1、 广德爱众 砺能善医 毕 业 设 计 作 品 题 目： 饮料灌装生产的流水线 PLC 控制 姓 名： 专 业： 机电 班 级： 学 号： 校内指导老师： 校外指导老师： 填表日期： 湘潭医卫职业技术学院教务处制 湘潭医卫职业技术学 院 毕业设计作品 二级学院 医电 学 院 专 业 机电 班 级 姓 名 学 号 校内指导老师 毕业设计名称 饮料灌装生产的流水线 PLC 控制 校外指导老师 毕业设计时间 前 言 工业现代 化的进程，对生产过程的自动控制和信息通信提出了更高的要求。随着计算机和网络通讯技术的发展，企业对生产过程的自动控制和信息通讯提出了更高的要求。工业自动化系统已经从单机的 PLC
2、控制发展到多 PLC 及人机界面（ HMI， Human Machine Interface）的网络控制。 早期的灌装生产流水线大多数采用容积泵式、蠕动泵式作为计量方式。这些方式存在一些缺点。例如：灌装精度和稳定性难以保证、更换灌装规格困难等。本系统采用的饮料分装计量是通过时间和单位时间流量来确定的，计量精度由可编程控制器（ PLC）控制确定。并 且在本系统还具有数据统计和故障报警功能，能够准确的将生产情况告知用户，使用户能灵活的调整生产方式和方便的了解到设备的即时运行状态。 PLC 控制具有编程简单、工作可靠、使用方便等特点，已经在工业自动化控制领域得到了广泛的应用。 目 录 摘 要 Abs
3、tract . 1.绪论 . 1.1 饮料灌装生产流水线的概述 . 1.1.1 生产流水线的概念 . 1.1.2 生产流水线的形式及特点 . 1.2 饮料灌装生产流水线模型 . 1.3 PLC 基础 . 1.3.1 可编程控制器的产生和定义 . 1.3.2 可编程控制器的特点 . (1) 可靠性高，抗干扰能力强 . 1.3.3 设计 PLC 控制时，应遵循以下基本原则 . 2. 饮料灌装生产流水线的 PLC 控制要求和内容及硬件设计 . 2.1 控制任务 . 2.2 控制方案设计原则 . 2.2.1 确定系统控制任务与设计要求 . 2.2.2 制定电气控制方案 . 2.2.3 确定控制系统的输
4、入输出信号 . 2.2.3.1 控制对象的类型 . 2.2.4 PLC 选型与硬件配置 . 2.2.5 I/O 分配 . 2.2.6 控制程序设计 . 3. S7-200 硬件介绍 . 3.1 S7-200 硬件模块 . 3.1.1 CPU . 3.1.2 信号模块 . 3.1.3 通信模块 . 3.1.4 功能模块 . 3.1.5 接口模块 . 3. 2 S7-200 的扩展能力 . 3.3.2 S7-300 模拟量模块的固定编址 . 4. 硬件接线 . 4.1 模块选择 . 4.1.1 CPU . 4.1.2 信号模块 . 4.1.3 电源模块 . 4.2 I/O 分配表 . 4.3 I/
5、O 接线图 . 4.3.1 数字量输入模块 32DI 的接线图 . 4.3.2 数字量输出模块 32DO 的接线图 . 4.3.3 数字量输入 /输出模块 8DI/8DO 的接线图 . 5. 工程软件的设计 . 5.1 S7 的编程语言 . 5.2 S7 程序结构设计 . 5.2.1 程序块类型 . 5.2.2 程序结构形式 . 5.3 工程项目程序结构 . 5.3.1 需要编写的程序块 . 5.3.2 程序结构流程图 . 6.设计灌装生产线控制程序及运行原理说明 . 6.1 编写生产线自动运行程序（ FC30） . 6.1.1 生产线运行启动 /停止 . 6.1.2 自动循环灌装程序如图 6
6、-2所示 . 6.2 手动运行如图 6-3 所示 . 6.3 急停处理（ FC10） . 6.4 计数统计 . 6.4.1 空瓶数和 满瓶数计数统计 . 6.4.2 计算废品率 . 6.4.3 废品率超过 2%时报警 . 6.4.4 显示包装箱数 . 6.4.5 计数值清零 . 6.5 生产线故障故障报警 . 6.6 编写主程序 OB1 . 6.7 蜂鸣器整点响 5S 的程序 . 6.8 模拟量处理程序 . 6.8.1 在 OB100 启动组织块中用语句表编写指令 . 6.8.2 在硬件组态中定义 500ms 执行一次循环中断组织块 OB35 . 6.8.3 在 OB35 中调用 FC105，
7、间隔 500ms 采集一次灌装 罐的液位值 . 6.8.4 在 FC70 中编写模拟量液位值的处理程序 . 结束语 . 致 谢 . 参考文献 . 摘 要 随着工业自动化水平日益提高，众多工业企业均面临着传统生产线的改造和重新设计问题。其中饮料的灌装就是饮料生产线上重要的生产环节。 控制系统主要由一 台 PLC、交流异步电机、液罐、多个灌装状态检测传感器、故障报警蜂鸣器、产量统计显示器等组成。其中电机用来控制运送饮料瓶的传送带部分。 本控制系统有两个特点：一是输入、输出设备比较多；二是所需实现的控制是顺序逻辑控制、模块控制以及计算统计功能。 西门子 S7-200 系列 PLC 在模块控制、高速计
