飲料罐裝生產(chǎn)線的PLC控制

1、碩士研究生課程結(jié)課論文工業(yè)控制及PLC姓 名：常佳龍學(xué)號(hào)：2012200280年 級(jí)：研12-3班學(xué)科專業(yè)：電氣工程二級(jí)院系：電氣與信息工程學(xué)院日 期：2013-6-20教師評(píng)定： 綜合評(píng)定成績(jī)： 任課教師簽字：飲料罐裝生產(chǎn)線的PLC控制摘要：隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制和信息通訊提出了更高的要求。飲料生產(chǎn)線比較復(fù)雜，生產(chǎn)環(huán)節(jié)比較多。其中飲料灌裝就是飲料生產(chǎn)線上的重要環(huán)節(jié)?？刂葡到y(tǒng)由一臺(tái)PLC、交流異步電動(dòng)機(jī)、液灌、傳感器、故障報(bào)警蜂鳴器、產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)顯示器等組成。其中電機(jī)用來(lái)控制運(yùn)送飲料瓶的傳送帶部分。西門子S7-300PLC系列PLC在模塊控制、高速計(jì)數(shù)和計(jì)算方面功

2、能較強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)比較方便。采用PLC控制生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)飲料生產(chǎn)線的自動(dòng)化、智能化。對(duì)勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高，飲料質(zhì)量和產(chǎn)量的提高有著重要的意義。關(guān)鍵詞;S7-300PLC;自動(dòng)化；智能化Beverage cans production line of the PLC controlWith the computer and network communication technology development, business process automation control and information communication put forward higher requirements

3、. Beverage production line is more complex, more production processes.control system consists of a PLC, AC induction motors, liquid filling, sensors, fault alarm buzzer, production statistics display and other components. Where in the motor is used to control the transport belt portion of beverage b

4、ottles. Siemens S7-300PLC series PLC in module control, high-speed counting and computing more powerful, relatively easy to achieve. PLC control production lines, beverage production line automation, intelligent. On labor productivity, improve beverage quality and yield of great significance.KEY WOR

5、DS;S7-300PLC Automation Intelligence0 引言工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制和信息通訊提出更高的要求。隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制和信息通訊提出了更高的要求。工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)從單機(jī)的PLC控制發(fā)展到多PLC及人機(jī)界面的網(wǎng)絡(luò)控制。早期的灌裝生產(chǎn)線大多數(shù)采用容積泵式、蠕動(dòng)式作為計(jì)量方式。這些方式存在一些缺點(diǎn)：例如，灌裝精度以及穩(wěn)定性難以保障、更換灌裝規(guī)格困難等。本系統(tǒng)采用飲料封裝計(jì)量通過(guò)時(shí)間和單位時(shí)間流量來(lái)確定，計(jì)量度由可編程控制器確定。并且本系統(tǒng)還具有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和故障報(bào)警等功能，能夠準(zhǔn)確的將生產(chǎn)情況告知用戶，使用戶靈活的調(diào)整生產(chǎn)方式和

6、方便的了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。PLC具有編程簡(jiǎn)單、工作可靠、使用方便等特點(diǎn)，已經(jīng)在工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用。1 飲料灌裝生產(chǎn)線的概念1.1 生產(chǎn)流水線的概念生產(chǎn)流水線是生產(chǎn)企業(yè)最常用的制造產(chǎn)品的形式，它是由一群人或機(jī)器在一個(gè)接一個(gè)的完成一項(xiàng)半成品或成品的加工及檢驗(yàn)和包裝，由于是有些采用行走的輸送帶承載被加工的物品，因此被稱為流水生產(chǎn)線。1.2飲料灌裝生產(chǎn)線的模型飲料灌裝生產(chǎn)線的示意圖如1-1所示。生產(chǎn)線由瓶子傳送帶和灌裝液灌組成，傳送帶由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，瓶子依次通過(guò)空瓶、灌裝、滿瓶和終端4個(gè)工位。圖 1-1 飲料灌裝生產(chǎn)流水線模型2 PLC基礎(chǔ)2.1 PLC優(yōu)點(diǎn)對(duì)于PLC控制電

