灌装机PLC系统控制的设计.doc

1、 纯净水灌装机 PLC 控制系统 的设计 无锡科技职业学院 毕业设计（论文） 纯净水灌装机 PLC 控制系统的设计 i 纯净水灌装机 PLC 系统控制的设计 摘要： 近年来，社会的发展和进步对各行各业提出了越来越高的要求。机械化加工企业为了提高生产 效率和市场竞争力，采用了机械化流水线作业的生产方式，对不同的产品分别组成了自动流水线。产品不断地更新换代，也同时要求相应的控制系统随之改，提高产品生产的效率。在这 种情况下，硬连接方式的继电接触式控制系统就不能满足经常更新的要求了。这是因为，一是成本高，二是周期长。在早期还出现过矩阵式顺序控制器和晶体管逻辑控制系统，由于这些装置体积大，功能少 ，本

2、身存在很多不足，虽然在能够提高控制系统的通用性和灵活性，但均未得到广泛应该 。 PLC 可编程序控制器具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一。由于 PLC 具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富， 纯净水 灌装机发展很快，早已 由 人工手动灌装发展实现机械自动化灌装，且自动化水平日益提高。随着科学技术和生产的发展，现在越来越多的将 PLC 应用于灌装机系统中。 关键字： 继电接触式控制系统、 PLC、灌装机、

3、自动控制 无锡科技职业学院 毕业设计（论文） 纯净水灌装机 PLC 控制系统的设计 ii The design of pure water filling machine PLC control system Abstract： In recent years, the development of social development and progress of all walks of life put forward more and more high demand. Mechanization processing enterprise in order to increase

4、the production efficiency and competitiveness, the mechanization line operation mode of production, to a different products separately formed to be automatic assembly line. Product constantly updating and upgrading, and also requires the appropriate control system then change, improve product produc

5、tion efficiency. In this case, hard links of the way the relay contact control system can not meet the requirement of often update. Because, the first is a high cost, and the second is cycle is long. In the early days also appeared matrix sequence controller and the transistor logic control system,

6、because the device is big, the function is less, there are so many shortcomings, although in can increase control system of general and flexibility, but were not widely should. PLC programmable controller is simple in structure, convenient programming and high reliability etc, are widely used in ind

7、ustrial process and the location of the automatic control. According to the statistics, the programmable controller is used in the industrial automation devices a kind of most equipment. Experts think, programmable controller will be the major means of industrial control and important one of the fou

8、ndation of the equipment. Due to the use of PLC has the characteristics of strong adaptability to the environment, and the internal timer is very rich in resources, pure water filling machine development soon, have already by manual filling development realize automatic mechanical filling, and autom

9、ation level is increasing day by day. Along with the science and technology and the development of production, now more and more will PLC in the filling machine system. Key Words: The system of relay contact control、 PLC、 Filling machine、 Automatic control 无锡科技职业学院 毕业设计（论文） 纯净水灌装机 PLC 控制系统的设计 iii 目录

10、 前言 . 1 第一章 概述 . 2 1.1 本文主要研究内容 . 2 1.2 课题研究意义 . 2 第二章 纯净水灌装机结构功能分析及其主要工艺流程 . 3 2.1 纯净水灌装机结构功能分析 . 3 2.2 纯净水灌装机的主要工艺流程 . 4 第三章 设备主要组成部分 . 5 3.1 冲洗装置 . 5 3.2 灌装机构 . 7 3.3 封盖机构 . 9 3.4 星轮传动机构 .11 3.5 纯净水灌装机的技术特点分析 .11 第四章 PLC 相关知识 . 13 4.1 PLC 的历史和发展 . 13 4.2 PLC 的特点与应用 . 13 4.3 PLC 的工作原理 . 15 第五章 控制系

11、统的硬件设计 . 16 第六章 控制系统的软件设计 . 18 6.1 S7-200 PLC 编程软件 (STEP 7 MICROWIN SP3)使用方法 . 18 6.2 梯形图及元件选择 . 18 6.3 程序调试与分析 . 22 第七章 结论 . 25 致 谢 . 26 参考文献 . 27 无锡科技职业学院 毕业设计（论文） 纯净水灌装机 PLC 控制系统的设计 1 前 言 民以食为天，食以水为先 。随着 生活质量的提高和环保、健康意识的增强，人们对饮水问题日益重视。其中，纯净水以其突出的优点受到市民的欢迎。于是，纯净水灌装机行业迅速兴起，各种纯净水灌装机相继问世。调研表明，大多数纯净水灌

