基于PLC灌裝機(jī)控制系統(tǒng)

1、摘 要 PLC控制是目前工業(yè)上最常用的自動(dòng)化控制方法，由于其控制方便，能夠承受惡劣的環(huán)境，因此，在工業(yè)上優(yōu)于單片機(jī)的控制。PLC將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體,專門(mén)為工業(yè)控制而設(shè)計(jì),具有功能強(qiáng)、通用靈活、可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、使用方便以及體積小、重量輕、功耗低等一系列優(yōu)點(diǎn),因此在工業(yè)上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。 本文主要講述可編程控制器與灌裝機(jī)中的控制方法和原理，采用了新的檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)生產(chǎn)線的自動(dòng)化。 本論文詳細(xì)論述了灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟，通過(guò)對(duì)灌裝機(jī)系統(tǒng)的充分了解，以行業(yè)現(xiàn)狀為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合其他行業(yè)自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用情況，提出了基于PLC的灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的

2、基本結(jié)構(gòu)。用可編程控制器設(shè)計(jì)了多移閥開(kāi)啟、破瓶檢測(cè)、破瓶撿出、自動(dòng)壓蓋等過(guò)程的自動(dòng)控制。最后，簡(jiǎn)要介紹了組態(tài)軟件，對(duì)模擬過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的敘述，并附有灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的組態(tài)畫(huà)面。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中完成了灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的硬件的配置和軟件方面的設(shè)計(jì)，并利用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 采用PLC來(lái)控制生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的自動(dòng)化，對(duì)勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高，對(duì)液體的質(zhì)量和產(chǎn)量的提高都具有深遠(yuǎn)的意義。關(guān)鍵詞：灌裝機(jī)控制系統(tǒng)；可編程控制器；組態(tài)軟件Abstract PLC control is the most commonly used industrial automation control method

3、,because of its convenient control to withstand an adverse environment,it is better than MCU control technology ,computer and communication technologies are integrated specifically for industrial control and design,have store function,common flexible,high reliability and environmental adaptability,a

4、nd programming simple,easy to use and small size,light weight,a series of low-power advantages in industrial applications become more extensive. This paper introduces briefly the programmable logical controller and the century star monitoring software uses in the filling machine of controlling metho

5、d and the principle, used the new examination method, and achieve the automation of the entire production line. This paper describes in detail the control system of the filling machine design steps, is based on the self-industry and the application of the other trade on auto-control technique, propo

6、sed the frame of the control system based on programmable logical controller. Design the control system of the filling machine based on the programmable logical controller and designs the control system, inspecting and picking out the broken bottle. the simulation software of configuration briefly a

7、nd describe simulation process in detail, there are production line configuration screen. This design completes the carbonated production line hardware configuration and software design and uses century star configuration software to monitor real-time system, to achieve the image of the entire desig

8、n image and practical. Not only improve the labor productivity, but also has far-reaching significance of the improvement of quality and yield. Keywords: Carbonated filling machine control system, Programmable Logical Controller, Configuration software目 錄摘 要IAbstractII第1章 引 言11.1設(shè)計(jì)的目的和意義11.2設(shè)計(jì)項(xiàng)目發(fā)展情況

9、簡(jiǎn)介21.2.1 可編程序邏輯控制器21.2.2 我國(guó)灌裝業(yè)的缺陷31.3汽水灌裝機(jī)控制系統(tǒng)方案設(shè)想與優(yōu)點(diǎn)31.4論文的主要構(gòu)成3第2章 灌裝控制系統(tǒng)總體介紹52.1 灌裝機(jī)的主要類型52.1.1 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)52.1.2 直線型灌裝機(jī)52.2 灌裝的基本方法介紹63.3 灌裝機(jī)以及灌裝方式的確定73.3.1 灌裝機(jī)的確定73.3.2 灌裝方式的確定7第3章 汽水灌裝機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案93.1 總體設(shè)計(jì)思路93.2 灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的具體流程9第4章 汽水灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)114.1 PLC的選型114.1.1 選擇PLC控制的原因114.1.2 PLC介紹114.1.3 PLC型號(hào)的選擇