7、梯系統(tǒng)大致有如下四大優(yōu)點(diǎn):2.21、 可靠性高PLC的內(nèi)部硬件設(shè)有光電隔離和濾波作用的抗干擾電路,對(duì)外部設(shè)備、內(nèi)部存儲(chǔ)單元和接口等具有保護(hù)作用,可靠性高。用PLC作為電梯控制系統(tǒng)的控制器,通過(guò)軟件(梯形圖)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電梯運(yùn)行的自動(dòng)控制,使系統(tǒng)的安全性也得到較大的提高?！?】2、 操作維護(hù)方便PLC控制不需要大量的電子元件,接線大大減少,錯(cuò)誤率低,品于設(shè)計(jì)操作,維護(hù)簡(jiǎn)單方便。同時(shí),PLC程序可選用手持編程器和計(jì)算機(jī)兩種方式錄入調(diào)試,簡(jiǎn)單易行3、 擴(kuò)展、靈活性強(qiáng)PLC有多種多樣的編程語(yǔ)言,外加其編程方法多樣化,易于技術(shù)人員理解和掌握,可以通過(guò)添加模塊數(shù)量來(lái)增加點(diǎn)數(shù),通過(guò)更改程序內(nèi)容進(jìn)行功能擴(kuò)展。4、

8、 通訊運(yùn)行效率高隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的不斷融入,電梯通訊功能逐漸強(qiáng)大。例如PROFIBUS和MODBUS以及TCP/IP等現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用,使電梯實(shí)現(xiàn)了多層站控制、群控控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。正是有了這些功能,才使運(yùn)行效率提高。2.2 PLC硬件介紹S7-300/400 屬于模塊式PLC，主要由機(jī)架、電源模塊、CPU模塊、信號(hào)模塊、通信模塊、功能模塊、接口模塊等組成，所有模塊均安裝在機(jī)架上?！?】1中央處理器 CPU 是PLC 的控制中樞，它由控制器和運(yùn)算器組成。其中，控制器是用來(lái)統(tǒng)一指揮和控制PLC 工作的部件。運(yùn)算器則是進(jìn)行邏輯、算術(shù)等運(yùn)算的部件。PLC 在CPU 的控制下使整個(gè)機(jī)器有

9、條不紊地協(xié)調(diào)工作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)設(shè)備的控制。CPU 按照系統(tǒng)程序賦予的功能，接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算術(shù)運(yùn)算等任務(wù)，并將邏輯或算術(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直置停止運(yùn)行為止。2 存儲(chǔ)器PLC

10、系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器；存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。3 通信接口 主控模塊通常有一個(gè)或一個(gè)以上的通信接口，用以與計(jì)算機(jī)、編程器相連，實(shí)現(xiàn)編程、調(diào)試、運(yùn)行、監(jiān)視等功能。4 輸入與輸出PLC 的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，它與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的聯(lián)系是通過(guò)I/O 模塊實(shí)現(xiàn)的。生產(chǎn)過(guò)程有許多控制變量，如溫度、壓力、液位、速度、電壓、開(kāi)關(guān)量、繼電器狀態(tài)等。因此，需要有相應(yīng)的 I/O 模塊作為CPU 與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的橋梁。且這些模塊應(yīng)具有較好的抗干擾能力。目前，生產(chǎn)廠家已開(kāi)發(fā)出各種型號(hào)的模塊供用戶選擇。對(duì)于輸入/輸出模塊有：數(shù)字量

11、輸入/輸出模塊、開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模塊、交流信號(hào)輸入/輸出模塊、220V交流輸入/輸出模塊。還有智能模塊，它本身帶有CPU、存儲(chǔ)器和監(jiān)控系統(tǒng)可獨(dú)立完成各種運(yùn)算。智能模塊的種類很多，如高速計(jì)數(shù)模塊、PID 調(diào)節(jié)的模擬量控制模塊、閥門控制模塊、智能存儲(chǔ)模塊和智能I/O 模塊?！?】5 電源模塊該模塊將交流電源轉(zhuǎn)換成供CPU 存儲(chǔ)器等所需的直流電源，是整個(gè)PLC 系統(tǒng)的能源供給中心。它的好壞直接影響到 PLC 的功能和可靠性。目前，大多數(shù) PLC 采用高質(zhì)量的開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源，與普通電源相比，PLC 的電源工作穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)。有些機(jī)器的電源除了供內(nèi)部電路使用外，還向外提供24V DC的穩(wěn)壓電源，