12、装机采用了继电器控制。它具有效率高、功能强、加工质量高等特点，是当今世界的前沿课题，但还存在一些问题，例如： 罐装精密度以及 稳定性难以保证 、更换灌装规格困难等 。 本设计采用的是 PLC 控制的纯净水灌装机系统。用 PLC 的控制系统来取代原来由单片机、继电器等构成的控制系统，采用模块化结构、具有良好的可移植性和可维护性，对提高企业生产 和管理自动水平有很大的帮助。同时又提高了生产线的效率、使用寿命和质量，减少了企业产品质量的流动，因此具有广阔的市场前景。设计中 选取的 PLC 是西门子生产的 S7-200。 S7-200 系列是一类可编程逻辑控制器（ Micro PLC） 。这一系列产品

13、可以满足多种多样的自动化控制需要， S7-200 Micro PLC 的 CPU22*系列 PLC 的 CPU，具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令，使得 S7-200 可以近乎完美地满足小规模的控制要求。此外，丰富的 CPU 类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问 题时，具有很强的适应性。 无锡科技职业学院 毕业设计（论文） 纯净水灌装机 PLC 控制系统的设计 2 第一章 概述 1.1 本文主要研究内容 本文主要 研究的是基于 PLC 控制的纯净水灌装机系统的主体结构功能。各个组成部分及其结构和功能，其中包括冲洗机、灌装机、理盖器、上盖器及旋盖器。灌装机的动作过程。同

14、时本文还将对 S7-200 PLC 及其编程软件的使用进行详细的叙述，并就本文的纯净水灌装机进行编程并 仿真 ，实现其自动控制。 1.2 课题研究意义 要把 灌装机 产品国产化，要走相当一段的路程，国内现状是 “ 互仿 ” -互相仿造，在国内仿造，也叫做 “ 内仿 ” 。水平大概一致，今天你有的，明天别人就仿去了。一个灌装机行业也就那么几家有自己的机械设计能力来开发新产品。其他的制造商就跟进过来。所以在互联网上我们查找灌装机会看到很多产品，但大多雷同。相比较而言，一些国外厂家，他们的产品不论是在外观还是的设计原理上都有比较大的区别。这就是很多国内一些想创新的厂家努力去学习国外产品的原因，操作方

15、法是到国外参加展会，拍些设备图片或直接购买一个设备样品，拿来仿造 就可以了。这就是 “ 外仿 ” ，仿造国外的。不管是 “ 内仿 ” 还是 “ 外仿 ”都是在仿造。自己没有太多的创新和设计。产品就会一直在跟进，跟着别人前进。要想超越和创新就必须有自己的机械设计能力，机械设计和研发是灌装机最终能国产化的根本前提。 我国液体灌装机要满足包装行业快速发展的需求，并积极参与国际竞争，就必须打破 “ 小而散 ” 的行业态势，在 “ 高精尖 ” 的方向上不断前进。业内人士认为，未来液体灌装机将配合产业自动化趋势，在技术发展上朝着机械功能多元化，结构设计标准化、模组化，控制智能化，结构高精度化等几个方向发展

16、液体。因此灌装机 的发展为食品、药品的现代化加工和大批量生产提供了必要的保证。 本设计就是针对以上而设计的一种以 PLC 可编程控制系统为主导的灌装机系统。灌装生产线有两条传送带，空 瓶 传送带和灌装传送带。生产线分为 三 个工位，这三 个工位完成桶的清洗 和 吹干、灌装、和 旋盖 。生 产线启动后，空 瓶 传送带送过来的空 瓶 依次完成上述功能。 无锡科技职业学院 毕业设计（论文） 纯净水灌装机 PLC 控制系统的设计 3 第二章 纯净水灌装机结构功能分析及其主要工艺流程 开发灌装机时分为两部分机械系统和电气控制系统，电气系统包括硬件和软件 部分，这方面我将于 下 面的章节中 具体讨论。 本

17、章中笔者将主要叙述纯净水灌装机机械系统中的各结构功能及其整体工作流程。 2.1 纯净水灌装机结构功能分析 整体立体布局如图 2-1 所示。 图 2-1 纯净水灌装机整体立体布局 各个部分的结构组成 ： 纯净水灌装机整体平面布局如图 2 2 所示，其动作过程为： 进瓶风道将 待灌装 瓶 送至星轮传动， 并 由星轮传动把瓶传至冲洗机夹瓶机构，夹瓶机构夹持瓶颈依冲洗机导轨运转进行翻转对瓶内外进行冲洗，冲洗干净并沥干的灌装瓶依形板通过星轮传动，再由星轮传动把瓶传至灌装机，由卡瓶板卡住瓶颈依灌装运行导轨 上升并顶开 灌装阀进行灌装，灌装完后再 下降，脱离灌装阀，并 依形板通过星轮传动 传至 星轮传动 。

