【《基于PLC的饮料生产封装流水线控制系统设计》12000字（论文）】

基于PLC的饮料生产封装流水线控制系统设计摘要社会在进步，科学在发展，自动化控制的技术已经深入我们的生活并且跟我们日常息息相关，常见的例电梯、自动声控灯、自动门以及全自动洗衣机等等，这些都在日渐改变方面我们的生活，并逐渐改变我们的生活。随着对现代自动化知识体系越来越深的研究人们也越来越多的开始投入到其当中。而在这些技术领域中，最大的受益领域必然是自动形式工业化。作为上个世纪在制造领域并且是他是一些举足轻重的重要技术中的一项，工业生产中它能够使得工业大规模提高安全、建立稳定、保持优质同时性能也会提高到另一个等级。从数据显示结果看，公司的收益与控制的自动化联系越来越紧密并且收益比例也在正向比例增长。现如今社会如此繁荣经济效益如此之高必然离不开公司的成长或者说其效益的提升，并且使得人们开始有了进一步的消费水平从而展现出经济社会的进步，社会经济当然以人民为主，而人民则以吃为主，那么吃又离不开我们日常喝的水及饮料。不过就目前饮料市场的环境仍然存在诸多问题，例如人工工作时间较长导致无法正常作业，例如工厂科技水平不足自动化技术较低生产力低下生产效率也不足，并且自身的控制系统就存在诸多不稳定因素。本篇论文则是通过这些问题的探讨做出对饮料生产的研究。既然研究生产，就要了解相关的产业现状，而现状又同时存在与我国和除我国之外的其他国家所以都需要研究，随后结合本科学习的跟生产流水线最契合的技术PLC，来进一步研究阐述本篇设计的方向趋势。之后在研究饮料的生产工艺以及整个生产过程中流水线的安排，从早期的准备工作到研究的深入进行的相关原理的设计到最后的效果预想和演示。将之前所说的所有过程结合研究，最终研究出一套生产完整，效率高，易查错且便于操作的流水线生产系统即饮料流水线封装系统。系统完成后我们还应响应现代化智能的号召，所有的程序都应做到仿照实现、并且饮料生产线的流水作业以及上下机位对应的控制原理都应一一对应并实现，现在工程控制中流行的软件非常多，而我此次选择了较为流行的博途软件进行仿真，以实现流程生产以及监控。以便于这些功能尽可能的在实际操作中得以体现，生产流程得以简单直观的表达出来，最后能做到如预期般实现仿真结果。除此之外，一些突发情况以及事故的出现也能尽早被组态监控到并做出对应的警告报警，这使得在工作实际中人们便于及时找出错误并修改，从而让系统的稳定提升达到更高稳定性并且间接使流水线的效率生产大幅提升。关键词：封装流水线；PLC控制；博图软件目录TOC\o"1-3"\h\u8710第一章绪论 -6第一章绪论1.1论文研究背景和意义近年来饮料市场发展迅速新型无糖饮料健康饮料广受好评，各式各样的饮料口味种类应接不暇，让我们的生活有了更多味道，而这些正是因为饮料产业的发展以及大家都想从中获取利益的结果。竞争依旧非常激烈，但与此同时产量的供应还不能输。市场的需求并不仅仅是产能的快速高效，而是对饮品成本更多的优化和提升，现如今的社会处处都是看不见的晓燕，而在这场硝烟中将自己竞争力通过技术等多方面的提升，从而挫败更多的对手脱颖而出。与此同时，溶液类的产品在饮类产品具有比较重要的地位。打个比方，饮料中的的带甜味的果汁，带气体的汽水，甚至我们日常喝的矿泉水纯净水;不光是饮品还有吃饭时用的一些调味品比如酱油、醋、生抽等等;再比如说药材药用方面什么喷剂、点滴药水、或者最近生产很火的疫苗；还有在生产加工化工原料的地方存放着各种加工产产品，甚至女生们常用的化妆品等。当前我过“十一五”这个计划之中，在这期间国民经济不仅发展迅速还相当稳健，并且因为经济的发展也同样带动了饮品这类产品的销售量。大量的饮品尤其是新兴的饮品销量也在一步步扩大。这些产量和销量的上升也使得商家和厂家的老板们高度重视起了生产设备的自动化程度以及效率化提高产出比，这也使得该行业有了进一步发展。当前产品生产丰富种类也是越发多样，不少公司已经不只是单单生产一种饮料产品了[[]蔡振宇.