【正文】 36 / 68參考文獻[1] 世紀星組態(tài)軟件 , 2022:35~162[2] , 1994[3] , 1994[4] , 2022[5] ., 1998[6] , 2022[7] .化學(xué)工業(yè)出版社, 2022[8] , 2022:78~99[9] .灌裝機 PLC , 2022:03 期 [10] 史建民, 黃有方, Memobus RTU 通信協(xié)議的 PLC 數(shù)據(jù)優(yōu)化組合傳送方, 2022:52~5837 / 68附件 A 英語原文Design of PID Temperature Controlling System Based on Virtual Inst。在此對你們表示深深的謝意。同時還要感謝大學(xué) 4 年來教育過我們的各位老師，是你為我打下了自動化堅實的基礎(chǔ)，正是這種基礎(chǔ)，才能使我順利的完成畢業(yè)設(shè)計。 在此課題的完成過程中，我還得到金亞鈴老師以及李姿老師的幫助。世紀星組態(tài)軟件是我們接觸新課程，我們完全是自己摸索。我由原來對畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容的懵懂逐漸發(fā)展到現(xiàn)在對畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容的完全認知，完全是在劉英英老師的幫助下完成的。從大二至今，在我受教于劉老師的三年中，劉老師不僅在學(xué)業(yè)上循循善誘、誨人不倦，而且為人師表，以自己嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、高深的學(xué)術(shù)造詣，使我受益匪淺。由于本人水平有限，所做的研究、開發(fā)工作不夠深入，希望能夠得到各位老師的批評指正。（2）利用 OMRON 系列 PLC 可編程控制器通過軟件的編寫，實現(xiàn)了灌裝機的氣閥開啟與關(guān)閉、液閥的關(guān)閉與開啟、破瓶檢測、破瓶撿出、自動壓蓋等，并用模擬實驗加以驗證。并對系統(tǒng)的各個功能進行了詳盡的描述，根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的實際需要進行了相應(yīng)的軟硬件設(shè)計。供管理人員對系統(tǒng)進行監(jiān)控和企業(yè)的管理。首先進行了與PLC通信的測試，隨后進行了板卡數(shù)據(jù)測試，最后進行了測試和聯(lián)機調(diào)試工作。全部測試完成后進行了聯(lián)機調(diào)試工作，各操作均在手動的情況下進行單獨檢測，方法為在各檢測環(huán)節(jié)進行合格與不合格選擇，觀察檢測后汽水瓶子的運行情況，調(diào)整計數(shù)器的復(fù)位接線，使顯示個數(shù)與系統(tǒng)設(shè)計運行的汽水瓶子個數(shù)一致?，F(xiàn)場調(diào)試：全部控制柜的安裝、接線完成后首先進行了PLC I/O測試，對PLC系統(tǒng)中所有的輸入/輸出點進行了逐個手工測試。 監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試 PLC 系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試準備階段：為了保證如期完成任務(wù)，對改造的前期工作我做了細致的準備工作。這在“驅(qū)動設(shè)備管理”里就有了添加好的新 PLC 設(shè)備。32 / 68圖 世紀星與 PLC 相連當外部控制部分完成了之后，為了能更清楚和直觀的看見程序的運行過程及系統(tǒng)現(xiàn)在所處的狀態(tài)，還需要一個組態(tài)監(jiān)控軟件來幫助我們來完成這一點。I/O 設(shè)備使用標準的RS232電纜與計算機主機后面的串口連接。世紀星最多可與32個串口設(shè)備相連。串行通訊方式使用“世紀星計算機”的串口，I/O設(shè)備通過RS232串行通訊電纜連接到“世紀星計算機”的串口。每一個驅(qū)動程序都是一個 COM 對象，這種方式使通信程序和世紀星構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，既保證了運行系統(tǒng)的高效率，也使系統(tǒng)安全、穩(wěn)定。世紀星把下位機看作是外部設(shè)備，在開發(fā)過程中根據(jù)“設(shè)備配置向?qū)А钡奶崾疽徊讲酵瓿蛇B接過程。