18、在星轮将待灌装瓶传至旋盖器上的过程，上盖器 将瓶 盖盖在瓶上 ， 最后 由旋盖卡瓶板卡住 待灌装瓶 瓶颈进行旋盖，最后依形板通过输送链将灌装旋好盖的饮料瓶传 出， 这样就完成冲洗、灌装、旋盖全过无锡科技职业学院 毕业设计（论文） 纯净水灌装机 PLC 控制系统的设计 4 程。 图 2-2 纯净水灌装机整体平面布局 2.2 纯净水灌装机的主要工艺流程 依照上图中的 纯净水灌装机 立体及平面布局以及其动作过程绘制其 主要工艺流程如图 2 3 所示。 图 2-3 纯净水灌装机主要工艺流程图 进瓶 星轮 1 洗瓶机 星轮 2 灌装机 星轮 3 出瓶 旋盖机 星轮 4 下盖槽 输送带空瓶 导入 星轮传动

19、 洗瓶机夹 紧、翻转、冲瓶、空瓶导出 星轮传动 灌装机灌装 星轮传动 上盖器上盖 理盖器理盖 瓶子导出 旋盖机旋盖 星轮传动 原料供给 无锡科技职业学院 毕业设计（论文） 纯净水灌装机 PLC 控制系统的设计 5 第三章 设备主要组成部分 该设备主机主要由底板架、玻璃围框、洗瓶机、灌装机、旋盖机、主电机传动、星轮传动、星轮形板、理盖器、下盖槽、 上 盖器及电气控制系统等部件组成。其中底板架由矩形管及钢板组焊而成，上表面及四周覆盖不锈钢面板 ，强度高，刚性好，重量轻，是整台设备的基础件，其底部装有地脚螺栓，可调节水平及高低；玻璃围框将主机四周封闭起来，上部采用透明玻璃门对设备进行监控，玻璃门上设

20、有保护装置，在机器运转时打开它会自动停机，外形美观大方，使用安全可靠。 3.1 冲洗装置 冲瓶 装置 采用翻转式连续跟踪喷冲的方式 ， 其进瓶、翻转，出瓶过程全自动化。根据需要，可选择水冲洗、消毒、无菌水冲洗或选择冲温水、热水、喷压缩空气，使其同时具有冲洗和杀菌功能，将瓶中残留水减至极少。 在对瓶子进行外部清洗时， 待洗的瓶子放在两个转动着的导辊上，导辊带动瓶子旋 转。当推头 M 把瓶推向前进时，转动着的刷子就把瓶子外面洗净。当前一个瓶子将洗涮完毕时，后一个待洗的瓶子已进入导辊待推。 清洗的专用设备由不锈钢水泵、高压喷头、电器箱等组成。该机采用高压反冲喷洗，瓶壁的杂物能及时脱离掉入水箱中 。

21、在对瓶子内部进行清洗时所用的洗瓶机主要由 洗瓶夹、上转盘、导轨、分水盘、防护罩、喷水装置、接水盘等组成。 动作过程为： 洗瓶夹随上转盘旋转，与进瓶星轮交接时靠弹性变形张开瓶口夹，夹持灌装瓶颈，依导轨作一百八十度翻转，瓶口朝下进行清水冲洗然后滴干，再翻转 180，瓶口朝上由出瓶星轮带出；防护罩 可防止冲洗水溅出；分水盘将清洗水由静止件送至旋转件。 洗瓶机的特点有： 传动全程为夹瓶口，方便不同瓶型的切换。 可根据要求进行多道清洗。 无瓶不冲洗。 如果水压降低，安全系统会使机器停止运转。 如果机器停止运转，洗瓶机进瓶处会有一个电磁阀阻止瓶子继续进入 。 冲瓶机夹头带有快速插头，由食品级橡胶制成，一个

22、带开口的收集器，装无锡科技职业学院 毕业设计（论文） 纯净水灌装机 PLC 控制系统的设计 6 在转台的中心，该收集器 主要 收集冲洗液， 其 表面为玻璃钢或者不锈钢涂层，防止清洗液喷射到外面。 洗瓶机的工作原理为： 瓶子装入特制的瓶盘中，特制瓶盘由瓶盘和盖板组成并由瓶盘的带 孔子分隔定位。由人工送入第一工位，循环水喷淋注水满江后，下沉至超声波槽进行超声波粗洗；随后瓶盘上升推入第二工位， 瓶 口朝下喷淋水冲洗外瓶，把针头插入瓶中一次清洗（注射用水）、二次清洗（注射用水）、三次气冲、甩干 。洗瓶机的清洗工序图如图 3 1 所示。 图 3 1 洗瓶机清洗工序图 洗瓶机的优势有： 结构简单、性能稳定、操作容易、维修费用低。 多规格、多用途。 可联动使用，也可单机使用。 采用气动系统，无污染。 采用 PLC 控制操作洗瓶工艺，超声波清洗时间可自由设定。 具有残水去除装置。 和平盘式清洗方 式实现了洗瓶低破损率。 装满安瓿瓶的瓶盘可直接进下灭菌烘箱，不需要翻盘。 清洗质量符合 GMP 规范要求。