桶裝水自動灌裝機的設計

1、 編號 淮安信息淮安信息職業(yè)職業(yè)技技術術學院學院畢畢業(yè)業(yè)論論文文題 目桶裝水自動灌裝機的設計學生姓名學 號系 部電氣工程系專 業(yè)機電一體化技術班 級指導教師顧問教師二一四年十一月Abstract摘摘 要要近年來，社會的發(fā)展和進步對各行各業(yè)提出了越來越高的要求。機械化加工企業(yè)為了提高生產效率和市場競爭力，采用了機械化流水線作業(yè)的生產方式，對不同的產品分別組成了自動流水線。產品不斷地更新?lián)Q代，也同時要求相應的控制系統(tǒng)隨之改，提高產品生產的效率。在這種情況下，硬連接方式的繼電接觸式控制系統(tǒng)就不能滿足經常更新的要求了。這是因為，一是成本高，二是周期長。在早期還出現(xiàn)過矩陣式順序控制器和晶體管邏輯控制系統(tǒng)

2、，由于這些裝置體積大，功能少，本身存在很多不足，雖然在能夠提高控制系統(tǒng)的通用性和靈活性，但均未得到廣泛應該。PLC 可編程序控制器具有結構簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。據統(tǒng)計，可編程控制器是工業(yè)自動化裝置中應用最多的一種設備。專家認為，可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎設備之一。由于 PLC 具有對使用環(huán)境適應性強的特性，同時其內部定時器資源十分豐富，桶裝水灌裝機發(fā)展很快，早已由人工手動灌裝發(fā)展實現(xiàn)機械自動化灌裝，且自動化水平日益提高。隨著科學技術和生產的發(fā)展，現(xiàn)在越來越多的將 PLC 應用于灌裝機系統(tǒng)中。關鍵字：關鍵字：接觸式控制系統(tǒng)

3、 PLC 灌裝機 自動控制摘 要IA AbstractbstractIn 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 the production efficiency and competitiveness, the mechanization line operation m

4、ode of production, to a different product separately formed to be automatic assembly line. Product constantly updating and upgrading, and also requires the appropriate control system then change, improve product production efficiency. In this case, hard links of the way the relay contact control sys

5、tem 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, because the device is big, the function is less, there are so many shortcomings, a

6、lthough 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 industrial process and the location of the automatic control. According to the statis

7、tics, 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 foundation of the equipment. Due to the use of PLC has the characteristics of strong

8、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 automation level is increasing day by day. Along with the science and technology and th

9、e development of production, now more and more will PLC in the filling machine system. Key Words: The system of contact control PLC Filling machine Automatic controlAbstract目目 錄錄摘摘 要要 .IABSTRACT.II第一章第一章 緒論緒論.11.1 課題主要研究內容.11.2 課題研究意義.1第二章第二章 桶裝水灌裝機的結構功能桶裝水灌裝機的結構功能.32.1 桶裝水灌裝機結構功能分析.32.2 桶裝水灌裝機的主要工藝

10、流程.42.3 設備主要組成部分.52.3.1 沖洗裝置.52.3.2 灌裝機構.62.3.3 封蓋機構.82.3.4 星輪傳動機構.112.3.5 桶裝水灌裝機的技術特點分析.11第三章第三章 控制系統(tǒng)的設計控制系統(tǒng)的設計.133.1 PLC 選型 .133.1.1 PLC 簡介.133.1.2 PLC 的選型.153.2 系統(tǒng)硬件設計.163.3 系統(tǒng)軟件設計.203.4 程序調試與分析.21第四章第四章 總結與展望總結與展望.23致致 謝謝.25參考文獻參考文獻.26第一章 緒論0第一章第一章 緒論緒論民以食為天，食以水為先。隨著生活質量的提高和環(huán)保、健康意識的增強，人們對飲水問題日益重

11、視。其中，桶裝水以其突出的優(yōu)點受到市民的歡迎。于是，桶裝水灌裝機行業(yè)迅速興起，各種桶裝水灌裝機相繼問世。調研表明，大多數(shù)桶裝水灌裝機采用了繼電器控制。它具有效率高、功能強、加工質量高等特點，是當今世界的前沿課題，但還存在一些問題，例如：罐裝精密度以及穩(wěn)定性難以保證、更換灌裝規(guī)格困難等。本設計采用的是 PLC 控制的桶裝水灌裝機系統(tǒng)。用 PLC 的控制系統(tǒng)來取代原來由單片機、繼電器等構成的控制系統(tǒng)，采用模塊化結構、具有良好的可移植性和可維護性，對提高企業(yè)生產和管理自動水平有很大的幫助。同時又提高了生產線的效率、使用壽命和質量，減少了企業(yè)產品質量的流動，因此具有廣闊的市場前景。設計中選取的 PLC

12、 是西門子生產的 S7-200。S7-200 系列是一類可編程邏輯控制器（Micro PLC）。這一系列產品可以滿足多種多樣的自動化控制需要， S7-200 Micro PLC 的 CPU22*系列 PLC 的 CPU，具有緊湊的設計、良好的擴展性、低廉的價格以及強大的指令，使得 S7-200 可以近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求。此外，豐富的 CPU 類型和電壓等級使其在解決用戶的工業(yè)自動化問題時，具有很強的適應性。1.1 課題課題主要研究內容主要研究內容 課題主要研究的是基于 PLC 控制的桶裝水灌裝機系統(tǒng)的主體結構功能。各個組成部分及其結構和功能，其中包括沖洗機、灌裝機、理蓋器、上蓋器及旋

