《基于PLC的灌装控制系统设计与调试》14000字（论文）

第第页基于PLC的灌装控制系统设计与调试TOC\o"1-2"\h\u9398第一章引言 170961.1课题的研究背景和意义 1189801.2课题的研究现状 2162491.3本课题的主要研究内容 327868第二章控制系统的设计方案 4202212.1设计方案的比较 4292922.2控制方案的确定 4206352.3控制系统的工作原理 710949第三章控制系统的硬件设计 850133.1可编程逻辑控制器的选型 8130393.2电动机的选型 15185443.3气动元件选型 16272523.3.2气爪的选型 17259203.4传感器的选型 20309753.5电磁流量阀的选型 2232076第四章控制系统的软件设计 2335784.1编程软件的概述 23119404.2控制系统的流程说明 2346674.3控制流程图 2475914.4控制系统PLC程序的开发 241023第五章监控软件的设计 30300975.1组态软件的说明 30142695.2数据库的建立 30241905.3设计的系统封面组态 31196145.4设计系统主界面的组态 3273055.5设计报警界面的组态 34229335.6设计灌装日志表的组态 36268705.7设计报警日志表的组态 36165025.8设计产量历史曲线的组态 37239365.9设计破瓶数量历史曲线的组态 37159905.10设计计划与实际产量对比曲线的组态 3819267第六章系统的运行调试 39199656.1进行通信 39250566.2运行成品呈现 41第一章引言1.1课题的研究背景和意义我国的发展正处于高速阶段，灌装产业的需求量在日益提升，与一些传统的灌装方法相比较，人们对产品包装的要求越来越高。目前工业领域的灌装，始终都将效率、成本控制、过程的稳定作为其追求的目标，概言之，在概念设计和技术层面上对世界上现今灌装机械的制造工艺进行改进、创新，使之与时俱进。目前，世界灌装机械的主导产业主要集中在美日这两个国家，这主要是由其产业类型所决定的。就美国而言，由于对于成本控制的高度追求，促使其灌装机械制造业作为世界主要的制造业之一，起步较早。经过100多年的发展，美国灌装机械制造以及灌装系统具有技术灵活丰富、精度高、效率高、稳定性好等特点。此外，可编程序控制器的水平在世界上也已经处于不可动摇的地位，此技术应用于大部分工业生产，也被用在了灌装机械上，形成了一套完备的灌装生产体系。虽然日本比美国发展较晚，但日本从1960年到1990年从世界引进了许多现代技术，在这些技术的基础上，日本获得了优势和财富，并保持了很高的效率。这种灌装机发展迅速，速度越来越快，逐渐达到世界领先水平。与美国相比，日本微电子技术具有独特的技术特点，是世界上最先进的微电子技术。它提出了灌装工业发展的新方向。就我国的第二产业而言，近半个世纪以来已获得了飞速的发展。但是，改革开放以来，灌装机械行业发展迅速。改革开放给人们的生活带来了新的面貌。在这个快速发展的时代，人们对灌装的需求与日俱增，灌装行业也在日新月异，但技术仍然非常落后，这使我们能够不断创新，不断了解国外的现代设备。从国外的现代设备中吸取营养，茁壮成长。我们的灌装工业必须创造有中国特色的产品。1.2课题的研究现状目前，我国饮料包装设备存在诸多弊端。一是自动化程度低；二是执行速度达不到标准，无法实现小型化生产；第三，然而在具体的工艺和运行稳定性方面却依然面临着诸多的问题。如此，导致的结果就是为了解决生产方面的问题，很多企业不得不采用进口设备的方式，如此必然会导致这些企业出现巨额的资金支出。由数据显示，一条简单的生产线如果选用国外的供应商，成本至少需要450万元，对饮料灌装企业来说，这价格估计不算小。关键是，当产品出现问题时，需要由国外相应的维修团队进行维修，这可以被视为需要时间和人力。PLC相关控制技术的不断被引入，也开始被广泛的应用到了灌装领域，极大的提升的实际的生产能力，此对该行业的发展具有重要意义。