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：常佳龍學號：2012200280年 級：研12-3班學科專業(yè)：電氣工程二級院系：電氣與信息工程學院日 期：2013-6-20教師評定： 綜合評定成績： 任課教師簽字：飲料罐裝生產(chǎn)線的PLC控制摘要：隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)對生產(chǎn)過程自動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)。控制系統(tǒng)由一臺PLC、交流異步電動機、液灌、傳感器、故障報警蜂鳴器、產(chǎn)量統(tǒng)計顯示器等組成。其中電機用來控制運送飲料瓶的傳送帶部分。西門子S7-300PLC系列PLC在模塊控制、高速計數(shù)和計算方面功

2、能較強，實現(xiàn)比較方便。采用PLC控制生產(chǎn)線，實現(xiàn)飲料生產(chǎn)線的自動化、智能化。對勞動生產(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)代化進程，對生產(chǎn)過程自動控制和信息通訊提出更高的要求。隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)對生產(chǎn)過程自動化控制和信息通訊提出了更高的要求。工業(yè)自動化系統(tǒng)已經(jīng)從單機的PLC控制發(fā)展到多PLC及人機界面的網(wǎng)絡(luò)控制。早期的灌裝生產(chǎn)線大多數(shù)采用容積泵式、蠕動式作為計量方式。這些方式存在一些缺點：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)采用飲料封裝計量通過時間和單位時間流量來確定，計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)計和故障報警等功能，能夠準確的將生產(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)備的運行狀態(tài)。PLC具有編程簡單、工作可靠、使用方便等特點，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，它是由一群人或機器在一個接一個的完成一項半成品或成品的加工及檢驗和包裝，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，傳送帶由電動機驅(qū)動，可以正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。電機啟動時，瓶子依次通過空瓶、灌裝、滿瓶和終端4個工位。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)點對于PLC控制電

7、梯系統(tǒng)大致有如下四大優(yōu)點: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,對外部設(shè)備、內(nèi)部存儲單元和接口等具有保護作用,可靠性高。用PLC作為電梯控制系統(tǒng)的控制器,通過軟件(梯形圖)實現(xiàn)了對電梯運行的自動控制,使系統(tǒng)的安全性也得到較大的提高?！?】2、 操作維護方便PLC控制不需要大量的電子元件,接線大大減少,錯誤率低,品于設(shè)計操作,維護簡單方便。同時,PLC程序可選用手持編程器和計算機兩種方式錄入調(diào)試,簡單易行3、 擴展、靈活性強PLC有多種多樣的編程語言,外加其編程方法多樣化,易于技術(shù)人員理解和掌握,可以通過添加模塊數(shù)量來增加點數(shù),通過更改程序內(nèi)容進行功能擴展。4、

8、 通訊運行效率高隨著現(xiàn)場總線技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的不斷融入,電梯通訊功能逐漸強大。例如PROFIBUS和MODBUS以及TCP/IP等現(xiàn)場總線標準的應(yīng)用,使電梯實現(xiàn)了多層站控制、群控控制、遠程監(jiān)控等功能。正是有了這些功能,才使運行效率提高。2.2 PLC硬件介紹S7-300/400 屬于模塊式PLC，主要由機架、電源模塊、CPU模塊、信號模塊、通信模塊、功能模塊、接口模塊等組成，所有模塊均安裝在機架上。【2】1中央處理器 CPU 是PLC 的控制中樞，它由控制器和運算器組成。其中，控制器是用來統(tǒng)一指揮和控制PLC 工作的部件。運算器則是進行邏輯、算術(shù)等運算的部件。PLC 在CPU 的控制下使整個機器有

9、條不紊地協(xié)調(diào)工作，以實現(xiàn)對現(xiàn)場各個設(shè)備的控制。CPU 按照系統(tǒng)程序賦予的功能，接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(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器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算術(shù)運算等任務(wù)，并將邏輯或算術(shù)運算的結(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)運行，直置停止運行為止。2 存儲器PLC

10、系統(tǒng)中的存儲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)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器；存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。3 通信接口 主控模塊通常有一個或一個以上的通信接口，用以與計算機、編程器相連，實現(xiàn)編程、調(diào)試、運行、監(jiān)視等功能。4 輸入與輸出PLC 的控制對象是工業(yè)生產(chǎn)過程，它與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過I/O 模塊實現(xiàn)的。生產(chǎn)過程有許多控制變量，如溫度、壓力、液位、速度、電壓、開關(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)廠家已開發(fā)出各種型號的模塊供用戶選擇。對于輸入/輸出模塊有：數(shù)字量