13、蓋器。灌裝機的動作過程。同時本文還將對 S7-200 PLC 及其編程軟件的使用進行詳細的敘述，并就本文的桶裝水灌裝機進行編程并仿真，實現(xiàn)其自動控制。 1.2 課題課題研究意研究意義義要把灌裝機產品國產化，要走相當一段的路程，國內現(xiàn)狀是“互仿”-互相仿造，在國內仿造，也叫做“內仿”。水平大概一致，今天你有的，明天別人就仿去了。一個灌裝機行業(yè)也就那么幾家有自己的機械設計能力來開發(fā)新產品。其他的制造商就跟進過來。所以在互聯(lián)網上我們查找灌裝機會看到很多產品，但大多雷同。相比較而言，一些國外廠家，他們的產品不論是在外觀還是的設計原理上都有比較大的區(qū)別。這就是很多國內一些想創(chuàng)新的廠家努力去學習國外產品的

14、原因，操作方法是到國外參加展會，拍些設備圖片或直接購買一個設備樣品，拿來仿造就可以了。這就是“外仿”，仿造國外的。不管是“內仿”還是“外仿”都是在仿造。自己沒有太多的創(chuàng)新和設計。產品就會一直在跟進，跟著別人前進。要想超越和創(chuàng)新就必須有自己的機械設計能力，機械設計和研發(fā)是灌裝機最終能國產化的根本前提。淮安信息職業(yè)技術學院1我國液體灌裝機要滿足包裝行業(yè)快速發(fā)展的需求，并積極參與國際競爭，就必須打破“小而散”的行業(yè)態(tài)勢，在“高精尖”的方向上不斷前進。業(yè)內人士認為，未來液體灌裝機將配合產業(yè)自動化趨勢，在技術發(fā)展上朝著機械功能多元化，結構設計標準化、模組化，控制智能化，結構高精度化等幾個方向發(fā)展液體。因

15、此灌裝機的發(fā)展為食品、藥品的現(xiàn)代化加工和大批量生產提供了必要的保證 。 本設計就是針對以上而設計的一種以 PLC 可編程控制系統(tǒng)為主導的灌裝機系統(tǒng)。灌裝生產線有兩條傳送帶，空瓶傳送帶和灌裝傳送帶。生產線分為三個工位，這三個工位完成桶的清洗和吹干、灌裝、和旋蓋。生產線啟動后，空瓶傳送帶送過來的空瓶依次完成上述功能。淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文22第二章第二章 桶裝水灌裝機的結構功能桶裝水灌裝機的結構功能開發(fā)灌裝機時分為兩部分機械系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)，電氣系統(tǒng)包括硬件和軟件部分，這方面我將于下面的章節(jié)中具體討論。本章中我將主要敘述桶裝水灌裝機機械系統(tǒng)中的各結構功能及其整體工作流程。 2.1 桶裝

16、水灌裝機桶裝水灌裝機結結構功能分析構功能分析1、整體立體布局如圖 2-1 所示。 圖 2-1 桶裝水灌裝機整體立體布局2、各個部分的結構組成：桶裝水灌裝機整體平面布局如圖 2-2 所示，其動作過程為：進瓶風道將待灌裝瓶送至星輪傳動，并由星輪傳動把瓶傳至沖洗機夾瓶機構，夾瓶機構夾持瓶頸依沖洗機導軌運轉進行翻轉對瓶內外進行沖洗，沖洗干凈并瀝干的灌裝瓶依形板通過星輪傳動，再由星輪傳動把瓶傳至灌裝機，由卡瓶板卡住瓶頸依灌裝運行導軌上升并頂開灌裝閥進行灌裝，灌裝完后再下降，脫離灌裝閥，并依形板通過星輪傳動傳至星輪傳動。在星輪將待灌裝瓶傳至旋蓋器上的過程，上蓋器將瓶蓋蓋在瓶上，最后由旋蓋卡瓶板卡住待灌裝瓶

17、瓶頸進行旋蓋，最后依形板通過輸送鏈將灌裝旋好蓋的飲料瓶傳出，這樣就完成沖洗、灌裝、旋蓋全過程。致謝3進瓶星輪 1洗瓶機星輪 2灌裝機星輪 3出瓶旋蓋機星輪 4下蓋槽圖 2-2 桶裝水灌裝機整體平面布局2.2 桶裝水灌裝機的主要工桶裝水灌裝機的主要工藝藝流程流程依照上圖中的桶裝水灌裝機立體及平面布局以及其動作過程繪制其主要工藝流程如圖 2-3 所示。 圖 2-3 桶裝水灌裝機主要工藝流程圖輸送帶空瓶導入星輪傳動洗瓶機夾緊、翻轉、沖瓶、空瓶導出星輪傳動灌裝機灌裝星輪傳動上蓋器上蓋理蓋器理蓋桶導出旋蓋機旋蓋星輪傳動原料供給第一章 緒論42.3 設備設備主要主要組組成部分成部分該設備主機主要由底板架、