10、124.2 PLC硬件系統(tǒng)的連接134.3 灌裝機(jī)的傳動(dòng)原理144.4 灌裝機(jī)的重要硬件詳解154.4.1 灌裝機(jī)的供瓶機(jī)構(gòu)154.4.2 瓶的升降機(jī)構(gòu)154.4.3 灌裝閥的功能15第5章 汽水灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)175.1 系統(tǒng)程序的指令介紹175.2 可編程序控制器I/O分配175.3 工作過(guò)程分析185.3.1 正常灌裝流程185.3.2 灌裝出現(xiàn)次品的流程215.3.3 次品撿出器225.3.4 貯料缸的相關(guān)程序24第6章 監(jiān)控程序的軟件設(shè)計(jì)256.1 組態(tài)軟件簡(jiǎn)介256.1.1 組態(tài)軟件的選擇256.1.2 世紀(jì)星組態(tài)軟件簡(jiǎn)介256.1.3 世紀(jì)星軟件組成256.2 組態(tài)畫(huà)面的

11、具體設(shè)計(jì)266.2.1 組態(tài)圖形界面的設(shè)計(jì)266.2.2 組態(tài)的變量設(shè)計(jì)276.2.3 應(yīng)用程序命令語(yǔ)言編輯286.2.4 動(dòng)畫(huà)連接29第7章 監(jiān)控系統(tǒng)通信的實(shí)現(xiàn)317.1 通信連接317.1.1 CPM2A的通信連接方式317.1.2 CPM2A的上位通信協(xié)議317.1.3 編寫(xiě)上位機(jī)通信程序317.1.4 實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)PLC的監(jiān)控327.2 計(jì)算機(jī)與PLC通信327.3 世紀(jì)星與PLC通信337.4 監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試347.4.1 PLC系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試347.4.2 上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試35結(jié) 論36參考文獻(xiàn)37致 謝38附錄 組態(tài)運(yùn)行效果圖39第1章 引 言 1.1設(shè)計(jì)的目的和意義

12、 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人民生活水平的提高，人們的消費(fèi)習(xí)慣也隨之相應(yīng)的變化，同時(shí)對(duì)消費(fèi)品的包裝提出了更高的要求。而液態(tài)產(chǎn)品的包裝在包裝行業(yè)中占有很大比例，這是由于液體包裝涉及的行業(yè)廣泛、品種繁多，如飲料方面的汽水、果汁、牛奶、礦泉水、蒸餾水、啤酒、果酒等；調(diào)味品方面的醬油、醋、味精液、果醬等；藥品方面的針劑、糖漿、酊劑、氣霧劑等；農(nóng)藥乳劑、化工產(chǎn)品的各種瓶裝、化妝品等，要滿足日益增長(zhǎng)的液體產(chǎn)品的需要，就應(yīng)大力發(fā)展液體產(chǎn)品的包裝技術(shù)。另外我國(guó)液體包裝設(shè)備還存在自動(dòng)化程度低、速度慢、破瓶率高、系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定等缺陷。隨著集散控制系統(tǒng)的日益完善，PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用的日益廣泛，使我們利用先進(jìn)控制

13、技術(shù)改進(jìn)灌裝機(jī)的控制系統(tǒng)，彌補(bǔ)其不足成為可能。減少事故。通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)，可以對(duì)生產(chǎn)線中各設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行周密監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)異常，立即進(jìn)行報(bào)警或停機(jī)，把事故控制在最小的范圍內(nèi)，從而提高運(yùn)行的可靠性。提高經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)施灌裝過(guò)程監(jiān)控后，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的全自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率。改善工作環(huán)境。實(shí)施監(jiān)控后，值班人員坐在控制室就可以隨時(shí)了解整個(gè)灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況，從以往人工操作、實(shí)時(shí)觀察中解脫出來(lái)。由于PLC具有對(duì)使用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特性，同時(shí)其內(nèi)部定時(shí)器資源十分豐富，液體物體的灌裝機(jī)發(fā)展很快，早已有人工手動(dòng)灌裝發(fā)展實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化灌裝，且自動(dòng)化水平日益提高。隨著科技進(jìn)步，現(xiàn)在越來(lái)越多的將PLC應(yīng)用