11、輸入/輸出模塊、開關(guān)量輸入/輸出模塊、交流信號輸入/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、存儲器和監(jiān)控系統(tǒng)可獨立完成各種運算。智能模塊的種類很多，如高速計數(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 存儲器等所需的直流電源，是整個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。有些機器的電源除了供內(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），按用戶程序進行運算處理，然后向輸出發(fā)出相應(yīng)的控制信號（輸出刷新）。如圖1-2 所示。整個工作過程可分為5 個階段自診斷，與編程器或計算機等的通信，現(xiàn)場輸入信號的采集，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,先簡要說明一

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”的形式來管理用戶編寫的程序及程序運行所需要的數(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)控制過程中,常常會有很多參數(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),有助于高效管理復雜的變量組合,提高程序設(shè)計的靈活性。2 邏輯塊設(shè)計者在編程時,須將程序用不同的邏輯塊進行結(jié)構(gòu)化處理,也就是將程序分解為自成體系的多個部分。每個邏輯塊為不同設(shè)備或不同功能的控制程序。程

14、序分塊后有以下優(yōu)點:規(guī)模大的程序更容易理解、可以對單個的程序進行標準化、程序修改更容易、查錯更為簡單、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,相當于“子程序”。它帶有一個附屬的背景塊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,臨時變量存放在L數(shù)據(jù)堆棧中。DI隨FB的調(diào)用而打開,隨FB執(zhí)行結(jié)束而關(guān)閉,所以存在DI中的數(shù)據(jù)不會丟失,但保存在L堆棧中的臨時數(shù)據(jù)將丟失。FB可以使用全局數(shù)據(jù)塊DB。功能FC也是屬于用戶自己編程的塊,但它是“無存儲區(qū)”的邏輯塊。FC的臨時變量存儲在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,功能FC可以使用全局數(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,用于控制程序的運行。不同的0B塊由不同的事件起動,執(zhí)行不同的功能,且具有不同的優(yōu)先級,可用于控制循環(huán)執(zhí)行或中斷執(zhí)行及PLC起動方式等。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)用其他塊來組織程序。0B1在運行時,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)用實際上就是“中斷”。一個OB的執(zhí)行可以被另一個0B的調(diào)用而中斷。一個0B是否可以中斷另一個0B由它的優(yōu)先級決定。高優(yōu)先級0B可

16、中斷低優(yōu)先級的0B, 0B上的優(yōu)先級最低。4 控制任務(wù)自動化生產(chǎn)模型設(shè)計了自動和手動兩種方式。手動用于設(shè)備的調(diào)試及計數(shù)復位。自動模式下允許啟動生產(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警。1. 急停功能當設(shè)備發(fā)生故障時，按下急停按鈕停止設(shè)備的一切運行。2. 手動模式（1 ）在手動模式下，可以通過點動按鈕使傳送帶電動機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，用于調(diào)試設(shè)備；（2 ）在手動模式下，可以通過復位按鈕對計數(shù)統(tǒng)計值進行清零。3. 自動模式（1 ）在自動模式下，按下啟動按鈕，系統(tǒng)啟動，電動機正轉(zhuǎn)，傳送帶運行。（2 ）空瓶子到達灌裝位置時電動機停轉(zhuǎn)，灌裝閥門打開。（3 ）灌裝時間到，灌裝閥門關(guān)閉，電動機正轉(zhuǎn)傳送

17、帶繼續(xù)運行。（4 ）在自動模式下，按下停止按鈕，系統(tǒng)停止，電動機不轉(zhuǎn)，傳送帶停止運行。4. 工件計數(shù)統(tǒng)計控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)工件的計數(shù)統(tǒng)計，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. 模擬量檢測灌裝液罐的液位由模擬量液位傳感器進行監(jiān)視。液位低于下限時要打開進料閥門，液位高于上限時要關(guān)閉進料閥門。6. 故障報警當設(shè)備發(fā)生故障時，控制系統(tǒng)能夠立即響應(yīng)，控制面板上相應(yīng)的故障指示燈會閃亮。故障排除后按下故障復位按鈕，生產(chǎn)線才能自動運行。【5】5 I/O分配符號地址數(shù)據(jù)類型急停處理FC10FC10手動控制FC20FC20自動運行FC30FC30啟動按鈕I0.0B00L停止按鈕I0.1B

18、OOL點動正轉(zhuǎn)I0.2BOOL點動反轉(zhuǎn)I0.3BOOL手動、自動選擇I0.4BOOL下位、上位選擇I0.5BOOL計數(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實際液位值MD72INT空瓶數(shù)MW30INT滿瓶數(shù)MW32INT系統(tǒng)運行Q4.1BOOL手動模式Q4.2BOOL自動模式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電動機正轉(zhuǎn)Q8.5BOOL電動機反轉(zhuǎn)Q8.6BOOL蜂鳴器Q8.7BOOL數(shù)碼顯示QW6WORD6 自動生產(chǎn)線運行程序6.1 程序結(jié)構(gòu)流程圖主程序0B1循環(huán)