18、玻璃圍框、洗瓶機、灌裝機、旋蓋機、主電機傳動、星輪傳動、星輪形板、理蓋器、下蓋槽、上蓋器及電氣控制系統(tǒng)等部件組成。其中底板架由矩形管及鋼板組焊而成，上表面及四周覆蓋不銹鋼面板，強度高，剛性好，重量輕，是整臺設備的基礎件，其底部裝有地腳螺栓，可調節(jié)水平及高低；玻璃圍框將主機四周封閉起來，上部采用透明玻璃門對設備進行監(jiān)控，玻璃門上設有保護裝置，在機器運轉時打開它會自動停機，外形美觀大方，使用安全可靠。2.3.1 沖洗裝置沖洗裝置沖瓶裝置采用翻轉式連續(xù)跟蹤噴沖的方式，其進瓶、翻轉，出瓶過程全自動化。根據需要，可選擇水沖洗、消毒、無菌水沖洗或選擇沖溫水、熱水、噴壓縮空氣，使其同時具有沖洗和殺菌功能，將

19、瓶中殘留水減至極少。在對桶進行外部清洗時，待洗的桶放在兩個轉動著的導輥上，導輥帶動桶旋轉。當推頭 M 把瓶推向前進時，轉動著的刷子就把桶外面洗凈。當前一個桶將洗涮完畢時，后一個待洗的桶已進入導輥待推。清洗的專用設備由不銹鋼水泵、高壓噴頭、電器箱等組成。該機采用高壓反沖噴洗，瓶壁的雜物能及時脫離掉入水箱中。在對桶內部進行清洗時所用的洗瓶機主要由洗瓶夾、上轉盤、導軌、分水盤、防護罩、噴水裝置、接水盤等組成。動作過程為：洗瓶夾隨上轉盤旋轉，與進瓶星輪交接時靠彈性變形張開瓶口夾，夾持灌裝瓶頸，依導軌作一百八十度翻轉，瓶口朝下進行清水沖洗然后滴干，再翻轉 180，瓶口朝上由出瓶星輪帶出；防護罩可防止沖洗

20、水濺出；分水盤將清洗水由靜止件送至旋轉件。 1、 洗瓶機的特點有：1）傳動全程為夾瓶口，方便不同瓶型的切換。2）可根據要求進行多道清洗。3）無瓶不沖洗。4）如果水壓降低，安全系統(tǒng)會使機器停止運轉。5）如果機器停止運轉，洗瓶機進瓶處會有一個電磁閥阻止桶繼續(xù)進入。6）沖瓶機夾頭帶有快速插頭，由食品級橡膠制成，一個帶開口的收集器，裝在轉臺的中心，該收集器主要收集沖洗液，其表面為玻璃鋼或者不銹鋼涂層，防止清洗液噴射到外面。洗瓶機的工作原理為：桶裝入特制的瓶盤中，特制瓶盤由瓶盤和蓋板組成并由瓶盤的帶孔子分隔定位。由人工送入第一工位，循環(huán)水噴淋注水滿江后，下沉至超聲波槽進行超聲波粗洗；隨后瓶盤上升推入第二

21、工位，瓶口朝下噴淋致謝5水沖洗外瓶，把針頭插入瓶中一次清洗（注射用水）、二次清洗（注射用水）、三次氣沖、甩干。洗瓶機的清洗工序圖如圖 2-4 所示。圖 2-4 洗瓶機清洗工序圖2、洗瓶機的優(yōu)勢有：1)結構簡單、性能穩(wěn)定、操作容易、維修費用低。2)多規(guī)格、多用途。3)可聯(lián)動使用，也可單機使用。4)采用氣動系統(tǒng)，無污染。5)采用 PLC 控制操作洗瓶工藝，超聲波清洗時間可自由設定。6)具有殘水去除裝置。7)和平盤式清洗方式實現(xiàn)了洗瓶低破損率。 8)裝滿安瓿瓶的瓶盤可直接進下滅菌烘箱，不需要翻盤。 9)清洗質量符合 GMP 規(guī)范要求。 10)可為用戶節(jié)省水資源。2.3.2 灌裝機構灌裝機構桶裝水灌裝

22、機構主要由：灌裝桶、灌裝閥、導軌、提升裝置、卡瓶升降裝置等組成，其結構圖如圖 2-5 所示。它的動作過程為：待灌裝瓶清洗完畢之后由星輪傳動的卡瓶板送入灌裝機，灌裝卡瓶板托住瓶頸，隨灌裝桶等一起旋轉，并依導軌隨升降導桿上升打開灌裝閥灌裝，灌裝完后，下降脫離灌裝閥，灌裝閥自行關閉。瓶隨星輪傳動的卡瓶板送出灌裝機。第一章 緒論6圖 2-5 桶裝水灌裝機結構圖1.電元分配器組件 2.防轉架 3.灌裝桶 4.灌裝閥 5.托瓶裝置 6.提升導軌 7.環(huán)形管 8.齒輪軸承 9.中央分配器 10 集合加油組件灌裝閥結構：等壓快速灌裝閥，包括排氣閥體、排氣閥、灌裝頭、提升機構，等壓快速灌裝閥安裝在液體缸體上，其