14、于灌裝機(jī)系統(tǒng)中。另外由于PLC其抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，編程簡(jiǎn)單，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)控制領(lǐng)域。利用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)罐裝機(jī)的控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，維護(hù)方便，可以節(jié)約調(diào)整時(shí)間，增加設(shè)備的柔性，同時(shí)運(yùn)行穩(wěn)定可靠【】。1.2設(shè)計(jì)項(xiàng)目發(fā)展情況簡(jiǎn)介人類自從采用容器盛裝液體以后，就產(chǎn)生了灌裝方法。十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初以前，通常使用水罐、水杓進(jìn)行人工灌裝或直接將容器浸入液料中進(jìn)行灌裝，大約在1980年美國(guó)Horix、Kiefer和U.S.BottLers等三家公司開(kāi)始制造容器灌裝的機(jī)械裝置。第一臺(tái)商業(yè)用灌裝機(jī)是Kiefer公司制造；Horix公司于1920年首次制造了重力灌裝機(jī)，用于灌裝番茄醬，這家公司

15、至今仍生產(chǎn)灌裝機(jī)，二十年代初這幾家公司著手生產(chǎn)回轉(zhuǎn)式灌裝機(jī)，其中U.S公司制造的是純真空灌裝機(jī)，二十世紀(jì)以來(lái)。灌裝機(jī)械工業(yè)發(fā)展迅速，那時(shí)灌裝的速度取決于人工將瓶子對(duì)準(zhǔn)灌裝閥，等待瓶子灌裝完畢所需的時(shí)間。我國(guó)在解放前幾乎沒(méi)有灌裝機(jī)械，灌裝生產(chǎn)絕大部分處于手工操作，非常落后。70年代初，上海、北京、廣州、青島、煙臺(tái)等地引進(jìn)三十多條灌裝線，其中有西德Seitz廠產(chǎn)品、意大利Simonazi公司、美國(guó)Merer公司、日本三菱公司，另外還有許多羅馬尼亞灌裝線。隨后，我國(guó)廣東輕工機(jī)械廠、北京釀酒機(jī)械廠、上?；C(jī)械廠等許多家仿制了不少灌裝線，初步改善了灌裝生產(chǎn)的落后面貌，但灌裝機(jī)械的發(fā)展與國(guó)際先進(jìn)水平的差

16、距仍很大。1.2.1 可編程序邏輯控制器 PLC （Programmable Logical Controller，可編程序邏輯控制器）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)而開(kāi)發(fā)的新一代工業(yè)控制裝置，按照IEC（國(guó)際電工協(xié)會(huì)）國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)定義是，可編程序控制器又稱PC或PLC，它是以微型計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的一種為用于工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的數(shù)字式電子系統(tǒng)，這種系統(tǒng)用可編程序存儲(chǔ)面向用戶指令的內(nèi)部寄存器，完成規(guī)定的功能，如：邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)、數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等，通過(guò)數(shù)字量的輸入、輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC產(chǎn)品在抗電磁、噪聲干擾、有害廢氣的腐蝕、高溫、粉塵等方面有很高的能力，能直接和現(xiàn)

17、場(chǎng)各種單元、部件連接，堅(jiān)固耐用，可靠性方面PLC的平均無(wú)故障時(shí)間可達(dá)5萬(wàn)小時(shí)以上，操作與維修十分方便，功能日益擴(kuò)大。因此，PLC廣泛的應(yīng)用于許多工業(yè)領(lǐng)域，當(dāng)然技術(shù)的日新月異、突飛猛進(jìn)是PLC迅速擴(kuò)展市場(chǎng)的根本原因。我國(guó)應(yīng)用PLC還處于初級(jí)階段，而且局限于鋼鐵、化工、汽車(chē)、機(jī)床、煤炭、電站等領(lǐng)域，其他行業(yè)的應(yīng)用尚未普及，中國(guó)尚有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域等待開(kāi)拓。我國(guó)的飲料包裝設(shè)備在許多方面采用了PLC，并取得了非常好的效果，但仍有許多不足與欠缺。1.2.2 我國(guó)灌裝業(yè)的缺陷我國(guó)的飲料包裝設(shè)備還存在自動(dòng)化程度低、速度慢、破瓶率高、系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定等缺陷。隨著集散控制系統(tǒng)的日益完善，PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用的日