在與上位機通信中斷的情況下，PLC 也能獨立通過控制繼電器、接觸器等電氣元件實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制。上位機通過 RS232C 與下位機通信，用已經(jīng)完成的組態(tài)圖形顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)，發(fā)出控制命令控制該系統(tǒng)的運行并監(jiān)視處理。上位接收到 PLC 傳送的數(shù)據(jù)，也要判斷正確與否，如果正確，則接收，否則，拒絕接收。上位機首先向 PLC 發(fā)送查詢數(shù)據(jù)的指令（實際上是查詢 PLC 中端子的狀態(tài)和 DM 區(qū)的值等），PLC 接收了上位的指令后，進行校驗（FCS 校驗碼），看其是否正確，如果正確，則向上位機傳送數(shù)據(jù)（包含首尾校驗字節(jié)）。這樣就完成了計算機與 PLC 之間的聯(lián)接通訊。首先要在設(shè)備安裝向?qū)е邪惭b上相應(yīng)型號的 PLC，然后通過設(shè)備驅(qū)動中的多串口參數(shù)設(shè)定對相應(yīng)的串口進行參數(shù)設(shè)定，實現(xiàn)計算機與 PLC 的聯(lián)接。不需要操作人員對系統(tǒng)有多深入的了解，不僅提高了系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用性也提高了操作人員的安全性。 計算機與 PLC 通信上面所提到的組態(tài)監(jiān)控軟件，為用戶提供了一個簡捷易控制的操作平臺。30 / 68圖 通信流程 實現(xiàn)上位機對 PLC 的監(jiān)控編寫通信程序建立了上位機與 PLC 的連接，PLC 的任何工作方式下都可以通過“讀”指令讀取 PLC 的狀態(tài)，從而對 PLC 進行監(jiān)視。上位機給 PLC 發(fā)送操作指令，PLC 按照指令執(zhí)行相應(yīng)的操作，同時給上位機返回數(shù)據(jù)。響應(yīng)碼 00 表示 PLC 正常完成上位機命令。轉(zhuǎn)換成字符時，按照 8 位十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字字符。命令塊中的校驗碼 FCS 是 8 位二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成的 2 位 ASCⅡ字符。結(jié)束幀由正文 FCS、結(jié)束符組成。起始幀由設(shè)備號、命令碼、正文、 FCS、和分界符構(gòu)成。當命令塊內(nèi)容大于一幀時，由起始幀、中間幀、及結(jié)果幀組成。采用上位機命令方式能方便的實現(xiàn)上位機對 PLC 的監(jiān)控。上位機與 CMP2A 的通信有兩種方式：上位機命令與 PLC 通信命令。工廠自動化系統(tǒng)中常把三種系統(tǒng)復(fù)合起來一起使用來實現(xiàn)工廠自動化系統(tǒng)要求的多級功能。對應(yīng)的圖形移動就是該圖形在每個掃描周期依次向左移動2 個象素，直到移動到 300 個象素時停止不再移動。(產(chǎn)品質(zhì)量 1==0) THEN生產(chǎn)線移動 6=生產(chǎn)線移動 6+2；IF 生產(chǎn)線移動 6300 THEN生產(chǎn)線移動 6=300； 傳輸工序=0；”即當 “傳輸工序==6 ”、“啟動生產(chǎn)線==1”、“產(chǎn)品質(zhì)量==0”、“產(chǎn)品質(zhì)量 1==0”這 4 個條件同時成立時，“生產(chǎn)線移動 6”在每個掃描周期依次加 2。( 產(chǎn)品質(zhì)量 ==0)amp。 (啟動生產(chǎn)線==1)amp。圖 動畫連接舉例圖圖 中表達式“ 生產(chǎn)線移動 6”在應(yīng)用程序命令語言中與之對應(yīng)的程序為：“IF (傳輸工序 ==6) amp。最后確定“水平方向移動距離”。動畫連接的步驟：首先在組態(tài)的圖形界面中雙擊你想要進行動畫連接的圖形，出現(xiàn)如圖 的操作界面。這樣，灌裝系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，比如貯料缸液位、瓶子個數(shù)等，當它們變化時，通過 I/O 接口，將引起實時數(shù)據(jù)庫中變量的變化。系統(tǒng)的組態(tài)編程如圖 所示。