23、特征在于液體缸體上安裝閥座，在閥座下面安裝灌裝頭，灌裝閥缸體安裝在閥座上，在灌裝閥缸體內部的下部安裝開關閥，在上部安裝閥塞，提升機構固定在液體缸體上，閥塞與提升機構通過連接件連接，排氣閥體安裝在灌裝閥缸體、閥座和灌裝頭中心部位，排氣閥體中間部位制成排氣通道，下端制成排氣管，在與灌裝頭配合處制成與灌裝頭配合的錐體面，在排氣閥體中部制出凸臺，排氣閥安裝在排氣閥體的排氣通道內，在灌裝頭上部與閥座內部安裝彈簧支承排氣閥體，閥座頂端制成液體流通孔，灌裝閥缸體底部制出液體流通孔，在上部側壁制出液體流通孔，提升機構上的撥叉與排氣閥配合安裝。其結構如圖 2-6 所示。第二章 桶裝水灌裝機的結構功能7圖 2-6

24、 灌裝閥結構圖1.密封環(huán) 2.密封墊 3.定位套 4.O 型密封圈 19x3.55 5.墊塊 6.滑動體 7.閥芯 8.彈簧 9.導向環(huán) 10.孔用方形圈 11.閥腔 12.接頭 13.O 型密封圈2.3.3 封蓋機構封蓋機構封蓋機構由上蓋器和旋蓋機及理蓋器三大部件組成。桶灌裝完畢之后由星輪帶出并傳送至星輪。與此同時，瓶蓋由理蓋器整理至同一方向后經下蓋槽傳至上蓋器，上蓋器輕輕固定瓶蓋并傾斜。當星輪帶動待封蓋瓶轉動至上蓋器下時，待封蓋瓶的瓶口觸碰到上蓋器上瓶蓋的內壁，并將瓶蓋帶下，完整的套蓋在瓶蓋上。套好蓋的瓶由星輪傳至旋蓋器，旋蓋卡瓶板托住瓶頸。此時，旋蓋頭在齒輪帶動下繞自身軸線旋轉將蓋擰緊在

25、瓶口上，并保持恒定的旋蓋力矩。蓋好蓋的瓶由旋蓋器傳至傳動帶上帶出灌裝機。理蓋器和下蓋槽、上蓋器、旋蓋機等相連接，通過幾種運動的有機組合，即可完成送瓶、送蓋、上第一章 緒論8蓋、旋蓋的過程。旋蓋頭的結構：用于旋封容器蓋的旋蓋頭，由傳動軸及旋蓋器等組成，在傳動軸和旋蓋器之間有一個由彈簧復位的單作用氣缸，氣缸的缸筒和活塞桿分別與傳動軸和旋蓋器固定聯(lián)接，活塞桿與氣缸或氣缸蓋通過滑動鍵或滑動銷聯(lián)接，因而傳動軸的旋轉運動可以傳遞給旋蓋器，同時在傳動軸軸向不動的情況下，氣缸可以驅動旋蓋器升降。在旋蓋時，不需要容器或整個旋蓋頭升降，因此旋蓋機結構明顯簡化，成本大為降低。其結構如圖 2-7 所示。此處用到的氣動

26、控制是由壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥和邏輯元件、傳感元件和氣動鋪件連接起來即可組成“氣動控制系統(tǒng)”，該系統(tǒng)對“氣動系統(tǒng)”的“壓力、流量”的調節(jié)過程既是氣動控制，該系統(tǒng)式氣動系統(tǒng)的一部分。在氣動系統(tǒng)中，氣動發(fā)生裝置一般為空氣壓縮機，它將原動機供給的機械能轉換為氣體的壓力能；氣動執(zhí)行元件則將壓力能轉化為機械能，完成規(guī)定動作；在這兩部分之間，根據機械或設備工作循環(huán)運動的需求、按一定順序將各種控制元件(壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥和邏輯元件)、傳感元件和氣動鋪件連接起來。致謝9 圖 2-7 旋蓋頭結構示意圖1.軸 2.傳動齒輪 3.旋蓋底座 4.旋蓋形板 5.旋蓋星輪 6.護瓶板 7.卡瓶

27、板 8.連接套 9.旋蓋上座 10.旋蓋下安裝板 11.固定齒輪 12.環(huán)連接板 13.單列圓錐滾子軸承 4.齒輪吊桿 15.旋蓋臂 16.旋蓋凸輪 17.頂板淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文102.3.4 星星輪傳動輪傳動機構機構星輪傳動結構：主要功能是使裝備機械上的加速器、減速器、調速器、變速器的體積變小、功能增強，并減少進口。其結構如圖 2-8 所示。圖 2-8 星輪傳動結構示意圖2.3.5 桶裝水灌裝機的技桶裝水灌裝機的技術術特點分析特點分析1、主要特點：1) 本機結構緊湊，控制系統(tǒng)完善，操作方便，自動化程度高；2）變換瓶形只需更換旋蓋部分星輪，弧形導板即可實現(xiàn)；3）與物料接觸之零件均

28、采用優(yōu)質不銹鋼制造，無工藝死角，易清洗；4）采用高速灌裝閥，液位準確無液損，確保灌裝工藝要求；5）封蓋頭采用磁力恒扭矩裝置，確保封蓋質量，并且不會損壞瓶蓋；6）采用高效的理蓋系統(tǒng)，具有完善的自控與保護裝置；7）設有完善的過載保護裝置，能有效的保護設備及操作者的安全。 2、進瓶機構主要特點： 1）風送道與進瓶撥輪直連的進瓶方式。 2）進瓶撥輪采用創(chuàng)新設計的具分瓶功能的瓶口夾持機構，取消了進瓶螺桿及輸送鏈，更換瓶形無須更換及調整任何零件。沖瓶機主要特點：第二章 桶裝水灌裝機的結構功能11 1）大型平面帶齒軸承，運轉平穩(wěn)、可靠。 2）采用翻轉式瓶夾，瓶夾卡住瓶頸部位，避免了傳統(tǒng)瓶夾上的橡膠夾塊對瓶口

