基于PLC的饮料自动罐装系统毕业设计

毕毕 业业 设设 计 论文 计 论文 题题 目 目 自动化生产线中的饮料灌装系统 软件设计 学生姓名 学生姓名 学学 号 号 专专 业 业 班班 级 级 指导教师 指导教师 年年 月月 日日 河北工程大学河北工程大学 毕业设计 论文 任务书毕业设计 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 指导老师评语 指导教师 签字 年 月 日 2 评阅人评语评阅人评语 评阅人 签字 年 月 日 3 答辩组评语答辩组评语 答辩组组长 签字 年 月 日 摘摘 要要 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 Abstract With the increasing level of industrial automation many industrial enterprises are faced with the transformation of traditional production line a nd re design problem PLC programmable logic controller is a microprocessor as the core of industrial control devices it will relay the traditional control system combined with computer technology in recent years in industrial auto mation mechanical and electrical integration the transformation of traditional industries such as generally applied As a general purpose industrial control computer the realization of industrial control wiring logical leap in logic to storage industrial control in the world is playing an increasingly important role In beverage industry automate d production line mode of production is to promote the most popular a kind of product ion mode it causes the filling speed increases but make the filling a higher precision to bring enterprise cannot small gaze of productivity In view of this the designers of the use of PLC functions and fea tures designed a beverage filling production line control system This paper involves the drinks filling automation production line adopts PLC control flow meter metering insure the filling speed and precision This paper describes in detail the control system of the drinksfilling machine design steps a brief introduction of the drinks filling machine control system and baseon the self industry and the application of the other trade on auto control technique proposed the frame of the control system based on programmable l ogical controller This design completes the drinks production line hardware configur ation and software design to achieve the automation of the carbonated drinks filling m achine Not only improve the labor productivity but also has far reaching significance of the improvement of quality and yield PLC control of the use of beverage filling production process which can effectively improve the production efficiency of filling and significantly increase the reliability of controlsystems and fle xible Keywords Programmable controller Automation Filling Production line 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 1 1 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256 1024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 S7 200 PLC 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 表表 3 3 1 1 2 22 2X X 系系列列 C CP PU U 的的基基本本配配置置 特性 CPU221CPU222CPU224CPU226CPU226XM 外型尺寸 mm mm mm 90 80 6290 80 6 2 120 5 80 62 190 80 6 2 190 80 62 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 h 5050190190190 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 30KHZ 2 路 20KHZ 4 路 30KHZ 2 路 20KHZ 6 路 30KHZ 4 路 20KHZ 6 路 30KHZ 4 路 20KHZ 6 路 30KHZ 4 路 20KHZ 脉冲输出 DC 2 路 20KHZ2 路 20KHZ 2 路 20KHZ2 路 20KHZ 2 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 1 3 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 2 3 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 3 3 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 4 3 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 90 250V 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 41 M2 次品传送带电动 机 Y90S 41 M3 灌装装置电动机 Y90S 41 FR1 3 热继电器 JR10 103 QF1 5 断路器 NS100N5 PLC 可编程控制器 CPU 224 CN AC DC RLY 1 X1 光电传感器 EDA 2DNA YL2 X2 称重传感器 DJWX 081 X3 液位传感器 VP03EP2 X4 电磁阀 VT317 4G 022 X5 直线气缸 NSAL 32 1253 X6 气爪 NHZA2 16S1 HL 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 4 2 2 系系统统流流程程图图 4 4 3 3 I I O O 分分配配表表 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 0 M1 电机 SB2I0 1 停止 KA2Q0 1 M2 电机 SB3I0 2 手动清零 KA3Q0 2 M3 电机 电 磁阀 1 KS1I0 3光电传感器KA4Q0 3 汽缸 1 KS2I0 4上限位液位 传感器 KA5Q0 4 汽缸 2 KS3I0 5下限位液位 传感器 KA6Q0 5 汽缸 3 KPI0 6压力传感器KA7Q0 6 灌水电磁阀 指示灯 KS4I0 7位置传感器 1 KA8Q0 7 汽缸 4 KS5I1 0位置传感器 2 KS6I1 1位置传感器 3 KS7I1 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 WIN32 4 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 1 4 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 PLC 梯形图 图 4 4 显示符号地址的梯形图 由于控制系统对 CPU 和输入 输出特性没有特殊的要求 可以全部采用系统 块的默认值 为了使程序有良好的可读性 且便于高调试 可以使用符号表编程 尤其 是当系统的控制规模较大时 一般都要采用符号表编程 在此例中 编写的符 号表如下表所示 符号表 元件符 号 编程元件地址 编程符号 注 释 SB1 I0 0 启动启动按钮的动合 触点 SB2I0 1 停止停止按钮的动合 触点 FRI0 2 过载热继电器的动断 触点 KM1Q0 0 电源接通交流电源的 接触器 KM2Q0 1 短接短接启动电阻的 接触器 T37 启动延时延时5s 编写控制程序时 可以输入编程元件的符号地址 也可以输入编程元件的 绝对地址 使用编程元件的绝对地址时 会被自动转换为符号地址 在梯形图 程序中也将显示符号地址 在下装操作进行之前 应设置好计算机与 PLC 的的通信参数 在确认控制 程序正确的前提下 即用户程序全部编译成功后 在 STOP 的工作模式下 使用 菜单命令 文件 下装 Download 将计算机中的的信息下装到 PLC 中 初 次下装时 可选择下装程序代码块和系统块 下装成功后 可进行模拟调试 1 将 I0 2端子与 DC24V 的 L 端连接 模拟热继电器的动断触点在正常运行 时的状态 2 将 I0 0端子与 DC24V 的 L 端连接一下并随即断开 模拟按下启动按钮又 松开 观察 Q0 0的 LED 灯是否为 ON 3 5s 后 观察 Q0 1的 LED 灯是否为 ON 4 将 I0 1端子与 DC24V 的 L 端连接一下并随即断开 模拟按下停止按钮又 松开 观察 Q0 0 Q0 1的 LED 灯是否为 OFF 5 再次将 I0 0端子与 DC24V 的 L 端连接 模拟系统再次启动 观察启动过 程是否正常 6 断开 I0 2端子与 DC24V 的 L 端的连接 模拟热继电器过载动作 动断触 点断开 观察 Q0 0 Q0 1的 LDE 灯是否为 OFF 3 数据块的使用 1在数据块中对地址