可编程控制器在饮料灌装流水线装箱包装设备改造中的应用[J].机电信息,2020(12):53-55.]。由于市场的流动性巨大，饮料种类的更新更换速度也是频繁变换，并且随着做此类项目的公司愈发增多导致利润也在不断紧缩，这就使得生产方面的流水线工程有了更为严峻的要求。将生产控制能力改善，控制方向拓宽发展，最后还要相较于以前有所简化工艺流程这一系列的任务十分紧要也十分关键。在这样的状况下有两种局势出现，首先用进废退原则，过去的单一化低效率的控制形式会逐渐消失于市场，其次面对提出的种种要求和困难，要理解其中的轻重缓急在先进性、功效、以及耐久性上有所权衡形成一种全新的现代化控制系统从而主导新的市场。不过就目前的我国在此方面的局势来看，此项美好的设想还没有没有效的普及，其中原因较多，但主要有生产费用昂贵，后期维护成本高以及没有较好的稳定处理系统。[]蔡振宇.可编程控制器在饮料灌装流水线装箱包装设备改造中的应用[J].机电信息,2020(12):53-55.在清楚过现在诸多情况下，这让我们清楚该系统真正需要控制性能较强的技术，因此这就与我们本科学习的PLC可编程控制技术极为密切了。当前市场上各方面需求都在扩大而新型饮料也同样有着巨大的市场需求，这使得在饮料生产封装这一路的流水线要有精细的流程、能够精准定位和检测并且有一定的灵活性，也因此我们已经不满足于继电器控制的一类比较老旧的系统。而是运用近些年来发展飞速的自动化技术，流水线的运行生产已经渐渐开始加入先进的智能化设备，这使得生产的效率提升同时控制也具有了较高水平，在这其中工业控制最首选的当然是PLC技术，可以说它是应用最多的控制元件，它有着很强的抗干扰性，较高可靠性；并且因为结构简单，通用强；还具有简单易上手的编程语言，易于使用；功能较多，性能强大，成本不高；设计、施工、调试的周期短维护方便等优点使得人们都十分愿意采用此项生产工艺并应用其中[[]谭凯杰,孙炳孝,杨洋.基于PLC的饮料罐装生产流水线设计[J].科技经济导刊,2020,28(04):59-60.[]谭凯杰,孙炳孝,杨洋.基于PLC的饮料罐装生产流水线设计[J].科技经济导刊,2020,28(04):59-60.饮料灌装机用于灌装各种各样的瓶装饮料,适合大中型饮料生产厂家早期的灌装机械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:罐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,计量精度由可编程序控制器(PLC)控制确定,通过人机界面———触摸屏监测运行状态,可在线修改运行参数。PLC控制具有编程简单、工作可靠、使用方便等特点,在工业自动化控制领域应用广泛。触摸屏是显示器和触摸开关一体型的可编程终端(PT),是新一代先进的人机界面产品。专为PLC应用而设计的触摸屏集主机、输入和输出设备于一体,适合在恶劣的工业环境中使用[[]杨旭东,王天杰,刘海生.PLC在饮料灌装机控制系统中的应用[J].机床与液压,2008:56-59.]。上世纪末，大规模、超大规模集成电路技术飞快发展，多通道处理对于此项技术不再是难事并且效率提高运算迅速。现如今，网络世界发展通讯也遍布各地，PLC技术也已经不是当初简单单一技术，他已经成为了具有越来越高控制能力的并且形式外形越来越简易化的技术，虽然技术得到了加强但是他的成本却是越来越低，而可靠性越来越强[]杨旭东,王天杰,刘海生.PLC在饮料灌装机控制系统中的应用[J].机床与液压,2008:56-59.现在环境下我国以及全国有将近数百家PLC生产公司以及对应推出的主流品牌，除了我们本科学习了解到的日本的三菱品牌和西门子品牌，还有很多非常优秀的PLC生产公司，他们也同样有着先进的PLC生产技术。并且生产的产品在不同方面也有着十分明显的优势和特点，作用也是十分突出明显的。而这其中生产饮料也是应用到了此项技术，根据诸多公司的数据其中也包括著名的可口可乐公司显示，PLC在生产流水线中的主导地位越来越强，并且经过此技术生产的流水线效率高产量大，使得销量也从之前的平淡变道现在的火爆。