饮料灌装机的plc控制系统.docx
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饮料灌装机的PLC控制系统设计
摘要
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。
饮料生产线比较复杂,生产环节也很多。
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S7-300系列PLC在模块控制、高速计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S7-300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S7-300可编程序控制器(PLC)/自动化/智能化
ThedesignofPLCcontrolsystemofbeveragefillingmachine
Abstract
Withthecomputerandnetworkcommunicationtechnology,business-to-productionprocessautomationandinformationandcommunicationputforwardhigherrequirements.Beverageproductionlinemorecomplexproductionprocessesarealsonumerous.Onedrinkisabeveragefillingproductionline'smostimportantproductionareas.
ControlsystemmainlybyasinglePLC,ACasynchronousmotor,tank,multiplefillingstatedetectionsensor,faultalarmbuzzer,theoutputstatisticsdisplayssoon.Onemotorisusedtocontrolthedeliveryofbeveragebottlesconveyorbeltparts.
Thecontrolsystemhastwocharacteristics:
First,inputandoutputdevicesaremore;secondisrequiredinordertoachievecontrolislogiccontrol,modulecontrol,andcomputingstatisticalfunctions.
SiemensS7-300seriesPLCinthemodulecontrol,high-speedcountingandcomputingfunctionsofastrongerandachievemoreconvenient.Therefore,thissystemadoptstheS7-300typeofPLCcontrol,notonlythecontrolsystemtomeettherequiredI/Opoints,butalsotomeetthecontrolrequirementsofthecontrolledobject.
UseofPLCcontrolbeveragefillingproductionline,toachievethesoftdrinkproductionlineautomationandintelligence.Onlaborproductivitygains,improvebeveragequalityandyieldfar-reachingsignificance.
KEYWORDSS7-300PLC,Automation,Intelligence
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控制发展到多PLC及人机界面(HMI,HumanMachineInterface)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是以微处理器为核心的工业控制装置,控制具有编程简单、工作可靠、使用方便等特点,它将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起,近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到普遍应用。
鉴于此,设计者利用PLC的功能和特点设计出了一款饮料灌装生产流水线控制系统。
文章刚开始介绍了PLC的相关知识,接着以饮料灌装流水线为例,介绍了PLC在饮料灌装流水线中的应用,给出了详细的程序设计过程。
利用PLC控制饮料灌装生产过程,可有效提高灌装生产效率,并显著增加控制系统的可靠性和柔性。
第1章绪论
1.1设计内容:
饮料灌装机的PLC控制系统设计
1.2控制要求:
(1)系统通过开关设定为自动操作模式,一旦启动,则传送带的驱动电机启动并一直保持到停止开关动作或灌装设备下的传感器检测到一个瓶子时停止;瓶子装满饮料后,传送带驱动电机必须自动启动,并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作。
(2)当瓶子定位在灌装设备下时,停顿1s,灌装设备开始工作,灌装过程为5s钟,灌装过程应有报警显示,5s后停止并不再显示报警;报警方式为红灯以0.5s间隔闪烁。
(3)用两个传感器和若干个加法器检测并记录空瓶数和满瓶数,一旦启动系统后,必须记录空瓶数和满瓶数,设最多不超过99999999瓶。
(4)可以手动对计数值清零(复位)。
1.3灌装流水线示意图