12、用于外部傳感器的需要，這樣就避免了因外部電源不合格而引起的外部故障。2.3 PLC的工作原理PLC 采用循環(huán)掃描工作方式，在PLC 中用戶程序按先后順序存放，CPU 從第一條指令開(kāi)始執(zhí)行程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下，掃描輸入的狀態(tài)（輸入刷新），按用戶程序進(jìn)行運(yùn)算處理，然后向輸出發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)（輸出刷新）。如圖1-2 所示。整個(gè)工作過(guò)程可分為5 個(gè)階段自診斷，與編程器或計(jì)算機(jī)等的通信，現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)的采集，用戶程序執(zhí)行，輸出結(jié)果。圖 1-2 PLC的掃描方式3 用戶程序的模塊化結(jié)構(gòu)在講述STEP 7編程軟件的使用之前,先簡(jiǎn)要說(shuō)明一

13、下S7-300/400用戶程序的模塊化結(jié)構(gòu)。西門子公司S5、S7系列PLC采用的是“塊式程序結(jié)構(gòu)”,用“塊”的形式來(lái)管理用戶編寫(xiě)的程序及程序運(yùn)行所需要的數(shù)據(jù),組成完整的PLC應(yīng)用程序系統(tǒng)?！皦K”分為數(shù)據(jù)塊和邏輯塊?！?】1 數(shù)據(jù)塊在生產(chǎn)控制過(guò)程中,常常會(huì)有很多參數(shù)需要修改,故把它們分類放置在不同數(shù)據(jù)塊中有利于進(jìn)行數(shù)據(jù)管理;數(shù)據(jù)塊也是各邏輯塊之間交換、傳遞和共享數(shù)據(jù)的重要途徑;數(shù)據(jù)塊有豐富的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),有助于高效管理復(fù)雜的變量組合,提高程序設(shè)計(jì)的靈活性。2 邏輯塊設(shè)計(jì)者在編程時(shí),須將程序用不同的邏輯塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理,也就是將程序分解為自成體系的多個(gè)部分。每個(gè)邏輯塊為不同設(shè)備或不同功能的控制程序。程

14、序分塊后有以下優(yōu)點(diǎn):規(guī)模大的程序更容易理解、可以對(duì)單個(gè)的程序進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、程序修改更容易、查錯(cuò)更為簡(jiǎn)單、系統(tǒng)調(diào)試更容易等。邏輯塊包括功能塊FB、FC,組織塊0B,系統(tǒng)功能塊SFB、SFC。下面分別介紹。（1） 功能塊功能塊FB屬于用戶自己編程的塊,相當(dāng)于“子程序”。它帶有一個(gè)附屬的背景塊DI,可將FB的參數(shù)和靜態(tài)變量存放在背景數(shù)據(jù)塊中,臨時(shí)變量存放在L數(shù)據(jù)堆棧中。DI隨FB的調(diào)用而打開(kāi),隨FB執(zhí)行結(jié)束而關(guān)閉,所以存在DI中的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失,但保存在L堆棧中的臨時(shí)數(shù)據(jù)將丟失。FB可以使用全局?jǐn)?shù)據(jù)塊DB。功能FC也是屬于用戶自己編程的塊,但它是“無(wú)存儲(chǔ)區(qū)”的邏輯塊。FC的臨時(shí)變量存儲(chǔ)在L堆棧中,在FC

15、執(zhí)行結(jié)束后,這些數(shù)據(jù)丟失。要將有關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ),功能FC可以使用全局?jǐn)?shù)據(jù)塊DB。(2) 組織塊組織塊0B是操作系統(tǒng)與用戶程序在各種條件下的接口界面,用于控制程序的運(yùn)行。不同的0B塊由不同的事件起動(dòng),執(zhí)行不同的功能,且具有不同的優(yōu)先級(jí),可用于控制循環(huán)執(zhí)行或中斷執(zhí)行及PLC起動(dòng)方式等。OB1是主程序塊,由操作系統(tǒng)不斷循環(huán)調(diào)用?？蓪⑺谐绦蚍湃?B1中,或部分放入0B1中,再在0B1中調(diào)用其他塊來(lái)組織程序。0B1在運(yùn)行時(shí),操作系統(tǒng)可能調(diào)用其他0B塊以響應(yīng)確定事件,其他0B塊的調(diào)用實(shí)際上就是“中斷”。一個(gè)OB的執(zhí)行可以被另一個(gè)0B的調(diào)用而中斷。一個(gè)0B是否可以中斷另一個(gè)0B由它的優(yōu)先級(jí)決定。高優(yōu)先級(jí)0B可

