句表 (STL)編輯器、梯形圖 (LAD)編輯器、功能塊圖 (FDB)編輯器來編輯程序。 IEC 指令集不提供語句表編輯器。 利用梯形圖編輯器可以建立與電氣接線圖等價(jià)的類似程序。梯形圖程序讓CPU 仿真來自電源的電流通過一系列的輸入邏輯條件，根據(jù)結(jié)果決定邏輯輸出的允許條件。邏輯通常被分解成小的，容易理解的片，這些片通常被稱為“梯級(jí)”或“段”，程序一次執(zhí)行一個(gè)段，從左到右，從上到下，一旦 CPU執(zhí)行到程序的結(jié)尾， 又從上到下重新執(zhí)行程序。梯形圖用圖形符號(hào)表示的指令包括三個(gè)基本形式：觸點(diǎn) — 代表邏輯“輸入”條件，例如，開關(guān)，按鈕，內(nèi)部條件等；線圈 — 通常代表邏輯“輸出”結(jié)果，例如，燈，電機(jī)啟動(dòng)器，中間繼電器，內(nèi)部輸出條件 25 等；盒 — 代表附加指令，例如，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器或數(shù)學(xué)運(yùn)算指令。 梯形圖易于理解，世界通用，直觀性好，調(diào)試程序時(shí)各觸點(diǎn)通斷及輸出線圈狀態(tài)均可通過程序一眼看出。 利用功能塊圖編輯器可以可以查看到像普通邏輯門圖形的邏輯盒指令。它沒有梯形圖編輯器中的觸點(diǎn)和線圈，但是有與之等價(jià)的指令，這些指令是作為盒指令出現(xiàn)的。程序邏輯 由這些盒指令之間的連接決定。也就是說，一個(gè)指令 (例如AND 盒 )輸出可以用來允許另一條指令（例如定時(shí)器），這樣可以建立所需要的控制邏輯。圖形邏輯門表示格式有利于程序流的跟蹤。 電氣控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 電氣控制系統(tǒng)流程圖 電氣控制系統(tǒng)流程圖如圖 41 所示， 首先，人工將飲料瓶放置在自動(dòng)化生產(chǎn)線上（自動(dòng)化生產(chǎn)線的寬度僅夠一個(gè)瓶身通過，且兩端空隙不超過 2 毫米，瓶與瓶之間無空隙，傳送帶前后端各有一鐵桿攔住所有瓶子，并且兩端各有一光電傳感器計(jì)瓶數(shù)）。 啟動(dòng)機(jī)器，后攔截桿收回，傳送帶將瓶子往前移，移 至后光電傳感器下端時(shí)，后光電傳感器自動(dòng)計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)至 6 個(gè)時(shí)，后光電傳感器傳輸信號(hào)給PLC， PLC 控制后攔截桿，后攔截桿攔截第 7 個(gè)瓶子，后光電傳感器清零。延時(shí)2S 后，傳送帶停止工作。此時(shí) PLC 傳輸信號(hào)給絲杠電機(jī)，絲杠電機(jī)帶動(dòng)絲杠使噴口向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)噴口下壓到下限位時(shí)，噴口下限位行程開關(guān)打向另一側(cè)，使PLC 傳輸信號(hào)給噴口上的電磁閥，電磁閥開通，橢圓齒輪流量計(jì)開始計(jì)流量，噴口開始注水。當(dāng)流量計(jì)顯示流量達(dá) 500ml 時(shí)，流量計(jì)傳輸信號(hào)給 PLC， PLC 關(guān)斷噴口電磁閥，噴口停止注水。隨后 PLC 傳輸信號(hào)給絲杠電機(jī)，絲杠電機(jī)帶動(dòng)噴口上抬置頂，觸發(fā)噴口上限位行程開關(guān)。此后 PLC 控制傳送帶電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)帶，前攔截桿收回，瓶子移動(dòng)，前光電傳感器開始計(jì)滿瓶數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)至 6 個(gè)時(shí)，前光電傳感器傳輸信號(hào)給 PLC， PLC 控制前攔截桿伸出，后攔截桿收回，前光電傳感器清零，后光電傳感器繼續(xù)計(jì)數(shù)，而后往復(fù)循環(huán)。 26 圖 41 電氣控制系統(tǒng)流程圖 傳送帶前進(jìn) 如圖 42 所示，為傳送帶啟動(dòng)控制程序。按下啟動(dòng)按鈕，則傳送帶啟動(dòng)；若不按停止按鈕，則狀態(tài)轉(zhuǎn)移使后攔截桿收回；若按下停止按鈕，則傳送帶停止。 27 圖 42 傳送帶啟 停 控制程序 光電傳感器開始計(jì)瓶數(shù) 如圖 43 所示，為光電傳感器控制程序。 傳送帶將瓶子往前移，移至后光電傳感器下端時(shí)，后光電傳感器自動(dòng)計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)至 6 個(gè)時(shí)，后光電傳感器傳輸信號(hào)給 PLC， PLC 控制后攔截桿，后攔截桿攔截第 7 個(gè)瓶子，后光電傳感器清零。前光電傳感器程序結(jié)構(gòu)與后光電傳感器相同，這里不作贅述。 