【正文】 最后，感謝母校的培養(yǎng)，祝愿母校蒸蒸日上，在未來取得更高層次的發(fā)展。在此向他們表示衷心的感謝。在老師的指導下，我避免了許多盲目的查詢，避開了許多錯誤的認識，讓我從迷茫中找到突破口，迅速而且正確的找到本次畢業(yè)設(shè)計的定位點，繼而展開 PLC 程序的編寫與調(diào)試，在老師的指導下，經(jīng)過三次程序的調(diào)試，順利的完成了系統(tǒng)的各個控制要求。35 / 68致 謝本課題是在劉英英老師的悉心指導下完成的。本課題著重于全自動等壓灌裝機的研究控制部分的實現(xiàn)做了以下工作：（1）利用工控軟件—世紀星組態(tài)的開發(fā)系統(tǒng)開發(fā)了汽水灌裝機控制系統(tǒng)的監(jiān)控界面（包括：灌裝生產(chǎn)監(jiān)測、參數(shù)設(shè)定、運行情況），并利用世紀星內(nèi)部的仿真 PLC 實現(xiàn)了監(jiān)控畫面的動態(tài)連接。在上位計算機監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)機調(diào)試完成后，按照實際生產(chǎn)的要求統(tǒng)計了瓶子的原材料總數(shù)和灌裝的成品數(shù)，有計劃地統(tǒng)計出汽水成品占生產(chǎn)出總數(shù)的比例，從而計算汽水生產(chǎn)成本。隨后又對檢測傳感器、 A/D轉(zhuǎn)換模塊進行了測試和校準工作。采用的是 PPI 的通信方式，在完成 PLC 設(shè)備添加后，在“變量字典”里找到事先定義好的 I/O 離散型變量，選擇“新設(shè)備”欄后，找到對應(yīng)的寄存器類型填寫通道號及序號即完成，將整個汽水灌裝機控制系統(tǒng)的設(shè)備連接起來，運行正常并且通信順暢 [10]。如圖 。如果您的計算機擁有多個串口，您可以同時與多個I/O設(shè)備。在運行期間，世紀星通過驅(qū)動程序來和外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換，包括采集數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)、指令。下位機向上位機傳遞設(shè)備的實時狀態(tài)，接受并執(zhí)行上位機的實時控制指令。否則，PLC 拒絕向上位機傳送數(shù)據(jù)。串口選用的是COM2，其中波特率選用 9600，數(shù)據(jù)位設(shè)為 7，停止位設(shè)為 2，奇偶校驗采用的是偶校31 / 68驗，通訊方式選擇 RS232，通訊超時定為 500ms。安裝了組態(tài)軟件后不但可以直觀的看到系統(tǒng)正運行在哪個階段，更可以很簡單的對系統(tǒng)進行控制。串口通信流程如圖 所示。PLC 接收到上位機發(fā)送的命令幀后，自動產(chǎn)生響應(yīng)塊，響應(yīng)碼表示上位機命令的出錯信息。上位機每發(fā)送完一幀，在收到 PLC 發(fā)回的分界符后再發(fā)送下一幀。起始幀最多 131 個字符，中間幀及結(jié)束幀最多 128 個字符。上位機命令方式上位機處于主動，命令由上位機發(fā)往 PLC。29 / 686 監(jiān)控系統(tǒng)通信的實現(xiàn) 通信連接 CPM2A 的通信連接方式CPM2A 有三種通信聯(lián)系方式：上位連接系統(tǒng)，同位連接系統(tǒng)，ComPoBus 通信系統(tǒng)。amp。amp。圖 動畫連接操作界面28 / 68其次在該操作界面中選擇想要進行的移動方式，如“水平”，再在空白處填入與之對應(yīng)的表達式。 27 / 68圖 灌裝控制系統(tǒng)組態(tài)編程 動畫連接動畫連接就是建立畫面的圖素與數(shù)據(jù)庫變量的對應(yīng)關(guān)系。本系統(tǒng)所用到的內(nèi)存型變量主要是內(nèi)存實數(shù)變量和內(nèi)存離散變量這2種，變量。數(shù)據(jù)庫中的每一變量包括變量名、數(shù)據(jù)類型、變量取值范圍、當前值、連接的設(shè)備（對I/O 類型變量）等。根據(jù)碳酸飲料的灌裝工藝，在灌裝機的前方有洗瓶機，洗瓶機的出來的瓶子在到達灌裝機以后，在機器的旋轉(zhuǎn)過程中，完成對空瓶的上升充氣、進液、回氣排余液、下降、送出等一系列過程，還設(shè)計了出現(xiàn)次品時，次品撿出工作的環(huán)節(jié)。