基于PLC的饮料自动罐装系统毕业设计-

毕 业 设 计（论文）题 目： 自动化生产线中的饮料灌装系统软件设计 学生姓名： 学 号： 专 业： 班 级： 指导教师： 年 月 日 河北工程大学毕业设计（论文）任务书题目： 自动化生产线中的饮料灌装系统软件设计 学生姓名： 学号： 专业班级： 学院： 设计起止日期： 题目性质一： 实际工程 设计项目 科学研究 理论研究 其他题目性质二： 真题 模拟题目 其他技术要求及原始数据： 系统基于PLC-200，主要功能完成饮料灌装生产过程，明确装瓶，传送，盖盖，检测过程，并可以启动，移位，复位按钮进行操作，实现手动，自动全过程。 主要任务： 1、绘制工作流程图或顺序功能图； 2、编写全程序T型图或指令表； 3、运用程序进行调试； 4、编写设计说明书； 学 生 （签 字）： 系主任（签字）： 指导教师（签字）： 院 长 （签字）： 河北工程大学毕业设计（论文）评语学生姓名 专业班级 毕业设计（论文）题目 自动化生产线中的饮料灌装系统软件设计 1、 指导老师评语： 指导教师（签字） 年 月 日 2、 评阅人评语： 评阅人（签字） 年 月 日3、 答辩组评语： 答辩组组长（签字） 年 月 日摘 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。PLC（可编程序控制器）是以微处理器为核心的工业控制装置，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。作为通用工业控制计算机，其实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃，在世界工业控制中发挥着越来越重要的作用。在饮料行业，自动化生产线的生产方式是推广的最普及的一种生产模式，它促使灌装的速度大幅提升，同时也使得灌装精度更高，给企业带来了不可小觑的生产力。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。 本文所涉及的饮料灌装自动化生产线采用PLC控制，流量计计量，确保了灌装的速度和精度。本文详细论述了饮料灌装机控制系统的设计步骤，通过对灌装机系统的充分了解，以行业现状为出发点，结合其他行业自动控制技术的应用情况，提出了基于PLC的饮料灌装机控制系统的基本结构。本系统设计中完成了饮料灌装机控制系统的硬件的配置和软件方面的设计，实现了饮料灌装机控制系统的自动化。对劳动生产率的提高，对饮料的质量和产量的提高都具有深远的意义。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。 关键词：可编程控制器；自动化；灌装；生产线AbstractWiththeincreasinglevelofindustrialautomation,many industrialenterprisesarefacedwiththetransformationoftraditionalproductionlineandre-designproblem.PLC(programmablelogiccontroller)isamicroprocessorasthecoreofindustrialcontroldevices,itwillrelaythetraditional controlsystemcombinedwithcomputertechnologyinrecentyearsinindustrialautomation,mechanicalandelectricalintegration,thetransformation oftraditionalindustriessuchasgenerallyapplied.Asageneral-purposeindustrialcontrolcomputer,therealizationofindustrialcontrolwiringlogicalleapinlogictostorage,industrialcontrol intheworldisplayinganincreasinglyimportantrole.Inbeverageindustry,automatedproductionlinemodeofproductionistopromotethemostpopularakindofproductionmode,itcausesthefillingspeedincreases,butmakethefillingahigherprecision,tobringenterprisecannotsmall