在这样的大趋势下，设计的饮料生产流水线就更应该与PLC技术相结合从而满足生产中的各种需求。而这样的多样性多功能流水线生产的饮品，也就能够适应市场的变化同时便于操作和监控监测使得其具有更高的耐久度。1.2相关现状的研究探讨1.2.1国外研究现状精确于完全相关本次研究目的的外国文献相对较少，因此针对研究中的一些关键词进行了检索研究，得到了以下的一些经验。首先有CRC出版社在2020出版的《装配线设计：方法和应用》其中详细讲述了装配线的基本概念，以及关于设计的数据收集和经验分析等等，并且介绍了一些相关的处理系统以及相关的流程和操作设计。其次在2020年中国科学院计算机与控制学院、中国沈阳计算机技术研究所、慕尼黑技术大学自动化与信息系统研究所的王帅、郭瑞峰、王洪亮以及沃格尔海瑟·比尔吉特等人研究的基于组合多目标的机器人安全三维装配线设计。在先进的工业自动化中，工业机器得到了广泛应用，以减少劳动的依赖。而许多相关设计和布局也容易出现不同的问题，为解决问题他们提出一个三维优化方案，为机器人装配线的安全布局设计，应用了微分进化和非主测序遗传的组合方法有效增强了解决该模型的优化方法。研究验证了安全布局模型的有效性以优化经济和安全。1.2.2国内研究现状再说到国内相关的设计以及精确度准确的文献就相对较多。2020安徽淮北职业技术学院机电工程系的李济洲，陈静在基于PLC的自动三轮车车邦自动焊接设备及生产线研究。为了改善产品质量，对电动三轮车生产线进行改造。技术改造方案采用PLC控制的4自由度自动控制焊接专用设备，完成电动三轮车车邦多点自动控制焊接流水线生产，实现了自动送料、自动焊接、自动翻转、自动焊接背面、自动送入物料车的流水线自动工作流程，从而提高了生产效率和产品质量[[]李济洲,陈静.基于PLC的电动三轮车车邦自动焊接设备及生产线研究[J].科技创新与生产力,2020(07):52-55.[]李济洲,陈静.基于PLC的电动三轮车车邦自动焊接设备及生产线研究[J].科技创新与生产力,2020(07):52-55.2020年4月上海轻叶工程科技有限公司蔡振宇关于可编程控制器在饮料灌装流水线装箱包装设备改造中的应用。他以一啤酒生产厂家为例，介绍了一种以现用设备原有电气控制线路为基础对其灌装流水线装箱包装设备进行改造的方法，该方法对于行业内类似旧设备控制系统改造，在设计方案、设计可靠性等方面有普遍性和代表意义。2020黑龙江佳木斯大学刘东旭，李信，孙殿宇关于冰激凌定量灌装自动化流水线的设计设计一种基于PLC的冰激凌定量灌装控制系统，实现定量灌装的自动化。冰激凌定量灌装系统，包括实现生产流水线的模具控制、定量控制、压力控制、温度控制，实现定量、检测、温控等模式[[]刘东旭,李信,孙殿宇.冰激凌定量灌装自动化流水线的设计[J].集成电路应用,2021,38(01):160-161.[]刘东旭,李信,孙殿宇.冰激凌定量灌装自动化流水线的设计[J].集成电路应用,2021,38(01):160-161.武汉电气信息工程系谢兆鸿,周劲研究了多头液压灌装机的自控系统介绍了一种用德国西门子公司的微型可编程控制器为主体,配以光电和电感式无触点开关构成的多头液压灌装机的控制系统。由于机械、液压和电子等技术的密切配合,不仅使灌装机结构得到简化,而且提高了灌装机的灌装精度、速度以及灌装的可靠性和适应性[[]谢兆鸿,周劲.多头液压灌装机的自控系统[J].武汉工业学院学报,2007(4):43-49.[]谢兆鸿,周劲.多头液压灌装机的自控系统[J].武汉工业学院学报,2007(4):43-49.以下两篇则是对本次研究密切相关的文献江苏淮安信息职业技术学院谭凯杰，孙炳孝，杨洋对基于PLC的饮料罐装生产流水线设计源于发现各种新型的饮料连续大量的出现，传统的人工流水线已经不能满足要求。新的市场要求设备越来越先进化和智能化。他们研究主要对灌装流水线的全自动控制系统进行研究与设计。