構(gòu)造數(shù)據(jù)庫即創(chuàng)建一個具體的數(shù)據(jù)庫，用此數(shù)據(jù)庫中的變量反映工控對象的各種屬性，如灌裝機貯液缸內(nèi)的液位。它通過實時數(shù)據(jù)庫管理從工業(yè)控制對象采集到的各種數(shù)據(jù)， 并把數(shù)據(jù)的變化用動畫的方式形象地表示出來，同時完成報警、歷史數(shù)據(jù)記錄、趨勢曲線等監(jiān)視功能。 世紀星組態(tài)軟件開發(fā)系統(tǒng)是其應(yīng)用程序的集成開發(fā)環(huán)境。 世紀星組態(tài)軟件簡介世紀星組態(tài)軟件的全稱是“世紀星通用工業(yè)自動化監(jiān)控組態(tài)軟件”，它是在 PC 機上開發(fā)的智能型人機接（HMI）軟件系統(tǒng)，以 Windows 98/2022/NT 中文操作系統(tǒng)為平臺，全中文界面。選擇一個性能優(yōu)良的組態(tài)軟件對于整個控制管理系統(tǒng)的成功開發(fā)、方便調(diào)試、可靠運行至關(guān)重要。梯形圖如圖 所示。（2）次品撿出器相關(guān)程序次品撿出器啟動后，如果在最大次品撿出時間內(nèi)（tim110）內(nèi)，沒有檢測到次品的壓力，則在 tim110 時間到以后，次品撿出器停止。21 / 68圖 旋轉(zhuǎn)灌裝機的工作循環(huán)圖（a）即當正常灌裝時，瓶子在 A 點隨著托盤開始上升，到達 B 時氣閥開啟，開始充 CO2，充氣正常的瓶子到達 C 點時開啟液閥開始灌裝，到達 D 點灌裝完畢后開始下降，所以當正常灌裝時，D 點時瓶子還在上方。梯形圖如圖 所示。同時次品檢出器啟動。下降完畢的瓶子再轉(zhuǎn)過一定的19 / 68角度由傳遞輪子送出，同時瓶子托盤向前繼續(xù)行進進入下一個循環(huán)?？梢詫崿F(xiàn)破瓶不灌液。梯形圖如圖 所示。圖 瓶子隨托盤上升環(huán)節(jié)（3）在托盤上升的 6S 內(nèi)，如果注液口定心中罩檢測到壓力（），則托盤停止上升，然后當 6S 時間到時，氣閥打開，開始對瓶子充 CO2，最大充氣時間為 6S。梯形圖如圖 所示。16 / 68表 系統(tǒng) I/O 明細表輸入地址 輸入設(shè)備輸出地址 輸出設(shè)備00000 灌裝機和傳遞輪子啟動按 鈕 01002 傳遞輪子與灌裝機啟 動00001 傳送帶啟動按鈕 01003 進瓶傳送帶啟動00002 灌裝機瓶子托盤壓力檢測 器 01004 瓶子托盤上升00003 定心中罩壓力檢測器 01005 氣閥打開00004 氣閥氣壓檢測器 01006 灌裝閥打開00005 系統(tǒng)停止按鈕 01007 瓶子托盤下降00006 次品撿出器壓力檢測器 01008 次品提示燈亮00007 最低液壓力檢測器 01009 次品撿出器啟動00008 最高液壓力檢測器 01010 次品傳送帶啟動01011 進料閥門打開01012 回氣管啟動01013 壓蓋機啟動01014 包裝機啟動 工作過程分析 本設(shè)計選擇的是旋轉(zhuǎn)式灌裝機，旋轉(zhuǎn)式灌裝機在第一部分已做過詳細介紹，這里就不再進行介紹。在選擇時應(yīng)注意，模塊與外部接線的方式、輸出電壓的額定限度、外部輸出點同時接通的影響、選擇輸出方式等。系統(tǒng)中計數(shù)器指令與定時器指令的編號不能重復使用，兩者數(shù)量和為 512 個。若輸入繼續(xù)為“ON”，輸出保持為“ON”；若輸入變?yōu)椤癘FF ”，定時的輸出也變?yōu)椤癘FF ”，即恢復原狀態(tài)，本次系統(tǒng)設(shè)計的定時器就是利用此功能，實現(xiàn)了定時器的自復位功能。 功能：瓶子通過傳遞輪子進入灌裝機，接著瓶子沿著瓶子托盤開始上升，直到瓶口卡入定心罩，定心罩將罐對中并預壓密封，然后開啟氣閥對瓶內(nèi)進行充 CO2，充CO2 由一只氣缸加壓產(chǎn)生，壓力的大小取決于瓶子的材料。對于瓶的升降機構(gòu)的要求是：運行平穩(wěn)、迅速、準確、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單。 