gazeofproductivity.Inviewofthis,thedesignersoftheuseofPLCfunctionsandfeaturesdesignedabeveragefillingproductionlinecontrolsystem.Thispaperinvolvesthedrinksfillingautomationproductionline adoptsPLCcontrol,flowmetermetering,insurethefillingspeedandprecision.Thispaperdescribesindetailthecontrolsystemofthedrinksfillingmachinedesignsteps,abriefintroductionofthedrinksfillingmachinecontrolsystemandbaseontheself-industryandtheapplicationoftheothertradeonauto-controltechnique,proposedtheframeofthecontrolsystembasedonprogrammablelogicalcontroller.Thisdesigncompletesthedrinksproductionlinehardwareconfigurationandsoftwaredesign,toachievetheautomationofthecarbonateddrinksfillingmachine.Notonlyimprovethelaborproductivity,butalsohasfar-reachingsignificanceoftheimprovementofqualityandyield.PLCcontroloftheuseofbeveragefillingproductionprocess,whichcaneffectivelyimprovetheproductionefficiencyoffilling,andsignificantlyincreasethereliabilityofcontrolsystemsandflexible.Keywords:Programmablecontroller；Automation；Filling；Productionline第一章 可编程控制器概述1.1 PLC的定义:可编程控制器，简称PLC（Programmable logic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。总之可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机，它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力，但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时其硬件需根据实际需要进行选用、配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。1.2 PLC的组成:PLC的基本组成可归为四大部件：1中央处理单元（CPU板）控制器的核心；2. 输入部件 （I/O部件）连接现场设备与CPU之间的接口电路；3. 输出部件 送出PLC运算后得出的控制信息；4. 电源部件 为PLC内部电路提供能源。另外，还必须有编程器将用户程序写进规定的存储器内。PLC的基本组成框图如图1-1所示： 图 1-11.3 可编程控制器的分类和发展:1.3.1分类按I/O点数可分为大、中、小型三大类，通常可以定义为：小型：I/O点数在256点以下；中型：I/O点数在2561024点之间大型：I/O点数在1024点以上。1.3.2可编程序控制器及其网络的发展历史1968年，美国通用汽车公司（GM）根据市场形势与生产发展的需要，提出了“多品种、小批量、不断翻新汽车品牌型号”的战略。要实现这个战略决策，依靠原有的工业控制装置显然不行，而必须有一种新的工业控制装置，它可以随着生产品种的改变，灵活方便地改变控制方案以满足对控制的不同要求。1969年，著名的美国数字设备公司（DEC）根据GM的功能要求，研制出了这种新的工业控制装置，并在GM公司的一条汽车自动化生产线上首次运行取得成功。根据这种新型工业控制装置可以通过编程改变控制方案这一特点，以及专门用于逻辑控制的情况，称这种新的工业控制装置为可编程序控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。从1968年到现在，PLC经历了四次换代：第一代PLC大多用一位机开发，用磁芯存储器存储，只有逻辑控制功能。在第二代PLC产品中换成了8位微处理器及半导体存储器，PLC产品开始系列化。