传统的饮料灌装线由继电器制成。与相对PLC相关的控制技术比照，其立刻就会显现出各种不足。第一，从控制的稳定性层面来讲，由于其很容易收到各种复杂电路信号的干扰，因此经常会出现电压步不稳定的状况，内阻等因素存在较大的干扰和稳定性问题，严重影响了生产进度。此外，如果出现问题，必须手动处理，这可能会造成二次污染，不允许用于安全生产。问题越频繁，原材料的消耗就越大，这将严重损害成本，污染环境。使用PLC控制，上述许多问题可以相对避免。PLC是一种自动化产品。最重要的特点是安全性和可靠性，这一点已经得到各行业领域研究和技术人员的验证。由此，就灌装技术而言，必然也可以利用其这些优势进行发展。PLC自动化程度高，还能够及时的就各种故障进行排查，同时避免各种问题的重复发生。概言之，该技术非常适合引入到灌装领域。饮料灌装行业的自动化过程将越来越好。1.3本课题的主要研究内容此次围绕灌装机所展开的具体设计，主要包含以下几个层面的内容：在此次设计的第1部分：就灌装优选的设备和技术进行了简要的叙述；在此次设计的第2部分：就此次设计的整体思路进行了明确，同时就此次设计需要使用到的各种技术原理进行了系统的介绍；在此次设计的第3部分：从硬件的层面就此次设计需要涉及到的不同器件的作用进行了介绍，并交代了器件的选型，和就选型背后的缘由进行了交待；在此次设计的第4部分：从软件的层面，就此次设计索要设计的不同部分和模块的设计进行了介绍和实现，并进行了仿真运行。在此次设计的第5部分：在设计组态界面时，组态王通常被用作监控软件，这次也起着仿真的作用。本节列出了创建的配置图像和操作所需的动画设置。在此次设计的第6部分：详细介绍了该系统的运行调试、上下位机的连接方法以及饮料灌装机的控制系统设计展览。第二章控制系统的设计方案2.1设计方案的比较在饮料灌装行业中，随着PLC的出现和快速发展，近年来广泛应用的继电控制方式已成为以PLC为核心的灌装系统发展的主流。基于PLC的饮料灌装机控制系统最常见的方案是直线式和旋转式两种灌装机。直线式饮料灌装机要求生产场地相对较大，生产线设计相对冗余。这是对生产成本的巨大浪费。灌装机的冗余生产线也导致了生产能力的下降。这种类型的设备如今已经逐渐退出了市场。旋转式灌装机，最大的优势就在于其结构简单和紧凑，不需要占用较大的实际空间，同时还便于控制，能够准确、稳定和高效的使不良品和合格品及时送到提前设定的位置，不需要额外增加人力干预因素，而且具有非常高的精度，基于此，该类型的设备已经逐渐成为了主流。2.2控制方案的确定通过上述的分析，可以明确采用PLC进行控制的灌装设备已经成为了一种成熟的解决方案，而且优势非常明显。由此，在此次设计中也将会参照这种方案。就托盘整体设计而言，需要就起所承担的所有工作流程进行明确，从整体上来讲，其需要涉及六个层面的流产等，从上料开始到最终的产品送出，中间还需要经理产品的检测、不合格品的排查、产品的灌装以及产品的灌装这几个不同的流程。在1号、3号、6号的工位，各自用执行气缸推送空瓶、次瓶、合格品或推出转盘。2、4号工位有气缸垂直运动，它可以将空瓶推到灌装工作的高度，5号工位也有气缸垂直运动，用于将合格的饮料瓶进行打瓶盖的操作。在工位2、4处分别设置电磁阀进行灌装的控制，具体的实现方式，就是流量阀的作用，就具体的灌装时间和方式进行有效的控制。控制过程中所发生的所有信号，以及各种信号的改变等，主要经由关键位置传感器或行程开关传送。少部分信号由在整个系统开始时发送信号的按钮提供。图2.1灌装工作示意图图2.2压盖工作示意图图2.3次品工作示意图图2.4分拣工作示意图图2.5整体设计方案框图2.3控制系统的工作原理S7-200PLC即为整体控制机制的核心要素，其需要和其他所有的信号输入或者输出部件相接，就各种不同的信号进行接收和处理，并依照相应的程序进行指令的发送。具体的实现方式，就是将各种收集到的信号转化为为数字或模拟量，并将其发送到诸如气缸、电机、电磁阀等执行机构。