18、益廣泛，使我們利用先進(jìn)控制技術(shù)改進(jìn)自動(dòng)汽水灌裝機(jī)的控制系統(tǒng)，彌補(bǔ)其不足成為可能。1.3汽水灌裝機(jī)控制系統(tǒng)方案設(shè)想與優(yōu)點(diǎn)本課題的目的就是采用現(xiàn)代流行的先進(jìn)控制技術(shù)，設(shè)計(jì)液體的自動(dòng)灌裝控制系統(tǒng)，通過(guò)軟、硬件功能的組態(tài)實(shí)現(xiàn)液體灌裝機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，表現(xiàn)在： （1）減少事故。通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)，可以對(duì)生產(chǎn)線中各設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行周密監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)異常，立即進(jìn)行報(bào)警或停機(jī)，把事故控制在最小的范圍內(nèi)，從而提高運(yùn)行的可靠性。 （2）提高經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)施灌裝過(guò)程監(jiān)控后，可以實(shí)現(xiàn)大型液體灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的全自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率。（3）改善工作環(huán)境。實(shí)施監(jiān)控后，值班人員坐在控制室就可以隨時(shí)了解整個(gè)液體灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況

19、，從以往人工操作、實(shí)時(shí)觀察中解脫出來(lái)。1.4論文的主要構(gòu)成本文第1部分對(duì)灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和灌裝設(shè)備的介紹；第2部分介紹的是汽水灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的工藝流程，首先介紹了灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程和傳動(dòng)原理，其次介紹了灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的其他幾個(gè)重要小部件；第3部分介紹的是灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，主要有PLC的選型和PLC的連接。第4部分介紹的是灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，主要是對(duì)PLC軟件和系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹，并結(jié)合灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的具體控制要求，對(duì)I/O進(jìn)行分配；第5部分介紹的世紀(jì)星組態(tài)畫(huà)面的設(shè)計(jì)，首先對(duì)該軟件進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，然后結(jié)合PLC控制原理與程序流程圖，實(shí)現(xiàn)組態(tài)畫(huà)面的控制。第6部分是監(jiān)控

20、系統(tǒng)通信的實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試。第2章 灌裝控制系統(tǒng)總體介紹2.1 灌裝機(jī)的主要類型2.1.1 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī) 待灌瓶由傳送系統(tǒng)（一般經(jīng)洗瓶機(jī)由輸送帶輸入）或人工送入灌裝機(jī)進(jìn)瓶機(jī)構(gòu)，瓶子由灌裝機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)帶動(dòng)繞主立軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行連續(xù)灌裝，轉(zhuǎn)動(dòng)近一周時(shí)瓶子己灌滿，然后由轉(zhuǎn)盤(pán)送入壓蓋機(jī)進(jìn)行壓蓋，如圖2.1所示。圖2.1 灌裝過(guò)程的俯視圖 這種灌裝機(jī)在食品、飲料行業(yè)應(yīng)用最廣泛，如汽水、果汁、啤酒、牛奶的灌裝，此機(jī)主要由流體輸送（即供料系統(tǒng)）、容器輸送（即供瓶系統(tǒng)）、灌裝閥、大轉(zhuǎn)盤(pán)、傳動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)體、自控等部分所組成，其中灌裝閥是保證灌裝機(jī)能否正常工作的關(guān)鍵。2.1.2 直線型灌裝機(jī) 灌裝瓶沿著平直的直線運(yùn)動(dòng)，

21、進(jìn)行成排灌裝。如圖2.2，凡送來(lái)一排空瓶由推瓶板向前推送一次，到送至灌液管的下方時(shí)，閥門(mén)打開(kāi)進(jìn)行灌裝，間歇進(jìn)行操作。I：定量灌裝，：上蓋，：將蓋擰緊，：貼商標(biāo)，：待裝盒裝箱1：推瓶板，2：限位撥盤(pán)，3，11，13：傳送帶，4：傳送盤(pán)，5：瓶子，6：上蓋機(jī)構(gòu)，7：料斗，8：擰緊機(jī)構(gòu)，9：商標(biāo)盒，10：漿糊盒，12：推料板，14：貯液箱，15：灌裝管圖2.2 直線灌裝機(jī)工作原理圖 這種灌裝機(jī)相對(duì)旋轉(zhuǎn)灌裝機(jī)來(lái)講，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，制造方便，但占地面積比較大，而且是間歇運(yùn)動(dòng)，生產(chǎn)能力的提高也受到一定限制，因此一般只用于無(wú)汽液料類的灌裝，局限性較大。2.2 灌裝的基本方法介紹 各種液體產(chǎn)品的物理性質(zhì)和化學(xué)性