第三代PLC产品随着高性能微处理器及位片式CPU在PLC中大量使用，PLC的处理速度大大提高，从而促使它向多功能及联网通信方向发展。第四代PLC产品不仅全面使用16位、32位高性能微处理器，高性能位片式微处理器，RISC（Reduced instruction set computer）精简指令系统CPU等高级CPU，而且在一台PLC中配置多个处理器，进行多通道处理。同时生产了大量内含微处理器的智能模板，使得第四代PLC产品成为具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能的真正名符其实的多功能控制器。同一时期，由PLC组成的PLC网络也得到飞速发展。PLC与PLC网络成为工厂企业中首选的工业控制装置，由PLC组成的多级分布式PLC网络成为CIMS（computer-integrated manufacturing system）系统不可或缺的基本组成部分。人们高度评价PLC及其网络的重要性，认为它是现代工业自动化的三大支柱之一。 1.3.3发展方向发展方向分小型化和大型化两个发展趋势。小型PLC有两个发展方向，即小（微）型化和专业化。大型化指的是大中型PLC向着大容量、智能化和网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。1.4 PLC的功能1. 逻辑控制；2. 定时控制；3. 计数控制；4. 步进(顺序)控制；5. PID 控制；6. 数据控制，PLC 具有数据处理能力；7. 通信和联网；8. 其它PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如定位控制模块、CRT 模块。1.5 PLC的应用范围目前，在国内外PLC已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。从应用类型看，PLC的应用大致可归纳为以下几个方面：（1）开关量逻辑控制利用PLC最基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑控制，可以取代传统的继电器控制，用于单机控制、多机群控制、生产自动线控制等，例如：机床、注塑机、印刷机械、装配生产线、电镀流水线及电梯的控制等。这是PLC最基本的应用，也是PLC最广泛的应用领域。（2）运动控制大多数PLC都有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。这一功能广泛用于各种机械设备，如对各种机床、装配机械、机器人等进行运动控制。（3）过程控制大、中型PLC都具有多路模拟量I/O模块和PID控制功能，有的小型PLC也具有模拟量输入输出。所以PLC可实现模拟量控制，而且具有PID控制功能的PLC可构成闭环控制，用于过程控制。这一功能已广泛用于锅炉、反应堆、水处理、酿酒以及闭环位置控制和速度控制等方面。（4）数据处理现代的PLC都具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表等功能，可进行数据的采集、分析和处理，同时可通过通信接口将这些数据传送给其它智能装置，如计算机数值控制（CNC）设备，进行处理。第二章 任务及相关设计方案2.1任务的分析近年来，饮料工业发展迅猛，碳酸饮料、果汁饮料、蔬菜汁饮料、含乳饮料、瓶装饮用水、茶饮料等品种不断丰富，产量上的“飘红”使得对设备市场的需求也呈“牛市”。因此，这方面的计术还要进一步发展和完善，以适应现代工业的需要。 本次设计的任务是以s7-200系列PLC作为处理核心，用行程开关、传感器将生产过程中的信号（如空瓶的运行的位置、饮料瓶的大小等等）处理后送给PLC处理器，由PLC对数据进行运算，然后输出驱动信号（如接触器、电磁阀等等）来完成饮料罐装生产过程的流水线操作。该系统的总体思路：此生产线为全自动控制的，生产线一旦上电，PLC将通过软件对生产线进行自动控制：通过输出继电器控制传送带的停转和对饮料瓶灌装的控制，实现对系统状态的显示，并且通过PLC内部的计数器对所生产的产品进行计数。传统的饮料罐装生产线的电气设备控制系统是传统的继电器接触器控制方式,在使用的过程中，生产工效低，人机对话靠指示灯+按钮+讯响器的工作方式，响应慢，故障率高，可靠性差，系统的工作状态、故障处理、设备监控与维护只能凭经验被动的去查找故障点。且在生产过程中容易产生二次污染，造成合格率低，生产成本增加。而自动化生产线在众多领域应用得非常广泛，其控制部分常常采用PLC 控制，它使自动化生产线运行更加平稳，定位更加准确，功能更加完善，操作更加方便。为适应发展，故提出下面的PLC控制技术改造现有生产线。本文介绍了德国西门子PLCS7- 200 在自动化饮料罐装生产线控制系统中的应用，并从硬件和软件两方面进行了分析和研究。