其核心控制器件为可编程控制器PLC；采用变频器和步进驱动器以保障灌装精度和运行稳定性,并通过传感器对整条流水线进行信号采集，实现灌装流水线全自动控制系统的设计。文献中系统的总体设计方案以及各单元设计方案均有详细解释，对课题的研究也起到了绝对的帮助。下一篇则是唐山学院杨旭东,王天杰,刘海生PLC在饮料灌装机控制系统中的应用讲解了饮料的相关设备以及运用到的材料和技术，同时还对系统的硬件软件的选取做了详细介绍还有对过程管控的分析。其中对硬件系统的设计和I/O控制的设计介绍较为详细，而编程采用西门子公司STEP7-MicroW/IN32软件,在上位机上使用较为直观的梯形图或语句表按控制流程和控制算法进行编程,程序编译成功后,通过连接上位机的PLC的PC/PPI电缆将程序下载至PLC中。1.3设计选材方向以及论文内容安排本次根据论文的研究学习选择S7-1200小型PLC的核心硬件以及西门子旗下的博途软件，来实现生产流水线的流程控制。PLC在实际生产中非常常用，而博图软件也有着运行速度快、运行下载成本低、操作简单便于上手、以及程序运行的高稳定性等特点，操作直接针对被操控的对象，使得编程简单便于书写且便于检查问题。正是因为这些优点我才在这么多软件中选择了它。在设计制作中用到的软件是博途软件。而PLC型号选用的1200系列的PLC它具有着非常高的稳定性，其中含有多个集成功能可连接多个设备且不会降低效率。经过一些研究和实际实验，可以得出通过软硬件的结合操作达到实时监控，不仅提高了工作效率也同样提升了生产质量和生产数量，展现出很好的实际操作效果并收获了丰富的实用价值。系统具有很强灵活性和开放性，延展性高，任务完成迅速快捷，并且界面便于读懂具有良好的交互界面。下面是内容的安排并分类成四大部分：第一部分简述了研究文献中我国以及我国之外的一些相关于PLC和生产流水线的文献，并对其在不同方面例如环境时代背景等方面进行了分析探讨，同时初步确定了本论文设计的大致趋向。第二部分则是经过对第一部分的深入了解后对研究对象进行细致的设计安排和方案设定。并提出一些方案的设想。通过设想可分成前后部分：前部分又可以分为五个环节，分别为流水线的手自动选择环节、原浆处理环节、灌装环节和封装环节、优劣检测环节、报警检查环节；后半部分是根据前者的环节，确定硬件设备的选取或者说PLC的选型以及关于I/O地址的分配等。第三部分主要对每个环节进行精细的流程设计包括从启动到生产到结束到报警检测，同时还需要配上相关的解释方便之后设计仿真时研究和修改。第四部分则是介绍了软件的相关信息，以及一些设计过程和仿真研究，并且还含有生产流程相关的程序设计的解析。第二章方案选取和设计安排2.1系统整体方案论证随着现代化的进步越来越多生产线尤其是类似于本论文这类的流水线设计与PLC技术密不可分，并且其结果也非常的可观。通过这样的结合方式，饮品的分化统一就可以在整个生产过程中更加准确流畅地执行，设计控制每个部分，并且要在控制下进行运作和协调。使得在生产前一些基础的原材料经过一系列处理运作成了我们最终生产的饮品，但是由于真正生产过程复杂多样所以经过大量研究在这里提出了两类可行方案：第一种：重心为前期的生产但为不同的饮品。这套流程需要选择饮品的种类并进行判断，随后根据不同的饮料做出不同的对应处理，还需要根据不同饮品含有原浆种类比例的不同进行多环节检测，随后到封装环节，又因为不同饮品可能含有不同包装而进行不同的封装处理。从而实现流水线的多样性。第二种：重心则为一类饮品但是整体的流程较为严谨专一。此套流程是更加关心单独一类产品的工作细节，相比于前者的多样性，后者专业化强，并且在硬件选取和器械选择上更具有专项性。根据以上的两种方案，再根据大学本科所学PLC基础知识来看，后者方案选用一类饮品操作工序上更加精准。并且考虑到实际生产绝大部分的饮品公司都为主推一类饮品的形式，使得他们的产品能在销量上越来越进步，也正是因为单一类产品的精细化。因此，我选择了后者的方案。