22、質(zhì)均不相同，在灌裝過(guò)程中，為了使產(chǎn)品的特性保持不變，必須采用不同的灌裝方法。一般灌裝機(jī)常采用下列幾種灌裝方法：（1）常壓法 常壓法也稱純重力法，即在常壓下，液料依靠自重流進(jìn)包裝容器內(nèi)。大部分能自由流動(dòng)的不含氣液料都可用此法灌裝，例如白酒、果酒、牛奶、醬油、醋等。（2）等壓法 等壓法也稱壓力重力式灌裝法，即在高于大氣壓的條件下，首先對(duì)包裝容器充氣，使之形成與貯液箱內(nèi)相等的氣壓，然后再依靠被灌液料的自重流進(jìn)包裝容器內(nèi)。這種方法普遍用于含氣飲料，如啤酒、汽水、汽酒等的灌裝。采用此種方法灌裝，可以減少這類產(chǎn)品中所含CO2的損失，并能防止灌裝過(guò)程中過(guò)量起泡而影響產(chǎn)品質(zhì)量和定量精度。（3）真空法真空法是在

23、低于大氣壓的條件下進(jìn)行灌裝的，可按兩種方式進(jìn)行：（a）壓差真空式即貯液箱內(nèi)處于常壓，只對(duì)包裝容器抽氣使之形成真空，液料依靠貯液箱與待灌容器間的壓差作用產(chǎn)生流動(dòng)而完成灌裝，國(guó)內(nèi)此種方法較常用。（b）重力真空式即貯液箱內(nèi)處于真空，包裝容器首先抽氣使之形成與貯液箱內(nèi)相等的真空，隨后液料依靠自重流進(jìn)包裝容器內(nèi)，因結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，國(guó)內(nèi)較少用。真空法灌裝應(yīng)用面較廣，它即適用于灌裝粘度稍大的液體物料，如油類、糖漿等。也適用于灌裝含維生素的液體物料，如蔬菜汁、果子汁等，瓶?jī)?nèi)形成真空就意味著減少了液料與空氣的接觸，延長(zhǎng)了產(chǎn)品的保質(zhì)期，真空法還適用于灌裝有毒的物料，如農(nóng)藥等，以減少毒性氣體的外溢，改善勞動(dòng)條件。 （4

24、）壓力法利用機(jī)械壓力或氣壓，將被灌物料擠入包裝容器內(nèi)，這種方法主要用于灌裝粘度較大的稠性物料，例如灌裝番茄醬、肉糜、牙膏、香脂等。有時(shí)也可用于汽水一類軟飲料的灌裝，這時(shí)靠汽水本身的氣壓直接灌入未經(jīng)充氣等壓的瓶?jī)?nèi)，從而提高了灌裝速度，形成的泡沫因汽水中無(wú)膠體尚易消失，對(duì)灌裝質(zhì)量有一定影響。3.3 灌裝機(jī)以及灌裝方式的確定3.3.1 灌裝機(jī)的確定 旋轉(zhuǎn)式灌裝機(jī)無(wú)論在生產(chǎn)效率還是在生產(chǎn)質(zhì)量上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于直線型灌裝機(jī)，對(duì)比直線性灌裝機(jī)，旋轉(zhuǎn)式灌裝機(jī)的設(shè)備更高效化、自動(dòng)化和節(jié)能化。今天的旋轉(zhuǎn)式灌裝機(jī)自動(dòng)灌裝機(jī)的生產(chǎn)能力己達(dá)每分鐘2000瓶。因此本設(shè)計(jì)采用旋轉(zhuǎn)式灌裝機(jī)來(lái)進(jìn)行研究。3.3.2 灌裝方式的確定灌

25、裝方式的選擇，除了考慮液體本身的工藝性能如粘度、重度、含氣性、揮發(fā)性外，還必須考慮產(chǎn)品的工藝要求、灌裝機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)等綜合因素。對(duì)于一般的食用液料如瓶裝牛奶、瓶裝酒類、碳酸飲料等，可以采用真空等壓法，也可直接采用等壓法。真空等壓法是灌裝前對(duì)瓶?jī)?nèi)抽取真空，然后再充入CO2進(jìn)行等壓灌裝。為了減少灌裝時(shí)酒料類的液體的含氧氣量，以便延長(zhǎng)產(chǎn)品的保質(zhì)期，采用較大的真空度的等壓法更有利。采用真空法其灌裝閥的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，液漏損失小。但是真空法較之等壓法需增加設(shè)備成本，而且，氧氣量對(duì)碳酸飲料的影響不大，在節(jié)能的方面考慮，可直接采用等壓灌裝法。碳酸飲料采用等壓灌裝法可以有效的防止灌裝過(guò)程中C02氣體的損失，等壓灌裝