文章探讨了如何利用德国西门子PLC S7-200 进行饮料灌装生产流水线的控制，重点分析了系统软硬件设计部分，并给出了系统硬件接线图、PLC 控制I/O 端口分配表以及整体程序流程图等，实现了饮料灌装的自动化，提高了生产效率，降低了劳动强度。2.2硬件设计方案饮料的灌装是采用了饮料灌装机，饮料灌装机将灌装装置以及封盖装置集合在一起，使饮料的灌装稳定、高效的完成。对于饮料瓶大小的区别是通过反射式光电传感器工作来实现的。利用辅助继电器对计数器进行正电平触发来实现对所生产产品的计数。2.3 饮料灌装结构图如图2-1，图2-2，图2-3所示 图 2-1 图2-2 图 2-3系统的工作原理：系统一旦上电，传送带驱动电动机运转，待空饮料瓶行至行程开关，行程开关闭合，电动机停转，灌装设备通过阀门的关断来控制饮料灌装的时间，待饮料灌装过程完毕后电动机恢复转动，如此循环实现生产线上的自动控制。对于传送带上的饮料瓶大小的区分，是通过所在位置的反射式光电传感器工作来实现的。2.4 项目目标整个流水线由主传送带（M1）、次品传送带（M2）、灌装装置、次品推动装置、光电传感器（定位）、压力传感器等组成。流水线的实时监控，由传感器检测。电动机的启动和停止，灌装装置的灌装，次品的检测、推动和计数由PLC控制。2.5 生产流程按下启动按钮后，生产线进入自动工作状态，具备工作条件后，瓶子随着传送带进入灌装工序，灌装完成后传送带继续启动运行。当瓶子随着主传送带平稳的进入灌装架时，灌装架的光电传感器信号送给PLC，主传送带停止1秒，并且夹瓶装置固定，一秒后，罐装架的电磁阀打开，汽缸启动并罐饮料，罐装到5S（及罐满）后自动停止，灌装过程中有报警提示，罐装结束后，主传送带开始启动，通过压力传感器检测是否满瓶，没装满的由推杆推入次品传送带。检测满瓶过程中计数（正品与次品分别计数）。2.6软件设计方案PLC软件方案设计的方法有经验设计法，逻辑设计法等。2.6.1经验设计方法梯形图的经验设计法是比较广泛的一种方法。这种方法没有普遍的规律可以遵循,具有很大的试探性很随意性,最后的结果不是唯一的。该方法的核心是输出线圈。以下是经验设计方法的基本步骤：1.了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况。2.确定PLC的输入信号和输出负载，画出PLC的外部接线图。3.确定与继电器电路图的中间继电器，时间继电器对应的梯形图中的辅助继电器（M）和定时器（T）的元件号。4.根据前面的对应关系画出梯形图。2.6.2逻辑设计方法逻辑设计法的理论基础是逻辑代数。而继电器控制系统的本质是逻辑线路。看一个电气控制线路都会发现,线路的接通和断开,都是通过继电器等元件的触点来实现的,故控制线路的种种功能必定取决于这些触点的开，合两种状态。因此电气控制电路从本质上说是一种逻辑线路,它符合逻辑运算的基本规律。2.7具体控制要求2.7.1 M1主传送带电动机（1）功能：带动主传送带运行。（2） 控制要求： 一旦启动，M1主传送带驱动电机启动并保持到停止开关动作或者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M1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。 通过交流接触器实现失压。欠压保护。通过热继电器实现过载，欠相保护。2.7.2 M2次品传送带电动机（1） 功能：带动次品传送带运行（2） 控制要求：一旦启动，则M2次品传送带驱动电机启动，并保持到停止开关动作。通过交流接触器实现失压。欠压保护。通过热继电器实现过载，欠相保护。2.7.3 M3灌装电动机 （1） 功能：保持料箱液位 （2） 控制要求：当料箱中下陷位传感器动作时，M3启动给饮料注入原料，当上限位传感器动作时，M3停止。通过熔断器实现短路保护。通过交流接触器实现失压。欠压保护。通过热继电器实现过载，欠相保护。 2.7.4 灌装机 （1） 功能：在设定时间里定量灌装。 （2） 控制要求： 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，灌装过程应有报警显示，5S后停止灌装并不再显示报警。保护 （3）实现方法：电磁阀灌装：电磁阀灌装阀的开关由电磁阀控制，灌装精度更高，计时恒压定量灌装原理，可使灌装的误差在千分之五以下。电动定量灌装系统及电磁阀控制计量装置，可进行精确灌装，减少浪费。在恒压储液罐灌液中，里面有上限位和下限位传感器，他们被淹没时是1状态。液面低于下陷位液面是恒压储液罐为空。饮料通过进液电磁阀流入恒压储液罐，液面到达上限位时进液电磁阀断电关闭，使液位保持稳定。