29、 螺紋部位造成的可能污染。瓶夾采用不銹鋼，衛(wèi)生、耐用。 3）采用高效噴霧噴嘴，沖瓶水呈設定角度噴出，可沖洗到桶內壁任何部位，沖洗徹底并節(jié)約沖瓶用水。 4）采用沖瓶噴嘴升降機構，噴嘴插入瓶中進行沖洗，使沖洗效果達到最佳，同時最大程度的減少沖瓶用水量，更適應大瓶的生產需求。3、灌裝機主要特點：1）旋轉盤全部采用不銹鋼制造，衛(wèi)生、耐用。2）大型平面帶齒軸承，運轉平穩(wěn)、可靠。3）灌裝方式為重力灌裝。4）高精度、高速液位灌裝閥。5）采用環(huán)型液缸，并配備 CIP(SIP)循環(huán)通道，液缸液位由浮球控制。6）采用提升氣缸瓶升降機構，并采用卡瓶口瓶夾夾住瓶口，變換瓶形無須更換及調整任何零件。7）灌裝機動力由機架

30、內傳動系統(tǒng)通過齒輪傳遞。4、旋蓋機主要特點：1）磁性恒扭矩旋蓋頭，旋蓋效果穩(wěn)定可靠。2）落蓋導軌上設有防止反蓋通過及反蓋取出機構，同時裝有一組光電開關，當落蓋導軌上無蓋時會自動停止機器運轉，可以有效的避免無蓋瓶的出現(xiàn)。3）設有旋蓋機進瓶檢測開關，與落蓋導軌和撥蓋盤連接處的鎖蓋氣缸連鎖控制瓶蓋的排出，保證無瓶時停止喂蓋，減少蓋子的損耗。4）高效離心式理蓋方式，蓋磨損小。5）理蓋器設有缺蓋檢測機構，用于控制瓶蓋提升機啟停?；窗残畔⒙殬I(yè)技術學院畢業(yè)設計論文1212第三章第三章 控制系統(tǒng)的設計控制系統(tǒng)的設計3.1 PLC 選選型型3.1.1 PLC 簡簡介介世界上公認的第一臺 PLC 是 1969 年

31、美國數(shù)字設備公司(DEC)研制的。20 世紀 70 年代初出現(xiàn)了微處理器，人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC 增加了運算、數(shù)據傳送及處理等功能，成為真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。20世紀 70 年代中期，可編程控制器進入了實用化發(fā)展階段，計算機技術己全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型的體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設計、模擬量運算、PID 功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20 世紀 80 年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中己獲得了廣泛的應用。20 世紀末期，可編程控制器的特點是更加適應于現(xiàn)代工業(yè)控制的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型

32、機及超小型機;從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉速、位移等各式各樣的控制場合;從產品的配套能力來說，生產了各種人機界面單元，通訊單元，使應用可編程控制器的工業(yè)控制設備的配套更加容易。近年來不斷開發(fā)出許多功能模塊，如高速計數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠程I/O 模塊、通信和人機接口模塊等。這些帶 CPU 和存儲器的智能 I/O 模塊，既擴展了 PLC 功能，又使用靈活方便，擴大了 PLC 應用范圍。加強 PLC 聯(lián)網通信的能力，是 PLC 技術進步的潮流。PLC 的聯(lián)網通信有兩類：一類是 PLC 之間聯(lián)網通信，各 PLC 生產廠家都有自己的專有聯(lián)網手段；另一類是 PLC

33、 與計算機之間的聯(lián)網通信，一般 PLC 都有專用通信模塊與計算機通信。為了加強聯(lián)網通信能力，PLC 生產廠家之間也在協(xié)商制訂通用的通信標準，以構成更大的網絡系統(tǒng)，PLC 已成為集散控制系統(tǒng)（DCS）不可缺少的重要組成部分。在 PLC 系統(tǒng)結構不斷發(fā)展的同時，PLC 的編程語言也越來越豐富，功能也不斷提高。除了大多數(shù) PLC 使用的梯形圖語言外，為了適應各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進編程語言、面向過程控制的流程圖語言、與計算機兼容的高級語言（BASIC、C 語言等）等。多種編程語言的并存、互補與發(fā)展是PLC 進步的一種趨勢。1、PLC 的特點與應用PLC 是一種專門為了在工業(yè)環(huán)境下應用而

34、設計的數(shù)字運算操作裝置。它采用一可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各類型的機械或生產過程。PLC 及有關的外圍設備都應按照易于與工業(yè)控13制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴展其功能的原則而設計。PLC 是綜合繼電器接觸器控制的優(yōu)點及計算機靈活、方便的優(yōu)點而設計制造和發(fā)展的，這就使 PLC 具有許多其他控制器所無法相比的特點。目前，PLC 在國內己廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類:1）開關量的邏輯控制。這是 PLC

35、 最基本最廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，又可用于多機群控及自動化流水線.2）數(shù)據處理。PLC 可以用于對直線運動或圓周運動的位置速度和加速度的控制。3）運動控制。PLC 可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用開關量 I/0 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現(xiàn)在一般使用專用的運動模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。 4）過程控制。過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算，PLC 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制，PID調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調節(jié)方