26 / 68圖 灌裝控制系統(tǒng)變量定義 應(yīng)用程序命令語言編輯按照系統(tǒng)的設(shè)計要求，通過定義變量，編寫程序，從而實現(xiàn)各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)所對應(yīng)的瓶子的運行狀態(tài)。運行系統(tǒng)時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)同輸入的數(shù)據(jù)以及汽水灌裝機控制系統(tǒng)工作現(xiàn)場傳送來的數(shù)據(jù)進行實時處理，再將數(shù)據(jù)送回汽水灌裝機控制系統(tǒng)工作現(xiàn)場，同時更新變量數(shù)據(jù)庫中變量的實時數(shù)據(jù)。運行時系統(tǒng)維護一個實時數(shù)據(jù)庫，各個功能模塊隨機訪問數(shù)據(jù)庫。25 / 68圖 灌裝系統(tǒng)組態(tài)圖形界面 組態(tài)的變量設(shè)計變量數(shù)據(jù)庫又稱變量字典，它是世紀星組態(tài)軟件的核心，是一個實時數(shù)據(jù)庫，它是若干變量的集合。本組態(tài)畫面是嚴格根據(jù)系統(tǒng)的自動控制要求，結(jié)合控制流程圖，畫出具體的汽水灌裝機控制系統(tǒng)的動態(tài)畫面，如圖 所示。汽水灌裝機控制系統(tǒng)流程畫面就是根據(jù)灌裝的工藝過程及工藝要求，用抽象的圖形畫面來模擬其實際的灌裝過程和相應(yīng)的灌裝設(shè)備，主要用來顯示各動態(tài)信息，特別是主要的工藝參數(shù)、以方便操作人員及時掌握現(xiàn)場情況，并發(fā)現(xiàn)問題，及時解決問題。動畫連接就是用動畫模擬工業(yè)現(xiàn)場的各個設(shè)備的運行情況。 組態(tài)圖形界面的設(shè)計設(shè)計圖形界面即用抽象的圖形畫面來模擬實際的灌裝過程和相應(yīng)的灌裝設(shè)備。 組態(tài)畫面的具體設(shè)計 世紀星 版的開發(fā)系統(tǒng)是應(yīng)用程序的集成開發(fā)環(huán)境，我們可以在這個環(huán)境下完成界面的設(shè)計、數(shù)據(jù)庫的構(gòu)造、動畫連接的定義等。 世紀星組態(tài)軟件運行系統(tǒng)是一個實時運行環(huán)境，用于顯示畫面開發(fā)系統(tǒng)中建立的動畫圖形畫面，并負責數(shù)據(jù)庫與 I/O 服務(wù)程序的數(shù)據(jù)交換。開發(fā)者在這個環(huán)境中完成工況畫面的設(shè)計、 數(shù)據(jù)庫定義、動畫連接、設(shè)備安裝、命令語言編寫等。開發(fā)系統(tǒng)和運行系統(tǒng)是各自獨立的 Windows 32 位應(yīng)用程序，均可單獨使用；兩者又相互依存，在開發(fā)系統(tǒng)中設(shè)計開發(fā)的工程和畫面應(yīng)用程序必須在運行系統(tǒng)中才能運行。 世紀星組態(tài)軟件是由北京世紀長秋科技有限公司投資開發(fā)，太極計算機公司、清華大學(xué)、中科院等單位參與了世紀星組態(tài)軟件核心模塊的開發(fā)研制工作，在開發(fā)和設(shè)計過程中，采用國際先進的組態(tài)理念，吸收當前國內(nèi)外先進組態(tài)軟件的優(yōu)秀成果，在最大地滿足和方便用戶的思想指導(dǎo)下，采用了一系列獨特的技術(shù)，從而使產(chǎn)品在面向市場幾年的時間里，有了許多成功的應(yīng)用實例 [1]。所以本設(shè)計在開發(fā)灌裝監(jiān)控的畫面流程時采用了世紀星 版。由北京世紀長秋軟件有限公司推出的世紀星 版，己成功地應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。利用系統(tǒng)管理組態(tài)定義系統(tǒng)的硬件配置，只有硬件配置確定后，才能進行后面的組態(tài)。圖 貯料缸環(huán)節(jié)23 / 685 監(jiān)控程序的軟件設(shè)計 組態(tài)軟件簡介 組態(tài)軟件的選擇目前自動化控制方面的軟件品種繁多，但其組成部分大同小異。22 / 68圖 次品撿出器工作環(huán)節(jié) 貯料缸的相關(guān)程序當最低液位傳感器檢測不到壓力時，進料閥門打開，開始加料，當最高液位傳感器檢測到壓力時，進料閥關(guān)閉，為了保證生產(chǎn)效率，貯料缸補充原料時灌裝系統(tǒng)應(yīng)該不停止，所以將貯料缸的程序當做一個單獨的程序。如果在最大次品撿出時間內(nèi)（tim110）內(nèi)，檢測到次品的壓力，則停止 tim110 的計時，開啟 tim009 將次品送出去。