恒压储液罐下面是灌装头部分，夹瓶装置由汽缸1驱动下降，下降到位后，夹瓶装置由汽缸2加紧定位，定位夹紧后，灌装头由汽缸3驱动下降，到位后灌装头电磁阀打开，开始灌装，延时5秒电磁阀关闭，灌装头上升，夹瓶装置放松上升，传送带电机启动。2.7.5 质量检测与次品的分离（1）功能：检测产品质量，将次品分离。第三章 元器件的选择3.1 PLC的选择S7200PLC的选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择。S7-200系列PLC是西门子公司20世纪90年代推出的整体式小型可编程控制器。早些时候称为CPU21X，其后的改进型称为CPU22X。其结构紧凑、功能强，具有很高的性能价格比，在中小规模控制系统中应用广泛。S7-22X系列PLC可提供5种不同的基本单元和多种规格的扩展单元。其系统构成除基本单元、扩展单元外，还有编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。表3-1给出了22X系列CPU的基本配置。从表中可以看出，22X系列CPU具有很强的功能，如自带高速计数器、通讯口、具有脉冲输出功能、实时时钟、能进行浮点运算等。此外，S7-200系列PLC允许在程序中立即读写输入、输出口，允许在程序中使用中断，允许设定通讯任务的处理时间，允许设置停止模式数字量输出状态，可以由用户自己定义存储器的掉电保护区，可以允许数字量时间，允许设置停止模式数字量输出状态，可以由用户自己定义存储器的掉电保护区，可以允许数字量及模拟量输入加滤波器，还具有窄脉冲捕捉功能，为复杂的工业控制提供了方便。表3-1 22X系列CPU的基本配置特性CPU221CPU222CPU224CPU226CPU226XM外型尺寸/mmmmmm908062908062120.5806219080621908062程序存储区2048字2048字4096字4096字8192字数据存储区1024字1024字2560字2560字5120字掉电保持时间/h5050190190190本机I/O6入/4出8入/6出14入/10出24入/16出24入/16出扩展模块数量02777高速计数器单相双相4路30KHZ2路20KHZ4路30KHZ2路20KHZ6路30KHZ4路20KHZ6路30KHZ4路20KHZ6路30KHZ4路20KHZ脉冲输出（DC）2路20KHZ2路20KHZ2路20KHZ2路20KHZ2路20KHZ模拟电位器11222实时时钟配置时钟卡配置时钟卡内置内置内置通讯口1RS-4851RS-4851RS-4852RS-4852RS-485在饮料灌装生产流水线控制系统中我们只用了11个输入8个输出,和简单的逻辑和计数功能，配置基本单元就可以满足要求，即选用CPU224的西门子S7-200系列PLC作为控制器构成饮料灌装生产流水线控制系统。结构描述：S7-200 CPU将一个微处理器、一个集成电源和数字量I/O点集成在一个紧凑的封装中，从而形成了一个功能强大的小型可编程逻辑控制器。CPU结构如图3-1所示： 图 3-13.2 电机的选择 电动机M1型号为Y132M-4，额定电压为交流380V，额定电流为15A， 频率为50HZ，功率为7.5KW，转速为1440r/min。 铭牌：型号：Y132M-4 功率：7.5KW 频率：50HZ 电压：380V 电流：16.4A 接法： 转速：1440r/min 电机上一般有这样的铭牌，用来表示电机参数。介绍一下Y132M-4，Y表示三相异步电动机；132表示机座中心高；M机座长度代号（分为SML短中长），4为磁极个数（2P磁极对数）。如表2-2所示表3-2 电机磁极个数及转速磁极个数2极4极6极8极P（磁极对数）1234转速300015001000750 铭牌所标的为磁极个数，即几极电机，对应对数和转速。 p电机旋转磁场的极对数。（实际上，由于转差率的存在，电机.实际转速略低于旋转磁场的转速） 电机转速与频率的公式n=60f/p上式中n电机的转速（转/分）；60每分钟（秒）；f电源频率（HZ）；在变频调速系统中，根据公式n=60f/p可知：改变频率f就可改变转速降低频率f，转速就变小：即 60 f / p = n增加频率f，转速就加大： 即 60 f / p = n表3-3 物理量与单位物理量符号基本单位单位符号公式功W焦耳（焦）JW=Fs=Pt功率P瓦特（瓦）WP=W/t=Fv电流I安培（安)AI=U/R=W/R电压U伏特（伏）VU=IR 电阻R欧姆（欧）R=U/I=W/II 电功W焦耳（焦）JW=UIt=Wt电功率P瓦特（瓦）WP=W/t=UI=IIR电动机M2型号为Y90S-4，额定电压为交流380V，额定电流为2.8A，频率为50HZ，功率为1.1KW，转速为1440r/min。电动机M3选与电动机M2一样的型号即可。