图2.6控制系统工作原理图第三章控制系统的硬件设计3.1可编程逻辑控制器的选型3.1.1PLC的定义与特点PLC是一种使用范围较广的控制装置，是为了迎合现代工业在实际生产过程中所产生的更高的对于自动化的需求而产生一种控制装置。它是集电子技术、通信技术和计算机应用于一体的高新技术产品，具有可靠性高、抗干扰能力强等优点，广泛应用于自动化系统、过程控制系统及生产管理系统之中。随着我国社会主义市场经济发展,PLC已进入千家万户。各种PLC的组成结构基本相同，主要有CPU,电源，储存器和I/O口等组成。CPU是整个控制机制的核心，其通过各种线路和接口实现和不同器件以及外部设备之间的连接，并在相关程序的控制之下就各种信号进行收集和处理，同时发出各种指令，是一个主导作用的控制单元。从本质上来讲，PLC的功能只有三种，一是就各种不同类型传感器输入的信号进行接收和处理；二是按钮功能，即依据程序的设定承担启动和停止等开关功能；三是行程控制，即为就运动部件的实际行为进行控制，以确保运行部件能够按照设计的方式进行运动。PLC内部的电力来源，为起内部的稳压装置，其所输出的电压会非常的稳定，同时结构也会非常的紧凑，不容易受到其他电路信号的影响。一些型号还提供24VDC电压稳定器，为外部传感器提供动力。如此，即可以有效的规避出现各种因为电压不稳定而导致出现的各种问题，更有利于系统运行的整体稳定性。图3.1PLC的主要组成部分(1)稳定性强，且具有很强的抗干扰性任何一个电子系统内部都有非常复杂电路，很容易产生各种干扰进而影响整体系统的运行，而PLC由于其在构成硬件方面的高要求行，以及对于不同元件的结构的要求性，促使其拥有了较强的抗干扰性。同时由于其可以内置干扰信号检测软件的方式就各种干扰进行规避，也促使其具有了更高的稳定性，可以适应各种复杂的应用情形。(2)PLC跟过去的继电器相比的优点和继电器经常需要依据实际的控制需求进行更改所不同的是，PLC的程序可以使用不同类型的语言进行编辑，不同的使用者可以依据其实际情况，选择简单和易学的语言，比如梯形图语言，就是很多一线的操作人员所喜欢采用的编辑方式。不仅如此，如今的大部分PLC产品都采用了模块化的设计方式，如此也就决定了用户可以依据自己的需求进行选择，同时也就其需要的性能模块进行选择，如此就决定其能够适用于很多不同的场景，在具体使用的过程中也仅仅只需要将开关和该器件的输入或者输出端口相连接即可，而不需要太过于复杂的信号接入过程。(3)PLC的体积小，轻便，适合多个工业现场。大部分机电控制设备的内部结构都比较紧凑，而PLC产品的结构简单和体积小的特点，也让其很容易可以帮助不同的设备实现一体化控制，而不需要单独的增设空间，安装和调试过程非常的简单。3.1.2PLC的选型经估算，此次设计所设计的输入和输出量的点数分别为27个和28个。首先，在此次设计中所选择的CPU224XP上有输入和输出量的点数分别为14个和10个，以及两个模拟量的输入和一个模拟量的输出端口。模拟量输入口的存在，给气压传感器的接入提供了端口。其次，在此次设计中选了EM223作为第一个外部扩展模块，其分别拥有16个输入和输出的点数。第三，在此次设计中选了EM223作为第一个外部扩展模块，其分别拥有4个输入和输出的点数。两个模块的工作电压也都是DC24V。主机CPU224XP的I/O点数，加上拓展模块I和II的点，产生了34个数字量输入点和30个数字量输出点，完全满足了设计方案所需的27个数字量输出点和28个数字量输出点。图3.2主机选型和拓展模块选型图3.1.3I/O资源的分配和定义表3.3为此次所选择的PLC所有I/O的分配情况，其中还包含一个专门用于和气压传感器相连的输入端口。其他所有的输入端口中，限位开关的比例较大，原因是因为系统在整体运行的过程中，需要涉及到大量的限位开关动作，比如针对空瓶的处置，针对气缸的控制，以及针对工作转盘的推送等等，都需要通过开关进行控制，同时还需要对其位置进行控制。