常用的連續(xù)輸送裝置有鏈帶傳送，一般采用不銹鋼或尼龍?zhí)箍随湈?，為了減少鏈帶與瓶底間的摩擦，有時設(shè)法在鏈帶上加些肥皂水，以便潤滑。（2）傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單 傳動系統(tǒng)簡單，一方面可以減少功率的消耗，另一方面設(shè)備的精度易達到，同時維修方便。汽水灌裝機控制系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)采用上位機和下位機組成，下位機直接控制汽水灌裝機控制系統(tǒng)中各個設(shè)備的工作運行，上位機負責對系統(tǒng)的工作運行的狀況進行監(jiān)視，其中上位機通過 COM 端口用 RS232 與 PLC 相連進行通信的，而 PLC 需先接入 220V 交流電源，再將啟動﹑停止按鈕以及各個限位開關(guān)通過 24V 直流電源連接到 PLC 的輸入端口上，系接線圖，如圖 所示 [4]。CPM2A 是 CPM1A 之后的另一系列機型。 PLC 型號的選擇本設(shè)計選用 OMRON 公司的 CPM2A 型 PLC。（3）適應(yīng)性好：PLC 產(chǎn)品在抗電磁、噪聲干擾、有害廢氣的腐蝕、高溫、粉塵等惡劣條件有很高的能力。目11 / 68前，可編程控制器已成為工廠自動化的強有力工具，得到了廣泛的普及推廣應(yīng)用。國際電工委員會（IEC）頒布的可編程控制器標準草案中對可編程控制器作了如下的定義：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。提出 PLC 概念的是美國通用汽車公司。9 / 68開始灌裝機啟動進瓶傳送帶啟動托盤上升開始充 C O2結(jié)束開始灌液次品撿出器啟動NNY停止灌液排氣除余液 托盤下降送出灌裝成品壓蓋N次品提示燈亮計數(shù)器 1計數(shù)器 2包裝撿出次品托盤下降托盤有壓力嗎 ?6 S 內(nèi)定心罩有壓力嗎 ?6 S 內(nèi)氣閥有氣壓嗎 ?YN6 S 到了嗎 ?托盤停止上升停止充 C O2YN6 S 到了嗎 ?6 SYY次品撿出器停止圖 系統(tǒng)設(shè)計流程圖10 / 683 汽水灌裝機控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 PLC 的選型 選擇 PLC 控制的原因可編程控制器是以微處理器為核心的專用計算機，是專為工廠現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境設(shè)計的，利用它面向用戶的編程語言，不僅能實現(xiàn)邏輯控制，還能實現(xiàn)各種順序和定時控制以及復雜的閉環(huán)控制 ；利用它內(nèi)部大量的輔助繼電器可以實現(xiàn)無觸點控制；利用它控制可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、在惡劣環(huán)境下能長時間不間斷運行、編程容易且維護工作量小、還配有通訊接口和各種模塊的特點，可以把它作為下位機放在自動生產(chǎn)線的工作現(xiàn)場完成各種控制任務(wù)。設(shè)計的灌裝過程是：洗瓶機將瓶子的里外洗凈并經(jīng)檢查后，由傳送帶送入自動灌裝機的限位機構(gòu)，根據(jù)規(guī)定的要求按一定的距離排列好，限位機構(gòu)準確地將瓶送入瓶的升降機構(gòu)。同時生產(chǎn)線上的各種檢測狀態(tài)傳感器全部接入到 PLC 中，由 PLC 根據(jù)傳感器的檢測狀態(tài)通過編制好的程序控制整個系統(tǒng)工作。采用可編程控制器(PLC)作為控制系統(tǒng)的主控制元件，傳感器作為檢測元件構(gòu)成生產(chǎn)、控制系統(tǒng)。在往貯液缸輸送液體之前，先往貯液缸內(nèi)通入壓縮氣體（無菌空氣或 CO2，使貯液缸的氣室保持一定的壓力（0. 1 ~0. 9MPa ），該氣體壓力必須等于或稍高于液體物料中 CO2 溶解量的飽和壓力，使飲料中的 CO2 溶解。采用真空法其灌裝閥的結(jié)構(gòu)較簡單，液漏損失小。 灌裝方式的確定灌裝方式的選擇，除了考慮液體本身的工藝性能如粘度、重度、含氣性、揮發(fā)性外，還必須考慮產(chǎn)品的工藝要求、灌裝機的機械結(jié)構(gòu)等綜合因素。