电动机的转速要尽量小，设计要求转速为尽量小，综合考虑到工作环境以及经济效益方面，暂选电动机为Y90S-4.转速1400r/min ,效率为78%，功率1.1kw，质量23kg.我们采用三角形的接法，接法如图3-2所示 图 3-23.3 传感器的选择本设计需要用多个传感器，有检测空瓶的光电传感器，检测产品质量的压力传感器与检测饮料罐液位的液位传感器。3.3.1 光电传感器TCRT5000传感器的工作原理与一般的红外传感器一样,一传一感.TCRT5000具有一个红外发射管和一个红外接收管.当发射管的红外信号经反射被接收管接收后,接收管的电阻会发生变化,在电路上一般以电压的变化形式体现出来。电阻的变化起取于接收管所接收的红外信号强度,常表现在反射面的颜色和反射面接收管的距离两二方面.3.3.2 压力传感器选用称重传感器DJWX-08，DJWX-08这个型号的称重传感器外形结构是单点式的，是目前用于称重使用行业最多的一种结构其测量精度等级较高，可以达到0.02%的，特点及外形如图3-3所示。其在使用安装方式属于一端固定一端受力，这样安装方式也叫适应于称重的整体结构以上是称重传感器的选型原因。生产厂家：上海狄佳传感科技有限公司根据我们饮料的重量以及经济实用性等综合考虑选用： 图3-33.3.3 液位传感器选用的佳乐VP03EP，工作方式如图3-4所示 图3-43.3.4 接近开关1、接近开关有两线制和三线制之区别，三线制接近开关又分为NPN型和PNP型，它们的接线是不同的。2、两线制接近开关的接线比较简单，接近开关与负载串联后接到电源即可。3、接近开关的负载可以是信号灯、继电器线圈或可编程控制器PLC的数字量输入模块。4、SN04-Y交流二线式方形接近开关，感应距离4mm,交流90250V供电。请见图3-5所示： 图3-5接近开关接线图 2.5 原件明细表符号名称型号数量M1主传送带电动机Y132M-41M2次品传送带电动机Y90S-41M3灌装装置电动机Y90S-41FR1-3热继电器JR10-103QF1-5断路器NS100N5PLC可编程控制器CPU 224 CN AC/DC/RLY1X1光电传感器EDA-2DNA-YL2X2称重传感器DJWX-081X3液位传感器VP03EP2X4电磁阀VT317-4G-022X5直线气缸NSAL 32*1253X6气爪NHZA2-16S1HL指示灯AD161 表3-4 原件明细表第四章 系统程序的设计4.1系统原理图系统原理图如图4-1 图4-1 系统原理图4.2系统流程图 4.3 I/O分配表表4-1 I/O分配表输出输出符号地址备注符号地址备注SB1I0.0启动KA1Q0.0M1电机SB2I0.1停止KA2Q0.1M2电机SB3I0.2手动清零KA3Q0.2M3电机、电磁阀1KS1I0.3光电传感器KA4Q0.3汽缸1KS2I0.4上限位液位传感器KA5Q0.4汽缸2KS3I0.5下限位液位传感器KA6Q0.5汽缸3KPI0.6压力传感器KA7Q0.6灌水电磁阀、指示灯KS4I0.7位置传感器1KA8Q0.7汽缸4KS5I1.0位置传感器2KS6I1.1位置传感器3KS7I1.2光电传感器2注：汽缸1，2，3分别控制夹紧装置的下降，夹紧，灌装头下降，汽缸4控制次品推动装置。饮料灌装生产流水线的操作方式分为手动操作方式和自动操作方式。自动操作方式主要指连续操作方式。手动操作是指用开关对系统的操作模式进行设置。例如，当选择自动操作模式时，启用连续操作方式。连续操作是指从原点开始，按一下启动按钮，系统将自动地、连续不断地周期性循环。在工作中若按一下停止按钮，系统将继续完成一个周期的动作后，回到原点自动停止。4.4 编程软件STEP 7 Micro/WIN324.4.1TEP 7 Micro/WIN32编程软件的主界面STEP 7 Micro/WIN32是S7-200的专用编程软件，它工作在Windows平台下，其主界面如下图所示。 图 4-14.4.2 项目（Project）主界面的标题是STEP 7 Micro/WIN32-Project1。项目包含的基本组件为：（1） 程序块（Program Block）程序块由可执行的代码和注释组成，可执行的代码由主程序（OB1）、子程序（可选）、中断服务程序（可选）组成。代码被编译并下装到PLC，而程序注释则被忽略。（2） 符号表（Symbol Table）为便于记忆和理解，编程人员可通过符号表编写符号地址。程序编译后下装到PLC时所有的符号地址被转换成绝对地址。（3） 状态表（Status Chart）在程序执行时，可通过状态表监控指定的内部变量的状态。状态表并不下装到PLC中，它只是用于监控用户程序运行情况的工具。（4） 数据块（Data Block）数据块由数据（存储器的初始值和常数值）和注释组成，只有数据被编译并下装到PLC中。