总体而言，就输入端就是由6个专门用于控制气缸动作的限位开关，一个急停按钮，一个手动按钮、一个暂停按钮，以及一个自动开光的输入端所构成，这些开光可以接收相关的信号传入到处理器当中。外加一个压力传感器的模拟量信号输入端口。输出端口方面，主要是和气缸、电机相连，总共六个气缸都要分别和一个输出端口相连，同时通过7个指示灯就起具体的控制结果进行标示；灌装过程已有一个指示灯，其也需要和输出端相连；不仅如此，输出端还需要直接和6个不同的报警指示LED灯相连，如此才能够保证系统在出现故障的时候及时的发出警报。最后，还有两个输出端口需要直接和灌装启动开关相连，以及和电磁阀的充气端口相连。3.1.4PLC的外部接线图图3.4PLC外部接线图3.2电动机的选型整个系统包含4部电机，分别负责不同的工作，其中一台需要独立驱动工作转盘；一台需要用于驱动材料的输送带；一台用于驱动不合格产品的输送带；还有一台需要用于驱动合格产品的输送带。就转盘驱动电机而言，在实际的控制过程中，必须按照相应的要求进行转动，否则就很由可能导致出现各种失误。因此，在进行工艺调整时需要根据实际情况来确定相关的电机型号。针对此次设计而言，经过全面的分析，决定引入Y132M-4作为用于驱动转盘运行的电机。一开始，控制电机的转速应接近转盘电机的转速，否则空瓶的输送速度过快，会导致系统出毛病。其次，它必须是低速大扭矩电机，因为在高速时由于摩擦产生大量热量容易损坏电机。再次，它需要有较好的散热性能。如果没有良好的散热性能就无法保证其正常工作。基于此，我认为电机的额定的转速必须控制在1440r/min，因此，就此次设计而言，必须就可以选择型号为Y90S-4的电机作为专门驱动空瓶输送带的电机。在本主题中提到的所有电机都是星型接法。其特点是：①结构简单、工作可靠；②安装方便，维修容易；③造价低、重量轻，便于推广使用；④可实现三相供电，节省电能，提高经济效益；⑤适用范围广。因此可以直接和工作电压为380V交流点的接触器相连，并由其负责具体的通断。图3.5电机的接线图3.3气动元件选型3.3.1气缸的选型此次设计当中，我所选用的6个气缸，都具有双重的作用，意思就是气缸有两个气压输出口，彼此都可以可以自由地双向运动。气缸1、3、6水平放置，剩下的2、4、5这三个气缸，则需要采用竖直的方式进行放置。气缸的推力可以利用该公式进行核算：F1=0.25πD2P气缸的拉力可以利用该公式进行核算：F2=0.25π（D2-d2）P上述两个公式并不适用于所有的情形，而仅仅只是在气缸水平放置同时速度在50-500mm/s的时候才使用。如果速度过大，或者竖直放置，那么其实际所产生的推力就仅仅只有水平放置时候的一半。表3.6缸径数据对照表常见的灌装饮料，在包装和重量方面存在一定的类似性，一半都只有200毫升，重量也基本上差不多，基本上也都维持在200克左右，当然也会由较大的包装，比如2.5升、3.5升等。为满足灌装要求，可将水平气缸放置在1、3或6号工位，气缸直径为10mm，气压为0.4MPa。通过计算可以得到2、4、5这是这三个气缸处于水平状态的时候，最终能够产生的推力大小大概为5.5KG，此时这三款气缸的内部气压都为0.7Mpa，直径的数值则10mm，如此就也即意味着该类型的气缸是符合此次设计需求的。3.3.2气爪的选型在此次设计中需要用到两个具有自动控制和操作性能的气爪，一个专门负责对空瓶进行抓取；另一个则需要具备辅助性的作用，帮助瓶子进行充气。考虑到大部分的瓶装饮料的实际重量，由此就气爪而言，起也必须具备承受这些不同负载的能力。依据实际的需求，我选择的类型为MHZ2-10D。3.3.3电磁换向阀选型及气路图图3.6气路设计图3.4传感器的选型3.4.1光电传感器在此次设计当中，总共需要用到两个具有不同作用的光电传感器，一个需要专门负责对空瓶进行检测；一个需要专门负责对转盘的位置进行控制。当系统处于运行状态的时候，传感器就会依据输送带所发射出来的信号，及时的作出反应，然后讲空瓶传送的工作盘上。该信号也是由一个具有反射功能的传感器所发出，在此次设计中所选择的型号为PM2-LF10。