28 圖 43 光電傳感器 控制程序 噴口下壓 如圖 44 所示，系統(tǒng) 后攔截桿攔截第 7 個(gè)瓶子并延時(shí) 2S 后，傳送帶停止工作。此時(shí) PLC 傳輸信號(hào)給絲杠電機(jī)，絲杠電機(jī)帶動(dòng)絲杠使噴口向下運(yùn)動(dòng)。 29 圖 44 噴口下壓控制程序 系統(tǒng)開始進(jìn)行灌裝 如圖 45 所示，當(dāng)噴口下壓到下限位時(shí)，噴口下限位行程開關(guān)打向另一側(cè)同時(shí)噴口停止下壓，使 PLC 傳輸信號(hào)給噴口上的電磁閥，電磁閥開通，噴口開始注水。 圖 45 灌裝過程控制程序 如圖 46 所示，噴口開始注水時(shí)，橢圓齒輪流量計(jì)開始計(jì)流量。當(dāng)流量計(jì)顯示流量達(dá) 500ml 時(shí)，流量計(jì)傳輸信號(hào)給 PLC， PLC 關(guān)斷噴口電磁閥，噴口停止注水。圖中為 1 號(hào)流量計(jì)控制程序，其他流量計(jì)控制程序與其類似。 30 圖 46 流量計(jì)控制程序 噴口上抬 如圖 47 所 示， PLC 關(guān)斷噴口電磁閥，噴口停止注水，隨后 PLC 傳輸信號(hào)給絲杠電機(jī)，絲杠電機(jī)帶動(dòng)噴口上抬置頂，觸發(fā)噴口上限位行程開關(guān)。此后 PLC控制傳送帶電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)帶，前攔截桿收回，瓶子移動(dòng)，前光電傳感器開始計(jì)滿瓶數(shù)。 圖 47 噴口上抬控制程序 31 PLC 程序調(diào)試 調(diào)試思路 將設(shè)計(jì)好的程序?qū)懭?PLC 后，首先逐條仔細(xì)檢查，并改正寫入時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤。用戶程序一般先在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，實(shí)際的輸入信號(hào)可以用鈕子開關(guān)和按鈕來模擬，各輸出量的通／斷狀態(tài)用 PLC 上有關(guān)的發(fā)光二極管來顯示，一般不用接 PLC 實(shí) 際的負(fù)載 (如接觸器、電磁閥等 )?？梢愿鶕?jù)功能表圖，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候用開關(guān)或按鈕來模擬實(shí)際的反饋信號(hào)，如限位開關(guān)觸點(diǎn)的接通和斷開。對(duì)于順序控制程序，調(diào)試程序的主要任務(wù)是檢查程序的運(yùn)行是否符合功能表圖的規(guī)定，即在某一轉(zhuǎn)換條件實(shí)現(xiàn)時(shí)，是否發(fā)生步的活動(dòng)狀態(tài)的正確變化，即該轉(zhuǎn)換所有的前級(jí)步是否變?yōu)椴换顒?dòng)步，所有的后續(xù)步是否變?yōu)榛顒?dòng)步，以及各步被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載是否發(fā)生相應(yīng)的變化。 在調(diào)試時(shí)應(yīng)充分考慮各種可能的情況，對(duì)系統(tǒng)各種不同的工作方式、有選擇序列的功能表圖中的每一條支路、各種可能的進(jìn)展路線，都應(yīng)逐一檢查，不能遺漏。發(fā) 現(xiàn)問題后應(yīng)及時(shí)修改梯形圖和 PLC 中的程序，直到在各種可能的情況下輸入量與輸出量之間的關(guān)系完全符合要求。 如果程序中某些定時(shí)器或計(jì)數(shù)器的設(shè)定值過大，為了縮短調(diào)試時(shí)間，可以在調(diào)試時(shí)將它們減小，模擬調(diào)試結(jié)束后再寫入它們的實(shí)際設(shè)定值。 在設(shè)計(jì)和模擬調(diào)試程序的同時(shí)，可以設(shè)計(jì)、制作控制臺(tái)或控制柜， PLC 之外的其他硬件的安裝、接線工作也可以同時(shí)進(jìn)行 。 調(diào)試結(jié)果 （ 1）傳送帶啟動(dòng)，后桿收回 ，如圖 48 所示 32 圖 48 （ 2） 噴頭停止下壓，開始灌水 ，如圖 49 所示 圖 49 （ 3） 傳送帶啟動(dòng)，前 桿收回，噴頭停止上抬 ，如圖 410 所示 33 圖 410 （ 4） 傳送帶停止 ，如圖 411 所示 圖 411 34 總結(jié)與體會(huì) 經(jīng)過了這一段的學(xué)習(xí)和工作，我終于完成了 基于 PLC 的自動(dòng)飲料灌裝系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) 。從開始接到論文題目到系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，再到論文文章的完成，每走一步對(duì)我來說都是自己所學(xué)知識(shí)的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學(xué)期間完成的最大的項(xiàng)目。