2.2具体流程和设计思路首先我设计的流水线封装控制具体有两个控制部分，自动运行部分和手动控制部分。该系统首先有一个PLC来主控、同时还要有加酶器、反应罐、加热冷却器应用于原浆处理还要有灌装器封装器进行封装环节，还有有喷码机推瓶机进行质量检测环节。最后还有报警器等相关元件进行报警环节的报警处理系统的独特点：首先是系统从原浆处理到封装灌装再到质量检测每个环节链接有序，一气呵成并能正常运作。其次系统中但凡出现非正常状态或事故其报警系统和保护措施能立即运行，具有很高的保护性。具体环节控制条件：（1）系统首先能够自动启动运行，并且可以切换为手动。（2）能够自动判断原浆的调和处理以及何时进入下一节。（3）通过设定的定位监测，合理运行封装和灌装环节。（4）对未合格产品几次剔除，对于合格产品进行打标处理。（5）出现问题和突发情况及时报警或停机保护。2.3硬件选型2.3.1PLC的选型PLC（英文ProgrammableLogicController）它是一个基于汇编程序的可编程控制器。它有许多模块例如通信的、功能相关的还具有许多接输入输出的接口，同时储存器、中央处理器还有最重要的电源当然也都是他不可缺少的部分。它的主要功能是数字控制。PLC技术的控制靠继电器，并且核心为微处理器，这就体现出它迅速可靠稳定方便的特点。以微处理器为核心进行数字运算，识别0点和1点进行数据处理和信息传输，实现对PD的可调、准时、运算、计数、逻辑控制。它通过输入/输出的阻化量或数字量管理和控制电磁开关或电动机，对系统中某些电气设备的温度，流量，压力等参数进行控制，实现自动调节。它由CPU模块，输入输出模块和编程模块组成，可完成现场数据的采集，转换，存储，控制和报警等功能。[[]韩延义.PLC技术在化工生产自动化中的应用[J].中国校外教育,2011,(12):100.]。[]韩延义.PLC技术在化工生产自动化中的应用[J].中国校外教育,2011,(12):100.要想做得少还能得的多那首先最为重要的必然是选用合适的PLC[[]李道霖.电气控制与PLC原理及应用[M].工业电子出版社，2006.]。在今年二月的课题选择后，我为了做好准备，详细研究了设计任务书，准确的了解过研究的内容和对象以及其相关的流程，并且根据了解得知设计中有不少的设备需要连接，输入和输出的端口必然少不了，因此选择型号时要提前考虑到这点。防止之后的设计中出现端口不够用而使得进度无法推进的尴尬境地。再者通过了解可以知道此项设计需要不少的开关量控制，因此PLC的选用当然要以继电器输出的为首选[[]史国生.电气控制与可编程控制及技术第二版[M].北京：化学工业出版社教材出版中心，2005]。[]李道霖.电气控制与PLC原理及应用[M].工业电子出版社，2006.[]史国生.电气控制与可编程控制及技术第二版[M].北京：化学工业出版社教材出版中心，2005确定好型号后我首先对该PLC做了充分研究，S7-1200小型程序设计控制器完全满足了中小自动化系统的需要。开发过程中充分考虑了系统、控制器、人机界面和软件的无缝集成和高效协调。SIMATICS7-1200集成了PROFINET接口，可在控制器与人类接口之间进行编程、调试和通信，为PROFINET行业充分利用太网技术升级现有的PROFIBUS系统提供良好的支持。S7-1200组合控制器的拥有设计的灵活和拓展的可持续等特点，使得自动化任务能够准确地满足对控制器的复杂需求。通过插入/输出信号板可以灵活扩展CPU主体。S7-1200的“hirit”是“signal”型号。信号板插在CPU模组前端，可提供两个数字输入输出接口或一个模拟输出。该特点是系统设计周密，构成圆滑。S7-1200通讯亦可透过独立的RS-232或RS-485通讯模块进行无缝扩充[[]王振华.西门子PCS7在啤酒厂CIP车间控制系统的应用[J].上海交通大学2007(1):231-232.[]王振华.西门子PCS7在啤酒厂CIP车间控制系统的应用[J].