反射式传感器的作用即为就转盘的运行方式进行检测，因此其需要安装在传输带的两端，分别为传输带的头部和尾部。当工作台与送料传送带一致时，该信号被检测出来，如此即可以在检测到转换的信号之后，就转盘的运行方向进行改变。3.4.2气压传感器气压传感器毫无疑问，就是用于对气缸的气压进行检测，并将检测气压值转化为具体的信号，如此即可以实现对于瓶子质量的控制，排除掉没有达到实际标准的瓶子，留下符合标准和质量的瓶子。此次设计当中，选择了JY-P300G这一型号。3.5电磁流量阀的选型流量阀的作用，即为在灌装的过程中，需要合理的就灌装的量进行控制，不仅如此，在会充气的环节也要使用到一个类型的流量阀，因此此次设计当中，选择了二口二位的控制阀。就此次所选择的2V02508BI这款流电磁阀产品而言，其标号中的2V即为两个端口的意思，025即代表该器件的直径为2.5毫米。不仅如此，电磁阀需要使用的电压也是24V。在具体的使用过程中，需要将其使用在工位2处，作用就是对充气的实际过程进行控制，其线圈可与PLC连接，DIN表示其插座式式，工位四与其电磁阀相同，从每分钟可用流量值来看，如此也就是说其是符合此次设计需求的。第四章控制系统的软件设计4.1编程软件的概述在此次课题当中，笔者采用了S7-200PLC，由于其是由西门子这家企业所制造的，因此在编程语言的选择方面，笔者决定也使用其推出的STEP7这款软件。其具体的变成方式由三种，一是为所有一线技术人员普遍喜欢的梯形图方式；二是语句表方式，这种编程的方式也比较受欢迎；三是顺序功能图的方式，其最大特点就是逻辑清晰，过程简单。该类型的PLC不仅具有编程的功能，同事还具有如监控、诊断等其他的一些功能。不仅如此，该类型的PLC也可以直接和计算机相连接，实现的方式也很简单，只需要利用一根RS-232C电缆线进行连接就可以了。4.2控制系统的流程说明就整体的灌装控制过程而言，需要涉及到6个不同的控制部分，且具体的控制都可以采用手动或者自动的方式。首先就自动层面的控制机制而言，具体的过程从点击启动按钮开始，如此系统就会发出具体的信号驱动转盘的转动，如此也就意味着生产物料的传输正式开始，然后在气缸在接收到了转动的信号之后，就会讲空瓶逐渐的推送到第二个工作站，而工位1则需要重新回到起始位置，再次开始空瓶的输送，在工位2会将空瓶提起来，进行气密性试验，如果不合格，将废料传送到工位3推出，由废料输送带送走，如果合格，则不动，到工位4将空瓶进行灌装。在灌装过程中，抬升工位4，气爪夹空瓶进行灌装，并配有闪烁的装载指示灯。灌装完成后，将瓶子送至5号工作站进行打瓶盖操作，然后再进行封盖的步骤，之后装罐完毕的产品就会被送到6好工位，此工位上的传送带会在受到气缸的推动之后开始启动，直到把成品送到制定位置。至此，一个完整的系统运行过程就结束了。当然，在实际的运行当中，系统会依据实际的情形执行停止和急停的指令。手动模式的控制，并不需要出现在这个运行流程当中，而仅仅只需要在系统出现了运行故障的时候出现。在实际的设计当中，笔者总共设置4个手动控制的动作，即为系统出现故障、流水性需要清理、转盘转动故障以及对未有及时送出的次品或者成品进行处理。4.3控制流程图图4.3.1饮料灌装机运行动作流程图4.4控制系统PLC程序的开发4.4.1自启动的起保停回路自动控制相关的系统当中，都会设置起保停回路这样的一种运行机制，其功能是使系统在自动运行模式下连续运动。图4.1自动控制程序I0.2为系统处于自动控制装置下的开始或者启动按钮；I0.1则是一种可以采用手动进行控制，同时也可以自动实现控制的按钮；I0.3则系统用来实现停止运行的指令按钮。