8、数和计算方面的功能较强，实现比较方便。因此本系统选用了 S7-200 型号的 PLC 进行控制，既满足了控制系统所需的I/O 点数，又满足了被控对象的控制要求。 采用 PLC 控制饮料灌装生产线，实现了饮料生产线的自动化、智能化。对劳动 生产率的提高，饮料质量和产量的提高具有深远的意义。 关键词 S7-200 可编程序控制器（ PLC） /自动化 /智能化 Abstract With the computer and network communication technology, business-to-production process automation and informati
9、on and communication put forward higher requirements. Beverage production line more complex production processes are also numerous. One drink is a beverage filling production lines most important production areas. Control system mainly by a single PLC, AC asynchronous motor, tank, multiple filling s
10、tate detection sensor, fault alarm buzzer, the output statistics displays so on. One motor is used to control the delivery of beverage bottles conveyor belt parts. The control system has two characteristics: First, input and output devices are more; second is required in order to achieve control is
11、logic control, module control, and computing statistical functions. Siemens S7-200 series PLC in the module control, high-speed counting and computing functions of a stronger and achieve more convenient. Therefore, this system adopts the S7-200 type of PLC control ,not only the control system to mee
12、t the required I / O points, but also to meet the control requirements of the controlled object. Use of PLC control beverage filling production line, to achieve the soft drink produc tion line automation and intelligence. On labor productivity gains, improve beverage quality and yield far-reaching s
13、ignificance. KEY WORDS S7-200 PLC ， Automation ， Intelligence 1.绪论 1.1 饮料灌装生产流水线的概述 1.1.1 生产流水线的概念 生产流水线是生产型企业最常用的制造产品的形式，它是由一 群人或机器人在一个接一个的完成一项半成品或成品的加工及检验和包装，由于是有些采用行走的输送带承载被加工的物品，因此被称为流水线生产。 1.1.2 生产流水线的形式及特点 (1) 板链式装配流水线 特点：承载的产品比较重，和生产线同步运行，可以实现产品的爬坡；生产的节拍不是很快；以链板面作为承载，可以实现产品的平稳输送。 (2) 滚筒式流水线 特
14、点：承载的产品类型广泛，所受限制少；与阻挡器配合使用，可以实现产品的连续、节拍运行以及积放的功能；采用顶升平移装置，可以实现产品的离线返修或检测而不影响整个流水线的运行 。 (3) 皮带式流水线 特点：承载的产品比较轻，形状限制少；和生产线同步运行，可以实现产品的爬坡转向；以皮带作为载体和输送，可以实现产品的平稳输送，噪音小；可以实现轻型物料或产品较长距离的输送。 (4) 差速输送流水线 特点：差速输送流水线采用倍速链牵引，工装板可以自由传送，采用阻挡器定位使工件自由运动或停止，工件在两端可以自动顶升，横移过渡。还可以在线可设旋转、专机、检测设备、机械手等。 1.2 饮料灌装生产流水线模型 饮
15、料灌装自动化生产线示意图如图 1-1所示。生产线由瓶子传送带和灌装液罐组成，传送带由电 动机驱动，可以正转和反转。电动机正转时，传送的瓶子依次通过空瓶、灌装、满瓶和终端 4个工位。 自动化生产线的控制台可以用普通的控制面板实现，也可以用 HMI（人机界面）设备实现。控制面板如图 1-2 所示。控制面板上有启动 /停止按钮、急停按钮、下位 /上位选择开关、手动 /自动选择开关、正反转点动按钮、故障复位按钮、计数清零按钮及各种指示灯等。 完成以上的控制动作，需要通过可编程控制器来对生产线的控制。 1.3 PLC 基础 可编程控制器是工业自动化的基础平台。在工业现场中用于对大量 的数字量和模拟量进行