36、法。5）控制網絡（通信）。PLC 被廣泛使用，起主要原因是：1）價格越來越低。由于微處理器芯片及有關元件的價格大大下降，使得 PLC的本下降；2）功能越來越強。隨著計算機、芯片、軟件、控制等技術的飛速發(fā)展也使得 PLC 的功能大大增強。它不僅能更好地完成原來得心應手的順序邏輯控制任務，也能處理大量的模擬量，解決復雜的計算和通信聯(lián)網問。3）與時俱進的發(fā)展。在當前最熱的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中，主站和幾乎都 有 PLC 的身影，PLC 的通信技術又往前發(fā)展了一大步?，F(xiàn)在開放式、標準化的PLC 也已走到前臺，為適應現(xiàn)在和未來自動化技術的發(fā)展要 求做好了準備。2、PLC 的工作原理PLC 的控制功能就是通過

37、運行用戶程序來實現(xiàn)的。它是一種存儲程序的控制器，用戶根據某一對象的具體控制要求，編制好控制程序后，用編程器將程序鍵入到 PLC 的用戶程序存儲器中寄存。PLC 掃描工作方式主要分三個階段：輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新。1）輸入采樣 PLC 在開始執(zhí)行程序之前，首先掃描輸入端子，按順序將所有輸入信號，讀入到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像寄存器中，這個過程稱為輸入采樣。PLC 在運行程序時，所需的輸入信號不是現(xiàn)時取輸入端子上的信息，而是淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文14取輸入映像寄存器中的信息。在本工作周期內這個采樣結果的內容不會改變，只有到下一個掃描周期輸入采樣階段才被刷新。2）程序執(zhí)行 PLC 完成

38、了采樣工作后，按順序從 0000 號地址開始的程序進行掃描執(zhí)行，并分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中獲得所需的數(shù)據進行運算處理。再將程序執(zhí)行的結果寫入寄存執(zhí)行結果的輸出映像寄存器中保存。但這個結果在全部程序未被執(zhí)行完畢之前不會送到輸出端子上。3）輸出刷新 在執(zhí)行到 END 的命令時，即執(zhí)行完用戶所有的程序后，PLC將輸出映像寄存器中的內容送到輸出鎖存器中進行輸出，驅動用戶設備。 3.1.2 PLC 的的選選型型本次設計我選取的 PLC 是西門子生產的 S7-200。下面對 S7-200 做出簡要的說明：S7-200 系列是一類可編程邏輯控制器（Micro PLC）。這一系列產

39、品可以滿足多種多樣的自動化控制需要，圖 31 展示一臺 S7-200 Micro PLC 的 CPU22*系列 PLC 的 CPU 外型圖，具有緊湊的設計、良好的擴展性、低廉的價格以及強大的指令，使得 S7-200 可以近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求。此外，豐富的 CPU 類型和電壓等級使其在解決用戶的工業(yè)自動化問題時，具有很強的適應性。圖 3-1 S7-200 CPU 外型圖S7-200 CPU 模塊包括一個中央處理器單元（CPU）、電源以及數(shù)字量 I/O點，這些都被集成在一個緊湊、獨立的設備中。1）CPU 負責執(zhí)行程序和存儲數(shù)據，以便對工業(yè)自動控制任務或過程進行控制。2）輸入和輸出是系統(tǒng)的

40、控制點：輸入部分從現(xiàn)場設備（例如傳感器或開關）中采集信號，輸出部分則控制泵、電機、以及工業(yè)過程中的其他設備。3）電源向 CPU 及其所連接的任何模塊提供電力。第三章 控制機系統(tǒng)的設計154）通訊端口允許將 S7-200CPU 同編程器或一些設備連接起來。淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文165）狀態(tài)信號燈顯示了 CPU 的工作模式（運行或停止），本機的 I/O 的當前狀態(tài)，以及檢查出來的系統(tǒng)錯誤。6）通過擴展模塊可以增加 CPU 的 I/O 點數(shù)（CPU221 不可以擴展）。7）通過擴展模塊可以提供其通訊功能。8）一些 CPU 具有內置實時時鐘，其他 CPU 需要實時時鐘卡。9）EEPROM 卡

41、可以存儲 CPU 程序，也可以將一個 CPU 中的程序傳送到另一個 CPU 中。10）通過可選的插入式電池盒可延長 RAM 中的數(shù)據存儲時間。 11）圖 3-2 展示了一個基本的 S7-200 Micro PLC。它包括一個 S7-200 CPU 模塊，一臺個人計算機（PC），編程軟件，以及一條通訊電纜。圖 3-2 S7-200 Micro PLC 系統(tǒng)的組成12）為了使用個人計算機（PC），你必須以下一種設備：13）一條 PC/PPI 電纜14）一個通訊處理器（CP）和多點接口（MPI）電纜15）一塊 MPI 卡，隨 MPI 卡提供一根通訊電纜PLC 模塊的選擇：采用 CPU226 的主機C