即当系统当下所处的状态为自动运行的时候，I0.1所处的状态就是接通，具体的实现方式可以是手动按下开始按钮，也可以通过系统自动来帮助完成。I0.2处于接通状态的时候，会促使驱动线圈M4.0处于通电的状态，同时驱动程序也会自行的运行，促使按钮处于常开的状态。I0.3停止按钮通过切断自锁回路工作，程序会继续执行完剩下的所有流程，之后再回到起始位置并停止。4.4.2系统产生故障时的急停程序高稳定在长时间的高强度运行后也会出现故障，或者出现一些不正确的人为操作也会导致故障，因此必须要有紧急停止程序。图4.2紧急停止程序急停回路的设计必须足够的简单，只需要通过手动的方式按下相关的按钮，就可以直接促使I0.4常开触点处于接通的状态，此次M4.0就会自动的驱动，并和复位线圈一起，让整个系统立刻处于停止状态。4.4.3气缸的工作程序气缸是此次设计当中涉及数量最多的一个器件，其程序和方法基本相同，现在的伸出程序就是一个例子。详细的动作程序见下图：图4.3气缸的动作程序（以气缸一为例）4.4.4灌装程序灌装程序是灌装机中最基本的程序，其中PLC内的延时线圈控制着流量阀的通断。在稳定的流量状态下，延时时间的时间长短决定了灌装饮料的容量。图4.4罐装程序当气爪夹住合格的空瓶时，灌装流量阀开始充液，充液时间决定着饮料的体积。在程序中，I2.6作用是限位开关，每一次气爪被夹紧时，I2.6的触点常闭，M6.3线圈持续通电，M6.3线圈常开触点关闭，进入灌装流程。T39定时线圈通电，而流量阀Q2.7通电并开始充装，同时灌装指示灯Q3.0发出闪光提示。当T39的延时时间到来时，T39的常开触点闭合，灌装继电器复位并失电，灌装停止，升起工位气缸下降。灌装完成的瓶子将被送到工作站的下一阶段。4.4.5六个工位各分支动作判定程序当系统处于运行状态的时候，需要就不同的流程或者说不同的工位进行判断。比如，I3.3处于闭合的状态的时候，M4.2就会自动的进入到闭合的状态并保持，如此传送带才能够顺利的进行空瓶的运算。就次瓶的转运而言，在工作周期中并非每个工位都可用，因此需要确定其中一个常开触点代表工位的当前空位，而另一个则表示空位。就工位2的运行而言，如果M8.3处于闭合的状态，则意味着存在质量合格的瓶子，如此系统就会针对这种状态做出判断，然后M6.1就会自动的启动并自动的进入到灌装的状态。图4.5六个工位各分支动作判定程序4.4.6空瓶气密性检测程序气密性检测程序是本项目的核心程序，其功能是将气压传感器提供的模拟量信号转换成我们可以看到的气密性检测读数。图4.6气压检测输出程序AIW0被连接到一个气压传感器，该传感器将检测到的压力信号转换为电流信号。然后通过DI_R将信号转换成实型，然后通过SUB_R减法器，将4-20MA的电流信号和PLC的6400-32000数字量信号进行匹配，最后通过DIV_R除法器将数字体积信号与压力相关的MPA进行匹配，输出的是MPa的大气压值，我们可以看出瓶子好坏之间的区别。气密性检测时的气压数值，当压力大于0.5时，气压值合格的空瓶进入灌装流程;当压力小于0.5时，气压不合格的空瓶丢弃。因此需要对气压进行计算和分析，才能得出正确的结果，确保产品质量达到标准要求。具体评审办法见附录网络12。4.4.7各工位的传递判断程序本项目设计为旋转式饮料灌装机，必然涉及转盘工位的传递和转换。前一个工位中的瓶子情况提供了是否需要工位的动作指示。图4.7每个工位判断的程序次瓶的判断和转运很难做到绝对的准确，可能必须对工位的实际运行状况进行分析然后做出合理的选择。此即为工位的判断和分析方式。比如工位4的运行，如果M4.1处于关闭状态，那转盘就会持续的处于运行状态，此次如果让I3.3通电并且进入到闭合的状态，就意味着工位4可以正常运行，此次让M8.3通电并处于闭合状态，当工位可用时，M8.4持续得电。第五章监控软件的设计5.1组态软件的说明组态王是一种应用较为广泛的开发软件，主要应用于自动化控制领域的监控实现，其不仅具有成熟的标准系统，同时还提供了相应的硬件操控平台。这是一种适用范围比较广的系统，能够依据使用者的需求制定不同的监控规则，具有很好的扩展性。在此次设计中，笔者将会选择使用软件组态王6.53。5.2数据库的建立下图的数据词典是本次毕业设计饮料灌装机的。