上海交通大学2007(1):231-232.SIMATICS7-1200CPU具有三个不同的型号。它包括CPU1211C、CPU1212C和CPU1214C。所有的都可以扩大，以便于实现用户的不同需求。您可以通过扩展或I/O添加信号，而不改变控制器的大小。CPU1212C能连接两个信号模块，而CPU1214C能连接8个信号模块。SIMATICS7-1200CPU最大可配置三个通讯模块(连接在控制器左侧)，一个点对另一个点的传送也可以实现。设置方便[[]蒋焕新.GWZ型食用油灌装机的PLC控制[J].包装工程,2006(6):54-59.[]蒋焕新.GWZ型食用油灌装机的PLC控制[J].包装工程,2006(6):54-59.2.3.2其他硬件的选取PLC作为此项设计的核心骨，那必然少不了其他硬件的搭配，而作为眼睛及四肢的部位必然是传感器，在不断发展的现在控制系统也在一步步前进，他能够将各种其他信号例如物理化学等信号转化成我们常用的电子信号。外部硬件的选取必然是我们选取完PLC之后，最为重要的环节之一，而本次设计中也包含了不少各个方面的传感器。由于需要干净并且密封的环境进行反应罐和融合罐的混合，许多传感器并没有办法完全达到要求，那么如果只需要将探头贴在饮料罐外部便能够准确检测出液体的位置变化，并且可靠性能高维护起来方便[[]廖常初.可编程控制应用技术.[M]重庆：重庆大学出版社，2002]。因此选用了外贴非接触式超声波液位开关[[[]廖常初.可编程控制应用技术.[M]重庆：重庆大学出版社，2002[]邱丽萍.在包装自动机中应用气动技术的优势[J].轻工械,2006(3):34-39.定位监测方面，由于需要用到多个且要求一定的准确度，故能够做到物美价廉，而且能满足监测需求，第一时间想到了压电的传感器但随后，了解到了光学监测对生产尤其是对饮料的生产影响更小，因此选择了红外对管。多组电动机提供动力输出。电子计数器在计数封装的时候用到。灌装机封盖机较为常见，最后的推瓶器则是对次品进行剔除。2.4系统的I/O地址分配表2.4.1是本系统配套的PLC输入输出地址分配表，是根据选定的PLC型号、预想的工艺流程以及系统的控制要求等多方面考虑配置的。系统总共需要分配47个I/O口，输入点30个，输出点16个。表2.4.2是其它继电器地址分配表。表2.4.1输入输出分配表输入点作用输出点作用I0.0手自动选择Q0.0系统自动I0.1停止Q0.1系统手动I0.2复位Q0.2系统报警I0.3自动启动Q0.3调配剂阀门开关I0.4I原浆阀门开关Q0.4原浆阀门开关I0.5I调配剂开关Q0.5均质阀开关I0.6反应罐极高液位Q0.6罐装泵开关I0.7反应罐高液位Q0.7空瓶输送带开关I1.0反应罐低液位Q1.0罐装开关阀门I1.1反应罐极低液位Q1.1罐装到封装转移电机开关I1.2I饮品输入开关Q8.0封装机上下（上下控制瓶盖之类的接触，之后才能拧紧）I1.3罐装罐极高液位Q8.1封装拧紧I1.4罐装罐高液位Q8.2检测转移电机启动I1.5罐装罐低液位Q8.3推平机开关I8.0罐装罐极低液位Q8.4打标机开关I8.1I罐装泵开关Q8.5饮品输入开关I8.2I空瓶输送带Q8.6I8.3空瓶计数检测开关Q8.7I8.4I罐装启动Q9.0I8.5I罐装到封装转移电机Q9.1I8.6罐装到封装转移计数Q9.2I8.7I封装启动Q9.3I9.0I检测转移电机Q9.4I9.1光检信号输入好产品Q9.5I9.2光检信号输入坏产品产品Q9.6I9.3待筛选产品定位Q9.7I9.4打标机产品检测I9.5I均质阀开关I9.6I推平机开关I9.7去检测信号表2.4.2其他电器地址分配其他I原浆阀门开关I0.4I调配剂开关I0.5I饮品输入开关I1.2I罐装泵开关I8.1I空瓶输送带I8.2I罐装启动I8.4I罐装到封装转移电机I8.5I封装启动I8.7I检测转移电机I9.0I均质阀开关I9.5I推平机开关I9.6