在這段時(shí)間里，我學(xué)到了很多知識(shí)也有很多感受，從對(duì) PLC 控制自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)所需技術(shù)和知識(shí)很不了解的狀態(tài)，我開始了獨(dú)立的學(xué)習(xí)和試驗(yàn)，查看相關(guān)的資料和書籍，讓 自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩的作品一步步完善起來，每一次改進(jìn)都是我學(xué)習(xí)的收獲，每一次試驗(yàn)的成功都是對(duì)我不斷努力的肯定。從中我也充分認(rèn)識(shí)到了 PLC 在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的重要性，以及它為我們生活帶來的便利。 本次 是 在 劉 老師指導(dǎo)下，完成 的 基于 PLC 的自動(dòng)飲料灌裝系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)。在整個(gè)過程中遇到了許多未接觸過的知識(shí)，全都需要自己查閱資料，自我學(xué)習(xí)，感覺自己學(xué)習(xí)到了很多新東西?，F(xiàn)在回想起來感覺自己還是井底之蛙，對(duì)好多東西都不了解?？磥硪院蠊ち酥羞€有許多需要學(xué)習(xí)的。另外通過這次設(shè)計(jì)， 我 對(duì) Word、AutoCAD、 Solid Works 和 STEP7Micro/WIN 等 軟件越來越熟悉了，對(duì)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的思想有了一定基礎(chǔ)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我的以后工作都有著重要意義。 35 致 謝 時(shí)光匆匆如流水，轉(zhuǎn)眼便是大學(xué)畢業(yè)時(shí)節(jié)，春夢秋云，聚散真容易。離校日期已日趨臨近，畢業(yè)論文的的完成也隨之進(jìn)入了尾聲。 本課題在選題和設(shè)計(jì)過程中得到了 劉 老師的悉心指導(dǎo)，為我指點(diǎn)迷津，幫組我開拓思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，過去四年中學(xué)過的東西如機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、機(jī)械制造 技術(shù)基礎(chǔ) 、機(jī)械制圖 、現(xiàn)代電氣控制及PLC 應(yīng)用技術(shù) 等得到了復(fù)習(xí)和鞏固。使我認(rèn)識(shí)到在學(xué)習(xí)和生活中，必須通過實(shí)踐來加強(qiáng)對(duì)理論的學(xué)習(xí)。 從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，一直都離不開老師、同學(xué)、朋友給我熱情的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠摯的謝意 !同時(shí)四年寒窗，所收獲的不僅僅是愈加豐厚的知識(shí)，更重要的是在閱讀、實(shí)踐中所培養(yǎng)的思維方式、表達(dá)能力和廣闊視野。很慶幸這些年來我遇到了許多恩師益友，無論在學(xué)習(xí)上、生活上還是工作上都給予了我無私的幫助和熱心的照顧，讓我在諸多方面都有所成長。感恩之情難以用語言量度，謹(jǐn)以最樸實(shí)的話語致以最崇高的敬意。 36 參考文獻(xiàn) [1]謝兆鴻，阮小平 ， 劉協(xié)舫 .GHS8 型粘稠液體灌裝機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .武漢食品工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)， 1982. [2]楊福馨 .高速穩(wěn)定灌裝原理及機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究 .株洲工學(xué)院學(xué)報(bào) ,1993. [3]宋寶峰 .包裝容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造 .北京：印刷工業(yè)出版社， 1996. [4]曹國榮等 .灌裝機(jī)灌裝時(shí)間的計(jì)算研究 .包裝工程， 1996. [5]克朗斯 .應(yīng)用于中小型灌裝生產(chǎn)線的核心技術(shù)，期刊中文版， 1999. [6]劉小云 .CCT36 型液體灌裝機(jī)設(shè)計(jì)分析 .輕工機(jī)械， 1999