有時也可用于汽水一類軟飲料的灌裝，這時靠汽水本身的氣壓直接灌入未經(jīng)充氣等壓的瓶內(nèi)，從而提高了灌裝速度，形成的泡沫因汽水中無膠體尚易消失，對灌裝質(zhì)量有一定影響 [7]。（b）重力真空式即貯液箱內(nèi)處于真空，包裝容器首先抽氣使之形成與貯液箱內(nèi)相等的真空，隨后液料依靠自重流進包裝容器內(nèi)，因結(jié)構(gòu)較復雜，國內(nèi)較少用。（2）等壓法 等壓法也稱壓力重力式灌裝法，即在高于大氣壓的條件下，首先對包裝容器充氣，使之形成與貯液箱內(nèi)相等的氣壓，然后再依靠被灌液料的自重流進包裝容器內(nèi)。5 / 68I：定量灌裝，Ⅱ：上蓋，Ⅲ：將蓋擰緊，Ⅳ：貼商標，Ⅴ：待裝盒裝箱1：推瓶板，2：限位撥盤，3，11，13：傳送帶，4：傳送盤，5：瓶子，6：上蓋機構(gòu)，7：料斗，8：擰緊機構(gòu)，9：商標盒，10：漿糊盒，12：推料板，14：貯液箱，15：灌裝管圖 直線灌裝機工作原理圖 這種灌裝機相對旋轉(zhuǎn)灌裝機來講，結(jié)構(gòu)比較簡單，制造方便，但占地面積比較大，而且是間歇運動，生產(chǎn)能力的提高也受到一定限制，因此一般只用于無汽液料類的灌裝，局限性較大。4 / 681 灌裝控制系統(tǒng)總體介紹 灌裝機的主要類型 按灌裝瓶的主要運動形式分類 旋轉(zhuǎn)型灌裝機 待灌瓶由傳送系統(tǒng)（一般經(jīng)洗瓶機由輸送帶輸入）或人工送入灌裝機進瓶機構(gòu)，瓶子由灌裝機轉(zhuǎn)盤帶動繞主立軸旋轉(zhuǎn)運動進行連續(xù)灌裝，轉(zhuǎn)動近一周時瓶子己灌滿，然后由轉(zhuǎn)盤送入壓蓋機進行壓蓋，如圖 所示。實施監(jiān)控后，值班人員坐在控制室就可以隨時了解整個汽水灌裝機控制系統(tǒng)的運行情況，從以往人工操作、實時觀察中解脫出來。通過監(jiān)控系統(tǒng)，可以對生產(chǎn)線中各設(shè)備的運行情況進行周密監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)異常，立即進行報警或停機，把事故控制在最小的范圍內(nèi)，從而提高運行的可靠性。我國的飲料包裝設(shè)備在許多方面采用了 PLC，并取得了非常好的效果，但仍有許多不足與欠缺。（2）PLC 在工業(yè)中的應(yīng)用情況 PLC （Programmable Logical Controller，可編程序邏輯控制器）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機和自動化技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制裝置，按照 IEC（國際電工協(xié)會）國標標準定義是，可編程序控制器又稱 PC 或 PLC，它是以微型計算機為基礎(chǔ)的一種為用于工業(yè)環(huán)境而設(shè)計的數(shù)字式電子系統(tǒng)，這種系統(tǒng)用可編程序存儲面向用戶指令的內(nèi)部寄存器，完成規(guī)定的功能，如：邏輯、順序、定時、計數(shù)、數(shù)字運算、2 / 68數(shù)據(jù)處理等，通過數(shù)字量的輸入、輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。灌裝機械工業(yè)發(fā)展迅速，那時灌裝的速度取決于人工將瓶子對準灌裝閥，等待瓶子灌裝完畢所需的時間。而液態(tài)產(chǎn)品的包裝在包裝行業(yè)中占有很大比例，這是由于液體包裝涉及的行業(yè)廣泛、品種繁多，如飲料方面的汽水、果汁、牛奶、礦泉水、蒸餾水、啤酒、果酒等；調(diào)味品方面的醬油、醋、味精液、果醬等；藥品方面的針劑、糖漿、酊劑、氣霧劑等；農(nóng)藥乳劑、化工產(chǎn)品的各種瓶裝、化妝品等，要滿足日益增長的液體產(chǎn)品的需要，就應(yīng)大力發(fā)展液體產(chǎn)品的包裝技術(shù)。最后，簡要介紹了世紀星組態(tài)軟件，附有汽水灌裝機控制系統(tǒng)的組態(tài)畫面。畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目： 基于 PLC 的汽水灌裝機控制系統(tǒng)設(shè)計 系 別： 專 業(yè)：