图5.1数据词典的参数表1图5.2数据词典的参数表2图5.3数据词典的参数表35.3设计的系统封面组态组态首页的设计，必须充分考虑系统运行过程中的各项因素和不同因素之间的关系，如此才能够让整体的系统看起来更加的具有逻辑和秩序感，才能够让操作员在进入系统之后，能够快速的掌握具体的操作方式。图5.4设计的封面界面5.4设计系统主界面的组态图5.5组态设计灌装的主界面5.4.1设计灌装环节的组态灌装部分的运行无疑是整个设计中最为重要的部分。整个部分位于工位4，通过显示装置进行展示，可以发现其为一个处于竖立状态的气缸，作为从工作位3通过的达到了生产标准的瓶子会给顶起，然后气爪会对其进行抓取，然后放置到制定的位置，同时饮料的灌装口也会自动的和瓶子的口进行对接，正式开始灌装。灌装阀的动画效果是根据动态的液体流动状态进行表现对的，通过组态的表现，即可以对其具体的灌装或者停止状态进行判断。气爪的运行动态图可以用组合图形的方式进行表现，具体的表现方式可以表现为作为夹具的三角形的水平运动，当其开始抓紧动作的时候，即可以通过图形的合并进行表现。就指示灯的展现形式而言，只需要在具体设置的时候，添加闪烁这一指令即可。5.4.2设计推送气缸及传送带组态组态主界面的设置，必须能够很好就气缸和传输带的运行方式进行表现。具体表述如下。系统启动之后，传输带1也需要同时启动，然后开始空瓶的转运工作；气缸1则需要直接作用于空瓶子，将其推出传送带，让空瓶子进入到转盘之上。传送带2则需要快速的将没有达到质量标准的瓶子传送出去，这个流程的工作还需要在气缸2的推送下才能够完成，也机会是说工位2在检查到了存在质量问题的瓶子之后，气缸2就必须立刻将其推送到传送带2之上。传送带3需要转盘转运过来的瓶子进行转运，这些瓶子都是被检查并确认符合标准的瓶子，最终需要送到灌装线上。这个环节的工作还需要得到气缸3的帮助，如此符合生产标准的瓶子才会进入到转运盘然后再进入到传送带。所有的推送气缸和传送带的动画设置基本相同。传送带动画，可以通过颜色的变化来进行表现，如此即可以给人以动态的感觉，并依次作为依据判断传送带的具体运行状态。水平推缸动画，可以通过其具体的位置变化，和大小的变化来进行表现，同时能够给人以持续运动动态感觉，只有当气缸运行时，才能看到水平伸出的气缸活塞的视觉效果。改变瓶子位置的动画设置比上面提到的稍微复杂一点，需要隐含的和水平的移动。通过使用隐含和水平移动可以将瓶内液体的高度调整到一个合适的范围。当系统处于持续的运行状态的时候，并不会持续的就瓶子进行显示，如此就必须通过一个具体的隐含标签就瓶子的状态进行表现，如果使用者不需要使用到这样那个的一个状态，仅仅只需要移动的时候在屏幕上，当然需要使用到的时候，就只需要对其进行重新设置，让其再次显现出来即可。5.4.3设计系统操作盘的组态整个操作盘上由9个不同的按钮，以及一个显示界面，具体的操作可以通过手动的方式来完成，也可以让系统自动运行。9个不同的按钮可以同时接收手动控制和自动控制，启动和停止按钮用于自动运行，以及系统为安全起见必须有的急停按钮按钮。剩下的4个点动按钮，则全部是由人工来具体执行的，以及三个传送带，用于在系统发生故障时清理瓶子。通过简单的命令语言设置按钮工作时的状态，当它被按下时，信号输出为1，当它再次被按上来时，信号输出为0。5.5设计报警界面的组态在报警界面中有六个报警指示灯进行有序的工作，具体由2到6个工作的报警指示灯加上1个运输带的报警指示灯来组成工作。一旦专门负责物料输送的传送带出现了问题，位于1号带上的警示灯就会自动点亮，此次操作人员需要及时的按下急停按钮，让系统理解进入到停止运行的状态，以避免出现浪费。工位2的运行一旦出现问题，即不能够再对瓶子的气密性是否达到标准进行检测。这可能是由于垂直气缸没有被抬高，这可能导致一个错误的灌装动作，并阻碍系统。也有可能是夹紧气爪出现故障，导致充气不足或气压检测结果不合理，导致系统不能正常工作或卡住，也有可能是充气阀出现故障或气压传感器损坏，导致无法进行气密性检测，干扰了原有的气密测试过程，严重影响了生产效率和系统的稳定性。