第2章:
系统总体方案设计
2.1PLC的工作原理
PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器,定义是:
一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器,用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式和模拟式的输入和输出,控制各种类型机械的生产过程;而有关外围设备,逗应按易于与工业系统练成一个整体,易于扩充起功能的原则设计。
PLC是按集中输入、集中输出,周期性循环扫描的工作方式进行工作的,即顺序扫描,不断循环这种工作方式是在系统软件控制下进行的。
当PLC运行时,CPU根据用户按控制要求编写好并存于用户存储器中的程序,按序号作周期性的程序循环扫描,程序从第一条指令开始,逐条顺序执行用户的程序直到程序结束。
然后重新返回第一条指令,再开始下一次扫描;如此周而复始。
实际上,PLC扫描工作除了执行用户程序外,还要完成其他工作,整个工作过程分为自诊断、通讯服务、输入处理、输出处理、程序执行五个阶段。
如图2-1:
图2-1PLC循环扫描工作图
2.2可编程序控制器的组成
可编程序控制器硬件由中央处理单元(CPU)、电源、存储器、输入/输出单元、电源部分扩展接口、通讯接口、编程设备和其他组件。
(1)中央处理单元(CPU)
中央处理单元(CentralProcessorUnit简称CPU)一般由控制器、运算器和寄存器组成,这些电路集中在一个芯片内。
CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入/输出接口电路相连接。
它是可编程序控制器的心脏部分。
CPU由主要任务是控制用户程序和数据的接收与存储。
(2)存储器
PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。
系统存储器用来存放由PLC生产厂家编写的程序系统,并固化在ROM内,用户不能更改。
它使PLC具有基本功能,能完成PLC设计者规定的各项工作。
系统的内容主要包括三部分:
系统管理程序、用户指令解释程序和标准程序模块与系统调用管理程序。
用户存储器包括用户程序存储器和用户数据存储器两部分。
用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的应用程序。
用户数据存储器可以用来存放用户程序中所使用器件的ON/OFF状态和数据值、数据等,是反映PLC性能的重要指标之一。
(3)输入/输出单元
PLC的输入和输出信号类型可以是那开关量、模拟量。
输入/输出接口单元包含两部分:
一部分是与被控设备相连接的接口电路,另一部分是输入和输出的映像寄存器。
输入单元接收来自用户设备的各种控制信号以及其他一些传感信号。
外部接口电路将这些信号转化成CPU能识别和处理的信号,并存到输入输入映像寄存器。
运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并结合其他元器件最新的信息,按照用户程序进行计算,将有关输出的最新结果放到输出映像寄存器。
输出映像寄存器由输出点相对应的触发器组成,输出接口电路将其由弱电控制程序控制信号转化成现场需要的强电信号输出,以驱动电磁阀、接触器、指示灯等被控设备的执行元件。
(4)电源部分
PLC一般使用220V的交流电源或24V直流电源,内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、12V、24V等直流电源,整体式的小型PLC还提供一定容量的直流24 V电源,供外部有源传感器使用。
(5)扩展接口
扩展接口用于将扩展单元或功能模块与基本单元相连,使PLC的配置更加灵活,以满足不同控制系统的需求。
(6)通讯接口
为了实现“人—机”或“机—机”之间的对话,有些PLC配有一定的通讯接口。
PLC通过这些通讯接口可以与显示设定单元、触摸屏、打印机相连,提供方便的人机交互途径;也可以与其他的PLC、计算机以及现场总线网络连接,组成多系统或工业网络控制系统。
(7)编程设备
过去的编程设备一般是编程器,其功能仅限于用户程序读写和调试。
读写程序只能使用最不直观的语句表语言,操作繁琐不变。
现在PLC生产厂家不在提供编程器,取而代之的是给用户配置在PC上运行的基于Windows的编程软件。
使用编程软件可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图程序,并可以实现不能编程语言的转换。
程序被编译后下载到PLC,也可以将PLC中的程序上传到计算机。
程序可以保存和打印,通过网络还可以实现远程编程和传送。
更方便的是编程软件的实时调试功能非常强大,不仅能监视PLC运行过程中的各种参数和程序执行结果,还能进行智能化的故障诊断。
(8)其他部件
需要时,PLC可配有存储卡、电池卡等。
2.3可编程序控制器的特点
现代工业生产是复杂多样的,它们对控制的要求也各不相同。
可编程序控制器一经出现就受到了广大工程技术人员的欢迎。
它的主要特点如下:
(1)抗干扰能力强,可靠性高。
微机虽然具有很强的功能,但抗干扰能力差,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,都可以使一般通用微机不能正常工作。
而PLC在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸
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