42、PU226 有 24 個輸入點和 16 個輸出點，所以它可以滿足條件。下面簡單介紹一下 CPU226 的主機。 CPU226:本機集成 24 輸入/16 輸出，I/O 共計 40 點，與 CPU224 相比，程序儲存容量增大了一倍，數(shù)據儲存容量增加到 10KB，它有兩個通信口，通信能力大大增強，它可用于點數(shù)較多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。3.2 系系統(tǒng)統(tǒng)硬件硬件設計設計根據該灌裝機的設計要求，其 I/O 地址分配表如下表 3.1 所示：第三章 控制機系統(tǒng)的設計17表 3.1 輸入/輸出繼電器地址分配表編程元件I/O 端子電氣器件作用I0.0SB1啟動按鈕I0.1SB2停止按鈕I0.2SB3

43、急停按鈕I0.3SQ1限位開關 1I0.4SQ2限位開關 2I0.5SQ3限位開關 3I0.6RSP超聲波傳感器輸入元件I0.7NB對射式光電開關Q0.0KM1電磁繼電器 1Q0.1KM2電磁繼電器 2Q0.2KM3電磁繼電器 3Q0.3YV1電磁閥 1Q0.4YV2電磁閥 2輸出元件Q0.5YV3電磁閥 3 限位開關又稱行程開關，可以安裝在相對靜止的物體（如固定架、門框等，簡稱靜物）上或者運動的物體（如行車、門等，簡稱動物）上。當動物接近靜物時，開關的連桿驅動開關的接點引起閉合的接點分斷或者斷開的接點閉合。限位開關 1 安裝在門把手上，用于檢測灌裝機的玻璃門是否打開，如果打開的話即輸出為 1

44、，設備將立即停止運行。限位開關 2 安裝在沖洗瓶卡瓶口，用于檢測灌裝機的沖洗機瓶夾是否有瓶，如果有瓶的話即輸出為 1，沖洗噴頭繼續(xù)運行。限位開關 3 安裝在灌裝卡瓶口，用于檢測灌裝機的灌裝機構瓶夾是否有瓶，如果有瓶的話即輸出為 1，灌裝夾瓶板將上升。超聲波傳感器是利用超聲波檢測技術，將感受的被測量轉換成可用輸出信號的傳感器。超聲波傳感器選用開關量的，安裝在灌裝卡瓶板內側的下方，用于檢測灌裝機構的瓶夾中瓶的液面是否達到指定的要求，如果瓶的重量達到要求即輸出為 1，灌裝夾瓶板將下降。對射式光電開關由發(fā)射器和接收器組成，其工作原理是：通過發(fā)射器發(fā)出的光線直接進入接收器，當被檢測物體經過發(fā)射器和接收器

45、之前阻斷光線時，淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文18光電開關就產生開關信號。對射式光電開關，安裝在旋蓋卡瓶板兩側用于檢測灌裝機的旋蓋設備瓶夾是否有瓶，如果有瓶的話即輸出為 1，旋蓋頭將繼續(xù)運行。以上所有的傳感器及開關均有防水塑料薄膜覆蓋，在防水的同時不影響其功能。電磁繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中。在電路中起著自動調節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。本文用交流電磁繼電器。電磁繼電器 1 用于帶動電機 1 和電機 2 所帶動的進瓶和出瓶傳動帶，帶動星輪的電機 3 及帶動洗瓶機轉動的電機 4。電磁繼電器 2 用于帶動電機

46、5 所帶動的星輪，帶動灌裝機旋轉的的電機6 及帶動星輪的電機 7。電磁繼電器 3 用于帶動電機 8 所帶動的星輪，帶動旋蓋機旋轉的的電機9 及帶動旋蓋頭旋轉的電機 10。氣動電磁閥里有密閉的腔，在的不同位置開有通孔，氣動電磁閥的每個孔都通向不同的油管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊。電磁閥 1 用于洗瓶機噴頭的氣動系統(tǒng)中。電磁閥 2 用于灌裝器提升及下降機構的氣動系統(tǒng)中。電磁閥 3 用于旋蓋器提升及下降機構的氣動系統(tǒng)中。根據系統(tǒng)的設計要求，其 PLC 的外部接線圖如圖 3-3 和圖 4-4 所示。電源由 PLC 內部電源提供。SB1、SB2、SB3 按鈕及

47、 SQ1、SQ2、SQ2、RSP、NB 所接的 IO.0、IO.1、I0.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6、I0.7 共用一個 M 端子，并由外部交流電源供給 220V 電源。KM1KM3 是電磁繼電器，通電時其常開觸點閉合，常閉觸點斷開。KM1KM3、YV1YV3，Q0.0Q0.,5 共用一個 3M 端子，而輸出共用一個電源，所以將 3M-4M 端子連在一起，實現(xiàn)電源的共用。第三章 控制機系統(tǒng)的設計19圖 3-3 PLC 外部接線圖圖 3-4 PLC 接線圖淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文203.3 系系統(tǒng)軟統(tǒng)軟件件設計設計本文中我選用與 S7-200 PLC 相匹配的編程軟件，本

48、課題中我將主要討論該編程軟件的使用方法及其在桶裝水灌裝機編程中的使用。STEP7MICRO/WIN 編程軟件，是強大的工控編程組態(tài)軟件，在Windows 平臺運行的 SIMATIC S7-200 軟件簡單、易學 。能夠解決復雜的自動化任務， 可以快速進入，節(jié)省編程時間， 具有擴展功能。 基于標準的Windows 軟件(類似于 Win word, Outlook 等標準應用軟件，STEP 7-Micro/WIN編程軟件為用戶開發(fā)、編輯和監(jiān)控自己的應用程序提供了良好的編程環(huán)境。其基本功能：1）STEP 7-Micro/WIN 是在 Windows 平臺上運行的 SIMATIC S7-200 PLC