第三章系统的流程设计3.1思路分析在系统的设计过程中，我通过对顺序的了解掌握，将输入输出编码编写完成，随后开始对流水线的流程进行细分，首先是饮品处理环节即原浆处理环节，其次进行封装生产的环节，最后再有优劣监测。在这些环节中可以切换手动挡进行调试或者自己完成，为了达到这些效果必然先要进行简单的流程设计，再去进行程序的编写，因此流程内容需要设计的较为详尽，特点也需要足够突出[[]崔坚.西门子S7可编程控制器--STEP编程指南[M].北京：机械工业出版社，2007]。[]崔坚.西门子S7可编程控制器--STEP编程指南[M].北京：机械工业出版社，20073.2环节介绍以及流程图设计环节在前面章节已有大致讲解，其中最主要的有原浆处理环节、灌装与封装环节、优劣监测环节、还会对电源的启动以及报警环节进行简单的介绍。在接下来的介绍中会对环节进行详细的介绍，和细节的提出，为之后程序的编写提供比较清楚地编写思路。由于手动模式可在自动模式下自由切换并且操作简单，因此以下内容主要针对自动模式下的流程设计。3.2.1原浆混合环节在程序运行并且工作正常的状态下，先前的原材料已加入反应堆，反应堆总共四个液位；极低、低、高、极高。液位在低液位开始启动原浆和调配剂阀门，高液位停止；均质阀在此期间开启。在极低和极高液位时报警。灌装罐也是四个液位；极低、低、高、极高。液位在低液位开始饮品输入，高液位停止。在极低和极高液位时则会报警需要进行处理。进入灌装环节的泵除了极低液位其他时间都是开启的。等待完成后饮品会被送至下一个环节。具体的系统流程图如图3.1所示。图3.1原浆混合环节系统流程图3.2.2灌装饮品并封装环节的设计经过上一个环节后，成品饮品被输送到灌装封装环节，传送带启动，空瓶开始输入，灌装机前设置有定位监测传感器，当空瓶进入机口开始计数，灌装机设置有容量初始值为8（可手动调节存入空瓶数），当存满后开始灌装；灌装机前也同样有检测传感器，原理相同，灌装完成后，在一个一个传送到封装处，定位监测完成后，运行封装，封装完成后再转运出来。其中传送包括空瓶传输、灌装结束之后传送、封装结束后的传送三个部分。其系统流程图如图3.2所示。 图3.2灌装环节的系统流程图3.2.3达标检测环节的设计在上一个环节完成后，灌装瓶进入检测而当灌装瓶到达质检处时，会经过传感器，而这个传感器是压电开关形式，传感器感受到重量或者其他某些信息时进行判断，若不符合标准，输出一个低电平给推瓶器。若符合标准则输出一个高电平给推瓶器，当推瓶机接收到信号后，进行运作，并将不符合标准的饮品推入次品收集处，并且自行进行计数方便以后统计计算次品率。其系统流程图如图3.3所示。图3.3达标检测环节的系统流程图3.2.4启动及自检环节打开电源程序启动，设备开始自检，并且各种原材料开始输入（第一章提及的的相关材料）同时清理各个容器罐内环境已经反应堆。当以上全部完成再进入下一环节。具体的系统流程图如图3.4所示。图3.4启动及自检环节的系统流程图3.2.5自保及报警的设计该环节不需要流程图，但整个环节中均设置有可报警装置，以及自保系统，以下条件可触发：非正常断电或是启动自检未完成的情况。任意设备检测不达标。灌装环节达到极高或者极低液位。推瓶机检测次品数超出标准次品率。输入原材料不足或是输送过程出问题。3.3编程软件以及仿真设计之前根据文献及资料我选用了西门子S7-1200小型PLC,那择优选择的编程软件就是同为西门子公司旗下的PLC编程软件博途，博途又是全自动集成形式的软件，在当下的PLC工程软件设计中西门子这款博途软件也是比较火的，他还有一个独特的特点，可以将可视化与组态工程结合打包在一起[[]屈能胜.中国食品包装机械发展综述[J].

中国食品,2007(9):12-17.]。可以这么说，这款软件不仅是一款编程用的编程工具，还是可视化的并且能过对大众学习观察的软件，拥有西门子传统的各项功能，使得用户能够简单快速直接的进行自动[]屈能胜.中国食品包装机械发展综述[J].

中国食品,2007(9):12-17.