16、控制，例如电磁阀的开闭，电动机的启停、温度、压力、流量的设定，产品的计数与控制等。 1.3.1 可编程控制器的产生和定义 可编程控制器的缩写为 PLC（ Programable Logical Controller），是将计算机技术、自动化技术和通信技术融为一体，专为工业环境下应用而设计的控制设备。 20 世纪 60 年代，生产过程及各种设备的控制主要是继电器控制系统。继电器控制简单、实用，但存在着明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，图 1-1 饮料灌装生产流水线模型 难以实现较复杂的控制特别是由于它是靠硬连线逻辑构 成的系统，接线复杂，一旦动作顺序或生产工艺发生变化时，就必
17、须进行重新设计、布线、装配和调试，所以通用性和灵活性较差。生产上迫切需要一种使用方便灵活、性能完善、工作可靠的新一代生产过程自动控制系统。 1968 年美国 GM（通用汽车）公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年美国数宇公司研制出了第一代可编程序控制器，它具有逻辑运算、定时、计数等顺序等功能。 20 世纪 80 年代后，由于计算机技术的迅猛的发展， PLC 采用通用微处理器为核心，具有了函数运算、高速计数、中断技术、 PID 控制等功能，称为 PC(Programable Controller) 即可编程控制器。但由于 PC（ Personal Computer）已成为个人计算机的代名词，为
18、了不与之混淆，人们习惯上仍将可编程控制器称为 PLC。经过短短的几十年发展，可编程控制器已经成为自动化技术的三大支柱（ PLC、机器人和 CAD/CAM）之一。 1982 年，国际电工委员会（ IEC）制定了 PLC 的标准，在 1987 年 12 月颁布的第三稿中，对可编程控制器的定义是：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑 运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充
19、其功能的原则设计。” 1.3.2 可编程控制器的特点 (1) 可靠性高，抗干扰能力强 微机虽然具有很强的功能，单抗干扰能力差，工业现场的电磁干扰、电源波动、机械振动、温度和湿度的变化等都可以使一般通用微机不能正常工作。而 PLC 是专为工业环境应用而设计的，故对于可能受到的电磁干扰、高低温及电源波动等影响，已在 PLC 硬件及软件的 设计上采用了措施。如在硬件方面采用了电和磁的屏蔽，对 I/O接口采用了光电隔离，对电源及 I/O 接口线采用了多种滤波等。而在软件方面采用了故障检测、诊断、信息保护和恢复等手段，一旦发生异常， CPU 立即采取有效措施，防止故障扩大，使 PLC 的可靠性大大提高。
20、 (2) 机构简单，应用灵活 PLC 在硬件结构上采用模块化积木式结构，各种输入输出信号模块、通信模块及一些特殊功能模块品种齐全。针对不同的控制对象，可以方便、灵活地组合成不同要求的控制系统。硬件接线简单，一般不需要很多配套的外围设备。 (3) 编程方便，易于使用 PLC 采用了与继电器控制电路有许多相似之处的梯形图作为主要的编程语言，程序形象直观，指令简单易学，编程步骤和方法容易理解和掌握，不需要具备专门的计算机知识，只要具有一定的电工和工艺知识的人员都可以在短时间内学会。 (4) 功能完善，适用性强 PLC 具有对数字量和模拟量很强的处理功能，如逻辑运算、算术运算、特殊函数运算等。 PLC
21、 具有常用的控制功能，如 PID 闭环回路控制、中断控制等。 PLC 可以扩展特殊功能，如高速计数、电子凸轮控制、伺服电动机定位、多轴运动插补控制等。PLC 可以组成多种工业网络，实现数据传送、 上位监控等功能。 1.3.3 设计 PLC控制时，应遵循以下基本原则 (1) 最大限度地满足被控对象的控制要求 充分发挥 PLC 的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计 PLC 控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合
22、，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。 (2) 保证 PLC 控制系统安全可靠 保证 PLC 控制系统能够长期安 全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证 PLC 程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。 (3) 力求简单、经济、使用及维修方便 一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工 程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控