16、中斷低優(yōu)先級(jí)的0B, 0B上的優(yōu)先級(jí)最低。4 控制任務(wù)自動(dòng)化生產(chǎn)模型設(shè)計(jì)了自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式。手動(dòng)用于設(shè)備的調(diào)試及計(jì)數(shù)復(fù)位。自動(dòng)模式下允許啟動(dòng)生產(chǎn)線?？刂葡到y(tǒng)包括緊急情況的處理和故障診斷與顯示報(bào)警。1. 急停功能當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，按下急停按鈕停止設(shè)備的一切運(yùn)行。2. 手動(dòng)模式（1 ）在手動(dòng)模式下，可以通過(guò)點(diǎn)動(dòng)按鈕使傳送帶電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，用于調(diào)試設(shè)備；（2 ）在手動(dòng)模式下，可以通過(guò)復(fù)位按鈕對(duì)計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行清零。3. 自動(dòng)模式（1 ）在自動(dòng)模式下，按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)啟動(dòng)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，傳送帶運(yùn)行。（2 ）空瓶子到達(dá)灌裝位置時(shí)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，灌裝閥門打開(kāi)。（3 ）灌裝時(shí)間到，灌裝閥門關(guān)閉，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)傳送

17、帶繼續(xù)運(yùn)行。（4 ）在自動(dòng)模式下，按下停止按鈕，系統(tǒng)停止，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，傳送帶停止運(yùn)行。4. 工件計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)工件的計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)，包括毛坯數(shù)、正品數(shù)和廢品數(shù)。正品數(shù)顯示在控制面板的數(shù)碼管上。5. 模擬量檢測(cè)灌裝液罐的液位由模擬量液位傳感器進(jìn)行監(jiān)視。液位低于下限時(shí)要打開(kāi)進(jìn)料閥門，液位高于上限時(shí)要關(guān)閉進(jìn)料閥門。6. 故障報(bào)警當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，控制系統(tǒng)能夠立即響應(yīng)，控制面板上相應(yīng)的故障指示燈會(huì)閃亮。故障排除后按下故障復(fù)位按鈕，生產(chǎn)線才能自動(dòng)運(yùn)行?！?】5 I/O分配符號(hào)地址數(shù)據(jù)類型急停處理FC10FC10手動(dòng)控制FC20FC20自動(dòng)運(yùn)行FC30FC30啟動(dòng)按鈕I0.0B00L停止按鈕I0.1B

18、OOL點(diǎn)動(dòng)正轉(zhuǎn)I0.2BOOL點(diǎn)動(dòng)反轉(zhuǎn)I0.3BOOL手動(dòng)、自動(dòng)選擇I0.4BOOL下位、上位選擇I0.5BOOL計(jì)數(shù)器清零I1.0BOOL急停I1.7BOOL終端位置I8.0BOOL空瓶位置I8.5BOOL灌裝工位I8.6BOOL滿瓶位置I8.7BOOL實(shí)際液位值MD72INT空瓶數(shù)MW30INT滿瓶數(shù)MW32INT系統(tǒng)運(yùn)行Q4.1BOOL手動(dòng)模式Q4.2BOOL自動(dòng)模式Q4.3BOOL下位模式Q4.4BOOL上位模式Q4.5BOOL急停指示燈Q5.7BOOL灌裝閥門Q8.2BOOL終端指示燈Q8.4BOOL電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)Q8.5BOOL電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)Q8.6BOOL蜂鳴器Q8.7BOOL數(shù)碼顯示QW6WORD6 自動(dòng)生產(chǎn)線運(yùn)行程序6.1 程序結(jié)構(gòu)流程圖主程序0B1循環(huán)