当工位3出现故障时，不合格产品的气缸推不动，此次与之相对应的报警指示灯就会点亮，操作员此次必须立刻停止系统的运行，具体的操作方式就是按下急停按钮，只有如此才能够确保次品被及时的送出，同事避免饮料的溢出给设备带来影响。工位4的运行一旦遇到问题，可能是两个层面的原因，操作员需要进行排查，原因一可能是电磁阀无法正常的运行；原因二气缸无法正常的抬起。如果不及时的排查并解决问题，就很有可能会生产出很多不合格的产品。尤其是气爪出现了故障的情况下，可能是工件的机械结构在灌装过程中被溢出的饮料损坏，比如气爪无法正常的松开，如此就必然会影响到转盘的运转。由此只有关闭电源，让系统停止下来，待检修完毕之后再开始生产。工位5的运行一旦遇到问题，与之相对应的报警指示灯也会亮起。此时操作员需要直接检查打盖气缸的运行是否良好，否则就很可能会生产出很多密封性不好的产品。因此，一旦出现这种问题，就必须立刻开始检修。工位6的运行一旦出现问题，必须检查自身工位相关的气缸是否正常，如果的确是类似的问题，则需要立即进行检修，否则就很由可能会影响转盘的运行，导致很多合格的产品无法及时的运出。同时还由可能会导致设备出现各种无法挽回的故障。图5.6报警指示灯界面5.6设计灌装日志表的组态灌装日志表的引入，主要是为了就设备每天的生产状况进行记录，如此即可以形成一个系统的数据，该数据可以和其他的数据比如坏品率进行对比，为之后的生产优化提供参考。图5.7合格记录表界面5.7设计报警日志表的组态报警日志表的引入，目的是为了更好的就设备在具体运行过程中出现的各种问题进行总结，方便后续维护工作的进行效率，有利于之后的故障排查和维修，提升生产的效率。图5.8报警故障记录表界面5.8设计产量历史曲线的组态图5.9过去产量实时曲线界面产量历史曲线反映灌装机的实际生产能力，记录每天灌装合格的产品，并生成实时曲线。产量以曲线的形式出现，可以清晰直观地看到产量。5.9设计破瓶数量历史曲线的组态通过破瓶数量的各种数据，可以就实际生产当中出现的破瓶数量进行统计，为之后的运输和报废提供参考。同时，破瓶数据也能够为瓶子的供应商所利用，并约束其行为。图5.10过去破瓶数量曲线界面5.10设计计划与实际产量对比曲线的组态实际产量所形成的曲线，将会和计划产量之间形成对比，如此即可以为之后的生产提供具体的改进技术，尤其是针对不合格品方面的问题，也能够提出切实有效的应对机制。不仅如此，这汇总对比也能够为后续灌装流程以及工艺优化提供一定的数据支撑，为工厂生产的合理化提供了依据。图5.11实际产量和计划差异曲线界面第六章系统的运行调试6.1进行通信联机调试的过程中，计算机的PC/MPI适配器，需要和RS-232C相连接，具体连接方式为通信电缆，同时需要和S7-200上面PLC相互链接。在计算机和PLC实现了端口的连接之后，即可以在计算机上启动PLC的常用编程系统STEP7，看看PLC连接到哪个USB接口。通常情况下，计算机和PLC的连接也可以在USB2接口帮助下实现。如图6.1所示：图6.1PLC与计算机联机端口查询启动组态王，就可以在其中找到com设置选项，同时在西门子S7-200的下拉发现PLC项目，然后利用其USB接口，将地址设置成com2，如此即可以让PLC和组态王相连接，实现信息和数据的互通。图6.2组态王与PLC通讯连接设置1图6.3组态王与PLC通讯连接设置26.2运行成品呈现6.2.1设置好的登录界面图6.4封面系统界面和登陆界面属于同一个页面，组态在进入到运行状态之后，首先显示此接口。点击“系统进入”，即可以进入到具体的工作界面。6.2.2主工作界面的具体功能主工作界面并不能够全面的就所有设备的工作状态和流程进行展示，因此只能够展现出一组或者说一条流水线的完整运行过程。就气密性的检查而言，不管是否得出了具体的结果，都必须存在相应的反馈信息。如果通过检查判定为没有达到质量和标准的瓶子，工位3上的气缸就会自动的启动并将相关的瓶子推出，然后由传送带转运到报废品存放区域。如果检查的结果为合格，那么工位4上气缸就会自动启动，然后将瓶子推送到下一个运行环节。就具体的灌装而言，首先位于流水