49、編程軟件，簡單、易學，能夠解決復雜的自動化任務。 2）適用于所有 SIMATIC S7-200 PLC 機型軟件編程。 3）支持 IL、LAD、FBD 三種編程語言，可以在三者之間隨時切換。 4）具有密碼保護功能。 STEP 7-Micro/WIN 提供軟件工具幫助您調試和測試您的程序。這些特征包括：監(jiān)視 S7-200 正在執(zhí)行的用戶程序狀態(tài)，為 S7-200 指定運行程序的掃描次數(shù)，強制變量值等。根據設計要求，其梯形圖如圖 3-5 所示。圖 3-5 梯形圖第三章 控制系統(tǒng)的設計21續(xù)圖 3-5 梯形圖3.4 程序程序調試調試與分析與分析（1）先將 STEP 7 Micro Win V4.0

50、軟件中的梯形圖導出，如圖 3-6 所示。 選擇存儲路徑為桌面，保存文件名為“桶裝水灌裝機的設計”圖 3-6 導出文件淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文22（2）打開仿真軟件然后雙擊 PLC 然后選擇 CPU226，然后確定。然后裝載程序（3）點擊運行按鈕開始調試。（4）調試程序調試結果如圖 3-7 所示。圖 3-7 調試結果從調試結果分析來看，系統(tǒng)基本是按設計要求進行工作，誤差在本次設計容許的范圍之內。第四章 總結與展望23第四章第四章 總結與展望總結與展望隨著科學技術發(fā)展的日新月異，PLC 技術已經成為了我們生活中的一部分，幾乎可以說是無處不在。對于學習 PLC 知識的我們，此次設計很好的培養(yǎng)

51、了我們學生綜合運用所學知識，發(fā)現(xiàn)和解決問題以及鍛煉實踐的能力?；仡櫞舜?PLC 課程設計，時間雖比較短暫，但是在此次實習中學到很多有用的東西。我的課題是桶裝水灌裝機 PLC 控制系統(tǒng)的設計，當拿到課題時，有點茫然，不知道從何下手，切入點在哪?經過網上搜索相關的資料，逐步了解自己要設計個什么東西，該東西的工作原理，工作設計是什么，各環(huán)節(jié)的線索是什么？理清線索后，就確定整體設計方案，按方案的步驟著手設計各單元電路，慶幸的是各單元電路的設計比較簡單，但是實際按圖連線就有些困難，及運行當中出現(xiàn)的問題有點讓我們止步，不過最后我通過不斷向老師請教，把一個個難關予以解決。桶裝水在現(xiàn)在的社會有著較為廣闊的前景

52、，中國的桶裝水生產開始于 90 年代初期.1994 年生產廠家已發(fā)展到 100 多家，銷量接近 30 萬噸；1998 年桶裝桶裝水更是大幅度的增加，且以每年 350%的驚人速度遞增。一項調查顯示，城市居民中已有近 30%的人經常飲用桶裝水，另有 50%的人對桶裝水持接受態(tài)度，14%的人抱無所謂態(tài)度，而持排斥態(tài)度的人僅占 6%。 人民生活水平的普遍提高，越來越多的人們開始注重飲水健康。而作為城鎮(zhèn)居民的主要飲水-自來水卻存在著水源污染和管網污染等問題。盡管各地水廠的技術多數(shù)是可以保證其來水基本符合衛(wèi)生標準，但由于水源污染的日益嚴重和城市供水管道的老化、高層水箱的二次污染的難以解決仍嚴重影響著飲用水

53、質。調查表明，在中國城市居民飲用水能夠達到直接生飲的自來水不到 2%。桶裝水正日漸成為人們健康飲水的選擇。桶裝水對人體有著諸多的益處,加之桶裝水現(xiàn)代、時尚、方便、衛(wèi)生的飲用特點，使得桶裝水正日漸的改變著人們的傳統(tǒng)飲水觀念，飲用桶裝水已成為人們健康飲水的標準。尤其是桶裝桶裝水更是由辦公區(qū)開始廣泛進入家庭。桶裝水市場呈現(xiàn)殷切、旺盛的需求。 隨著人們的生活水平的進一步提高，以及國家政策的引導。桶裝水的市場普及率必須將大幅上升，有關專家預測，到 2008 年，中國城市居民純水飲用的普及率將達到 80%以上。在人們選擇桶裝水做為飲用水的時候，桶裝水市場商機也自然凸起。隨著金融危機及歐債危機對全球經濟的沖擊，中國的電子制造行業(yè)受到相當大的影響，原材料價格不斷走高，勞動力成本不斷上升，對于電子制造業(yè)來說面臨著前所未有的困難，以低廉勞動力成本為優(yōu)勢的時代已經一去不復返，電子制造企業(yè)唯有改變變原有思路，嚴格控制成本，尋求精益生產，才能在新的社會得到發(fā)展?；窗残畔⒙殬I(yè)技術學院畢業(yè)設計論文24自動化生產線的應用不但給傳統(tǒng)飲品行業(yè)帶來了革命性的變化，使飲品業(yè)生產力得到了空前的提升，而且隨著自動化生產線技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