（5） 系统块（System Block）系统块用于设置系统的组态参数，常用的系统组态包括设置数字量输入滤波、模拟量输入滤波，设置脉冲捕捉，配置数字量输出表，定义存储器保持范围，设置CPU密码，设置通信参数，设置模拟电位器，设置高速计数器，设置高速脉冲输出等。系统块的信息需要下装到PLC中，如无特殊要求，可采用系统默认的参数值，如果不需要设置CPU密码，可选择“全部特权（1级）”。（6） 交叉引用表（Cross Reference）交叉引用表用于索引用户程序中所用的各个操作数的位置和指令的助记符。还可以使用交叉引用表查看存储器的哪些区域已经被使用，是作为位使用还是作为字节使用。在运行模式下编辑程序时，可以查看当前正在使用的跳变信号的地址。交叉引用表不下装到PLC中，但只有在编译程序成功后，才能使用交叉引用表。在交叉引用表中双击某个操作数，可以显示包含该操作数的那一部分程序。（7） 通信（Communications）当计算机与PLC建立在线连接后，就可以对PLC进行通信参数设置。上装或下装用户程序时，都是通过通信方式完成的。4.4.3 使用PC/PPI电缆建立通信连接及设置通信参数（1） PC/PPI电缆的安装与设置用计算机作为编程器时，计算机与PLC之间的连接一般是通过PC/PPI电缆进行通信的。PC/PPI电缆带有RS-232/RS-485转换器，将标有“PC”的RS-232端连接到计算机的RS-232通信接口，将标有“PPI”的RS-485端连接到PLC的通信接口。在用PC/PPI电缆上的DIP开关设置波特率时应与编程软件中设置的波特率相同，默认值为9 600bps,DIP开关的第4位用于选择10位或11位通信模式，第5位用于选择将RS-232口设置为数据终端设备（DTE）模式或数据通信设备（DCE）模式。在编程软件STEP 7 Micro/EIN32中设置通信参数时，可用鼠标单击“通信”图标“ ”，或从菜单栏中选择“检视（View）”,在弹出的下拉菜单中选择“通信（Communications）”，出现“通信连接（Communications Links）”对话框，在对话框中双击PC/PPI电缆图标“ ”，再单击对话框中“属性（Properties）”按钮，出现“PC/PPI电缆属性”对话框后，即可进行通信参数设置。（2） 建立计算机与PLC的在线连接如果在“通信连接”对话框中，显示为尚未建立通信连接，双击对话框中的“刷新”图标“ ”，编程软件将检查所有可能与计算机连接的S7-200 CPU站，并在对话框中显示已建立起连接的每个站的CPU图标、CPU型号和站地址。（3） 设置和修改通信参数在“通信连接”对话框中，双击PC/PPI电缆图标，在对话框中单击“属性（Properties）”按钮，出现“PC/PPI电缆属性”对话后，即可进行通信参数设置。STEP 7 Micro/WIN32的默认设置为多主站PPI协议，此协议允许STEP 7 Micro/WIN32与其它主站（TD200等）在网络中同为主站。在属性对话框中选中多主站网络（Multiple Master Network），即可启动多主站PPI协议。未选择时为单主站协议。设置PPI参数的步骤如下：1 在“PC/PPI电缆属性”对话框中，单PPI按钮，在站参数区（Station Parameter）的地址（Address）框中，设置站地址。运行编程软件STEP 7 Micro/WIN32的计算机的默认地址为0,网络中第一台PLC的默认地址为2。2 在超时（Time-out）框中设置通信设备建立联系的最长时间，默认值为1s。3 如果使用多主站PPI协议，选中“多主网络”（Multiple Master Network）。使用调制解调器或Windows NT4.0时,不支持主站网络。4 设置网络通信的波特率。5 根据网络中的设备数据选择最高站地址，这是STEP 7 Micro/WIN32停止寻找网络中其它主站的地址。6 单击“本机连接（Local Connection）”按钮，选择连接PC/PPI电缆的计算机的通信口，以及是否使用调制调解器。7 单击“确定”（OK）按钮，完成通信参数设置。（4） 读取PLC的信息如果想知道PLC的型号与版本、工作方式、扫描速度、I/O模式设置以及CPU和I/O模板的错误，可选择菜单栏中的“PLC”，在下拉菜单栏中选择“信息（Information）后，将是示出PLC的RUN/STOP状态，以ms为单位的扫描速度、CPU的版本|错误的情况及各个模板的信息。4.4.4 程序的编写与下装操作（1）程序编写的操作步骤1 创建项目：在为控制系统编写应用程序前，首先应当创建一个项目（Project）。可用菜单命令“文件新建”或按工具条中“新建项目”按钮，创建一个新的项目。使用菜单命令“文件另存为”，可修改项目的名称和项目文件所在的目录。