【正文】 ...........................................................................36附件 A ...................................................................................................................................................37附錄 B ...................................................................................................................................................45附件 C ...................................................................................................................................................52V / 68附件 D ...................................................................................................................................................56附件 E....................................................................................................................................................581 / 68緒 論（1）灌裝機械的發(fā)展與現(xiàn)狀隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，人民生活水平的提高，人們的消費習慣也隨之相應的變化，同時對消費品的包裝提出了更高的要求。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。用日本 OMRON 系列可編程控制器設計了多移閥開啟、破瓶檢測、破瓶撿出、自動壓蓋等過程的自動控制。畢業(yè)設計（論文）題 目： 基于 PLC 的汽水灌裝機控制系統(tǒng)設計 系 別： 專 業(yè)： 學生姓名： 指導教師： 年 6 月 15 日I / 68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。本論文詳細論述了汽水灌裝機控制系統(tǒng)的設計步驟，通過對灌裝機系統(tǒng)的充分了解，以行業(yè)現(xiàn)狀為出發(fā)點，結(jié)合其他行業(yè)自動控制技術(shù)的應用情況，提出了基于 PLC的汽水灌裝機控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。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。采用 PLC 來控制飲料生產(chǎn)線，實現(xiàn)了汽水灌裝機控制系統(tǒng)的自動化，對勞動生產(chǎn)率的提高，對飲料的質(zhì)量和產(chǎn)量的提高都具有深遠的意義。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，就應大力發(fā)展液體產(chǎn)品的包裝技術(shù)。十九世紀末二十世紀初以前，通常使用水罐、水杓進行人工灌裝或直接將容器浸入液料中進行灌裝，大約在1980 年美國 Horix、Kiefer 和 等三家公司開始制造容器灌裝的機械裝置。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。70 年代初，上海、北京、廣州、青島、煙臺等地引進三十多條灌裝線，其中有西德Seitz 廠產(chǎn)品、意大利 Simonazi 公司、美國 Merer 公司、日本三菱公司，另外還有許多羅馬尼亞灌裝線。（2）PLC 在工業(yè)中的應用情況 PLC （Programmable Logical Controller，可編程序邏輯控制器）是以微處理器為基礎，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的一種為用于工業(yè)環(huán)境而設計的數(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。因此，PLC 廣泛的應用于許多工業(yè)領(lǐng)域，當然技術(shù)的日新月異、突飛猛進是 PLC 迅速擴展市場的根本原因。我國的飲料包裝設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。隨著集散控制系統(tǒng)的日益完善，PLC 在工業(yè)控制領(lǐng)域應用的日益廣泛，使我們利用先進控制技術(shù)改進自動汽水灌裝機的控制系統(tǒng)，彌補其不足成為可能。通過監(jiān)控系統(tǒng)，可以對生產(chǎn)線中各設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。實施灌裝過程監(jiān)控后，可以實現(xiàn)大型汽水灌裝機控制系統(tǒng)的全自動化，提高生產(chǎn)效率。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。第 4 部分介紹的是汽水灌裝機控制系統(tǒng)的軟件設計，主要是對 PLC 軟件和系統(tǒng)程序的設計進行介紹，3 / 68并結(jié)合汽水灌裝機控制系統(tǒng)的具體控制要求，對 I/O 進行分配；第 5 部分介紹的世紀星組態(tài)畫面的設計，首先對該軟件進行了簡單的介紹，然后結(jié)合 PLC 控制原理與程序流程圖，實現(xiàn)組態(tài)畫面的控制。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。 直線型灌裝機 灌裝瓶沿著平直的直線運動，進行成排灌裝。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。一般灌裝機常采用下列幾種灌裝方法：（1）常壓法 常壓法也稱純重力法，即在常壓下，液料依靠自重流進包裝容器內(nèi)。（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)。采用此種方法灌裝，可以減少這類產(chǎn)品中所含 CO2 的損失，并能防止灌裝過程中過量起泡而影響產(chǎn)品質(zhì)量和定量精度。（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。也適用于灌裝含維生素的液體物料，如蔬菜汁、果子汁等，瓶內(nèi)形成真空就意味著減少了液料與空氣的接觸，延長了產(chǎn)品的保質(zhì)期，真空法還適用于灌裝有毒的物料，如農(nóng)藥等，以減少毒性氣體的外溢，改善勞動條件。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]。今天的旋轉(zhuǎn)式灌裝機自動灌裝機的生產(chǎn)能力己達每分鐘 2022 瓶。 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。真空—等壓法是灌裝前對瓶內(nèi)抽取真空，然后再充入 CO2 進行等壓灌裝。采用真空法其灌裝閥的結(jié)構(gòu)較簡單，液漏損失小。碳酸飲料采用等壓灌裝法可以有效的防止灌裝過程中 C02 氣體的損失，等壓灌裝即先向瓶子中充氣，使容器內(nèi)壓力與貯液缸內(nèi)的壓力相等，再將貯液缸內(nèi)的液體灌入容器內(nèi)。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。所以本系統(tǒng)在設計中選用等壓灌裝法。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)。整條汽水灌裝機控制系統(tǒng)由一臺 PLC、灌裝機以及次品撿出器和指示燈等其它元件構(gòu)成。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。通過PLC上的開關(guān)和指示燈等進行對系統(tǒng)功能的操作和監(jiān)控系統(tǒng)的工作過程 [9]。設計的灌裝過程是：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)。完成上述幾步之后，瓶子的升降機構(gòu)立即進入下降滑道，在下降滑道的作用下，升降托盤被滑道強制下降，因而裝好的瓶子隨之下降到最低位置，當轉(zhuǎn)過一定角度后，瓶子進入傳遞輪子的區(qū)域，被傳遞輪子退出，送去進行上蓋并包裝，這樣就完成了整個灌裝工作的一個工作循環(huán)過程。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)設計流程圖10 / 683 汽水灌裝機控制系統(tǒng)的硬件設計 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)場應用環(huán)境設計的，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。 PLC 介紹可編程控制器是 60 年代末在美國首先出現(xiàn)的，當時叫可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用來取代繼電器。提出 PLC 概念的是美國通用汽車公司。根據(jù)實際應用對象，將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲器內(nèi)，使控制器和被控對象連接方便。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)境下應用而設計?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設備，易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的設計 [3]。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用。同時在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC 以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。（3）適應性好：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。（4）功能完善，接口功能強：除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC 大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。 PLC 型號的選擇本設計選用 OMRON 公司的 CPM2A 型 PLC。日本 OMRON 公司是世界上生產(chǎn)可編程序控制器（PC）的著名廠家之一，OMRON 的大、中、小、微型機各具特色各有所長，在中國市場上的占有率位居前列，在國內(nèi)用戶中享有較高聲譽。CPM2A 是 CPM1A 之后的另一系列機型。CPM2A 的基本指令與 CPM1A 相同，都是 14 種，但 CPM2A 的應用指令增加到105 種、185 條；CPM2A 的工作速度明顯加快，基本指令 LD 的執(zhí)行時間為 ，應用指令 MOV 的執(zhí)行時間為 ；程序容量增加到 4096 字；讀/寫 DM 增加到 2048字；最大 I/O 點數(shù)可擴展到 120 點；內(nèi)部器件數(shù)目也有增加，如內(nèi)部輔助繼電器區(qū)12 / 68（IR）928 位，特殊繼電器區(qū)（SR）448 位，定時器 /計數(shù)器 256 位，輔助繼電器區(qū)（AR）384 位 [1]。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