所以當出現(xiàn)爆瓶和破瓶時，在 D 點瓶子會被次品檢出器撿出。（b）當出現(xiàn)爆瓶時，B 點瓶子隨著托盤開始下降，C 點瓶子下降完成。次品撿出器并設(shè)在 D 處的外圍。圖 處理破瓶環(huán)節(jié) 次品撿出器 （1）次品撿出器相關(guān)介紹如圖 ，瓶子在上升以后，瓶子底離下轉(zhuǎn)盤有一定的距離，本系統(tǒng)所設(shè)計的這個次品檢出器就在層位。圖 處理爆瓶環(huán)節(jié)20 / 68（2）次品為破瓶時（接正常灌裝流程的（3）步驟）當最大充氣時間 6S 到時，氣閥沒有檢測到氣壓（破瓶，CO 2 充不滿），則停止充 CO2，同時瓶子托盤開始下降（ ）， 次品提示燈亮，托盤下降時間為 6S（tim006），下降完畢托盤等待進入下一次循環(huán)，同時次品檢出器啟動（詳見下方次品撿出器的介紹）。（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)。此過程對應(yīng)圖 中的 T4 托盤下降環(huán)節(jié)。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(guān)閉液閥，回氣管工作（），開啟排氣和除余液操作。此過程對應(yīng)圖 中的 T3 灌裝環(huán)節(jié)。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。18 / 68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。可以實現(xiàn)爆瓶或無瓶不充氣。此過程對應(yīng)圖 中的 T2 充氣環(huán)節(jié)。梯形圖如圖 所示。17 / 68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）。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。 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。設(shè)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]。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。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。 可編程序控制器 I/O 分配 開關(guān)量 I/O 模塊的選擇：開關(guān)量 I/O 模塊的不同，直接關(guān)系到 I/O 點數(shù)的多少，對PLC 的應(yīng)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。當計數(shù)輸入（CP）和復(fù)位（R）同時來到時，復(fù)位輸入優(yōu)先。（2）計數(shù)器指令（CNT） 系統(tǒng)設(shè)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)椤癘N”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(shè)定值時，計數(shù)器為“ON”；當計數(shù)復(fù)位端（R）為“ON”時，計數(shù)器為“OFF”，且當前返回到初始設(shè)定值。15 / 684 汽水灌裝機控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 系統(tǒng)程序的指令介紹 （1）定時器指令（TIM） 系統(tǒng)設(shè)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)椤癘N ”時，定時器開始工作，直到計時到計數(shù)器所設(shè)定值，計時器當前值為 00000，計數(shù)器為“ON”。通過這道程序，使汽水在灌裝過程中，CO 2 的損失降到最低。 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。 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。然后再把己灌滿的瓶子下降到規(guī)定的位置，14 / 68以便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。 由洗瓶機出來的瓶子由輸送帶送來后，為