第四章基于西门子博途软件的控制系统设计4.1软件介绍——TIA博途西门子旗下框架软件数不胜数而博途作为其最新一代，控制、软件控制也逐渐集成与该软件中。数据信息和平台在该软件中都是相同的，如同其他很多软件一样它的各个设备均可以实现共享数据，省下很多麻烦避免用户烦恼[[]SolsonaJ,VallaMI.MuravchikC.AnonlinearreducedorderobserverforPermanentmagnetsynchronousmotors[J].IEEETran.Ind.Electron,2006,43(4):492-497.]。软件方面，主要介绍TIA博途软件STEP7V11部分;STEP7V11是由S7-1200、300、400PLC组成的编程软件，可编程WinAC和ET200智能分配式I/O站。STEP7软件打破了一般普通的编程方法,数千名高级工程师的对其提出了编程要求和观点,使现代办公软件的功能整合了同一机器原来的样子和图形化的布局和一致,用户灵活自动控制设计便捷迅速地完成任务[[]SolsonaJ,VallaMI.MuravchikC.AnonlinearreducedorderobserverforPermanentmagnetsynchronousmotors[J].IEEETran.Ind.Electron,2006,43(4):492-497.[]FrenchC,AcarnleyP.Controlofpermanentmagnetmotordrivesusinganewpositionestimationtechnique[J].IEEETransInd.Appl,2006,32(5):1089-1097.4.2西门子博途软件功能西门子博途软件系列可以分为以下版本：WinCC(TIAPortal)：WinCCBasic、WinCCComfort、WinCCAdvanced和WinCCProfessional。一个项目所需的信息量取决于该项目所使用的装置。在项目目录中，右击项目名称，点击属性，您需要的软件就在“项目中的软件产品”上。西门子博途软件Step7,WinCC等功能较强，用户可以根据工程的实际需要来选择。西门子博途系列软件为用户提供了良好的支撑，在用户程序设计上简单有效，能将整个自动化控制系统集成起来，进行操作和控制，从而大大提高了流程效率，降低了维护成本。[[]JenYang,Chen.RuleRegulationofSlidingModeControllerDesign:DirectAdaptiveApproach[J].FuzzySetsandSystems,2001,120:159-168.][[[]JenYang,Chen.RuleRegulationofSlidingModeControllerDesign:DirectAdaptiveApproach[J].FuzzySetsandSystems,2001,120:159-168.[]黄俊玲,黄自成,马学刚,彭颖,熊伟.西门子PLC顺序功能图编程方法问题分析[J].西安文理学院学报(自然科学版),2021,24(02):54-57.[]夏煜昊,乔礼惠,姜君杰.基于西门子S7-1200PLC实现移动工作台高速高精控制的应用[J].锻压装备与制造技术,2021,56(01):54-57.4.3软件的使用及建立仿真根据网上以及相关网站的学习建立一个组态项目大概可分为以下几步：建立项目对图形界面设计编程并构造数据库变量连接动画仿真模拟和调试4.3.1对图形界面的设计通常来说一个明确简单干净的画面是极为重要的，同时我们也希望它能够尽可能实现设计中预想出的流程和控制检测，因此拥有一个好的开始当然是要从画面的设计开始，界面的设计不仅能将设计具象化，还能使人更加简单易懂的理解设计工艺流程[[]杨剑,赵立宏.基于TIA博途软件与SinamicsS120对伺服电机性能的研究[J].电子测试,2020(23):78-79.[]杨剑,赵立宏.基于TIA博途软件与SinamicsS120对伺服电机性能的研究[J].电子测试,2020(23):78-79.[]吴永康.博途应用1:TIA博途基础知识(一)[N].电子报,2020-01-12(008).整个设计界面包括电动机传送带、检测传感器、灌装机、封装机、贮存罐、推瓶机等等[[]SiemensPLC;PatentIssuedforSuperconductingMagnetCoilArrangement(USPTO10,365,337)[J].Chemicals&Chemistry,2019.][[]SiemensPLC;PatentIssuedforThermalContactBetweenCryogenicRefrigeratorsAndCooledComponents(USPTO10,253,928)[J].JournalofEngineering,2019.]。在界面设计中，也在对应的元件或者硬件上标有注解和名称，演示中，有灯的亮灭表示工作是否正常运行[]SiemensPLC;PatentIssuedforSuperconductingMagnetCoilArrangement(USPTO10,365,337)[J].Chemicals&Chemistry,2019.[]SiemensPLC;PatentIssuedforThermalContactBetweenCryogenicRefrigeratorsAnd