2 打开一个已有的项目：使用菜单命令“文件打开”，可打开一个已有的项目。如果最近在某个项目上工作过，它将在文件菜单的下部列出，可直接选择。项目存放在*.mwp的文件中。3设置与读取PLC的型号：在给PLC编程前，为防止创建程序时发生编程错误，应正确地设置PLC的型号。使用菜单命令“PLC类型”，在出现的对话框中，选择PLC的型号。在建立了通信连接后，单击对话框中的“读PLC”按钮，可读取PLC的型号与硬件版本。4 选择编程语言和指令集：使用菜单命令“工具（Tools）选项（Options）”，就弹出选项对话框，单击“通用（General）”按钮，可选择SIMATIC指令集或IEC1131-3指令集。还可以选择程序编辑器（LAD、FBD及STL）的类型。5 确定程序结构：数字量控制程序一般只有主程序，系统较大，功能复杂的程序，还可能有子程序、中断程序和数据块。主程序（在S7-200中为OB1）在每个扫描周期被顺序执行一次。子程序的指令存放在独立的程序块中，仅在被别的程序调用时才执行。中断程序也被存放在独立的程序块中，用于处理预先规定的中断事件。中断程序不由主程序调用，在中断事件发生时由操作系统调用。6 编写符号表：为便于记忆和理解，可采用符号地址编程，通过编写符号表，可以用符号地址代替编程元件的地址。7 编写数据块：数据块用于对变量寄存器V进行初始数据赋值，数字量控制程序一般不需要数据块。8 编写用户程序：用选择的程序编辑器（编程语言）编写用户程序。使用梯形图语言编程时，单击工具栏中的触点图标，可在矩形光标的位置上放置一个触点，在与新触点同时出现的窗口中，可选择触点的类型。单击触点上面或下面的红色问号，可设置该触点的地址或其他参数。用相同的方法可在梯形图中放置线圈和功能框。单击工具条中带箭头的线段，可在矩形光标处连接触点间的连线。双击梯形图中的网络编号，在弹出的窗口中可输入网络的标题和网络的注释。9 编译程序：用户程序编写完成后，要进行程序编译。使用菜单命令“PLC编译（Compile）”或“PLC全部编译（Compile All）”，或按工具条中的编译按钮、全部编译按钮，进行程序编译。编译后在屏幕下部的输出窗口显示语法错误的数量、各条语法错误的原因和产生错误的位置。双击输出窗口中的某一条错误，程序编辑器中的光标会自动移到程序中产生错误的位置。必须改正程序中所有的错误，且编译成功后，才可能下装到PLC中。10 程序的下装、上装及清除：当计算机与PLC建立起通信连接，且用户程序编译成功后，可以进行程序的下装操作。下装操作需在PLC的运行模式选择开关处于STOP的位置时才能进行，如果运行模式选择开关不在STOP位置，可将CPU上的运行模式选择开关拨到STOP位置。或者单击工具条中的停止按钮，或者选择菜单命令“PLC停止（STOP）”，也可以使PLC进入到STOP工作模式。单击工具栏中的下装按钮，或者选择菜单命令“文件下装（Download）”，将会出现下装对话框。在对话框中可以分别选择是否下装程序块、数据块和系统块。单击“确定”按钮后开始将计算机中的信息下装到PLC中。下装成功后，确认框显示“下装成功”。如果在编程软件中设置的PLC型号与实际型号不符，将出现警告信息，应在修改PLC的型号后再进行下装操作。也可以将PLC中的程序块、数据块、系统块上装到运行编程软件的计算机中。上装前应在STEP 7 Micro/WIN32中建立或打开一个项目，最好新建一个空的项目，用于保存从PLC中上装的块。单击工具栏的上装按钮，或者选择菜单命令“文件上装”，在上装对话框中选择需要上装的块后，单击“确定”按钮。（2）程序编写及下装举例下图是一个简单的数字量控制系统鼠笼型电动机串电阻进行降压启动的控制系统的应用实例。按下启动按钮SB1后，电动机的定子接触器KM1串联启动电阻进行降压启动，设启动时间为5s，启动结束后，短接接触器KM2将启动电阻短接，电动机全压运行。按下停止按钮SB2后，电动机停车。该系统具有热继电器FR做过载保护，过载后FR的动断触点断开，也会使电动机停止运行。首先在断电的状态下，用PC/PPI电缆连接好计算机与PLC，然后为计算机与PLC通电，打开编程软件STEP 7Micro/WIN32，创建一个项目（Project）。用菜单命令“PLC类型（Type）”设置PLC的型号，如CPU222。用菜单命令“工具（Tools）选项（Options）”，在弹出的对话框中单击“通用（Genenal）” 按钮，选择SIMATIC编程模式和梯形图编辑器。由于这是一个很简单的数字量控制程序，可以没有子程序、中断程序和数据块，不使用局部变量表L，全部程序都在主程序中。一般的数字量控制程序通常都采用这种程序结构，图4-3为此实例的PLC梯形图。图 4-2 串电阻降压启动的原理图及PLC外部接线图图 4-3 串电阻降压启动的P