26、即先向瓶子中充氣，使容器內(nèi)壓力與貯液缸內(nèi)的壓力相等，再將貯液缸內(nèi)的液體灌入容器內(nèi)。貯液缸是全封閉的，它由貯液室、背壓氣室、回氣室三室組成。在往貯液缸輸送液體之前，先往貯液缸內(nèi)通入壓縮氣體（無(wú)菌空氣或CO2，使貯液缸的氣室保持一定的壓力（0. 1 -0. 9MPa ），該氣體壓力必須等于或稍高于液體物料中CO2溶解量的飽和壓力，使飲料中的CO2溶解。等壓灌裝法可以減少CO2的損失，保持含氣飲料的質(zhì)量，并能防止灌裝中過(guò)量泛泡，保證灌裝計(jì)量準(zhǔn)確。所以本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中選用等壓灌裝法。第3章 汽水灌裝機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3.1 總體設(shè)計(jì)思路根據(jù)要求和目前生產(chǎn)線的具體情況，并結(jié)合目前先進(jìn)裝配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，確

27、定了以下總體設(shè)計(jì)思路。采用可編程控制器(PLC)作為控制系統(tǒng)的主控制元件，傳感器作為檢測(cè)元件構(gòu)成生產(chǎn)、控制系統(tǒng)。一臺(tái)上位計(jì)算機(jī)通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)與PLC相連，用于生產(chǎn)線的監(jiān)控和產(chǎn)品數(shù)據(jù)的記錄處理。整條液體灌裝機(jī)控制系統(tǒng)由一臺(tái)PLC、灌裝機(jī)以及次品撿出器和指示燈等其它元件構(gòu)成。瓶子在灌裝機(jī)中依次完成：1、進(jìn)氣，2、進(jìn)液回氣；3、停止進(jìn)液；4、排除余液等4個(gè)步驟。同時(shí)生產(chǎn)線上的各種檢測(cè)狀態(tài)傳感器全部接入到PLC中，由PLC根據(jù)傳感器的檢測(cè)狀態(tài)通過(guò)編制好的程序控制整個(gè)系統(tǒng)工作。操作時(shí)，在PLC上編制好的程序作為系統(tǒng)工作的條件。通過(guò)PLC上的開(kāi)關(guān)和指示燈等進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)功能的操作和監(jiān)控系統(tǒng)的工作過(guò)程9。3.2

28、灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的具體流程 系統(tǒng)采用了國(guó)際上較為先進(jìn)的灌裝設(shè)備旋轉(zhuǎn)型全自動(dòng)灌裝機(jī)。設(shè)計(jì)的灌裝過(guò)程是：洗瓶機(jī)將瓶子的里外洗凈并經(jīng)檢查后，由傳送帶送入自動(dòng)灌裝機(jī)的限位機(jī)構(gòu)，根據(jù)規(guī)定的要求按一定的距離排列好，限位機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確地將瓶送入瓶的升降機(jī)構(gòu)。升降機(jī)構(gòu)把升降托盤(pán)頂起，瓶子隨之上升，當(dāng)瓶口卡住閥門(mén)的定心罩時(shí)打開(kāi)多移閥的氣門(mén)，充氣等壓，然后打開(kāi)液門(mén)，進(jìn)行灌液，灌液完畢后進(jìn)行壓力釋放，然后關(guān)閉液門(mén)、氣門(mén)。完成上述幾步之后，瓶子的升降機(jī)構(gòu)立即進(jìn)入下降滑道，在下降滑道的作用下，升降托盤(pán)被滑道強(qiáng)制下降，因而裝好的瓶子隨之下降到最低位置，當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)一定角度后，瓶子進(jìn)入傳遞輪子的區(qū)域，被傳遞輪子退出，送去進(jìn)行上蓋并包裝，

29、這樣就完成了整個(gè)灌裝工作的一個(gè)工作循環(huán)過(guò)程。系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖如圖3.1所示。圖3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖第4章 汽水灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)4.1 PLC的選型4.1.1 選擇PLC控制的原因可編程控制器是以微處理器為核心的專用計(jì)算機(jī)，是專為工廠現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境設(shè)計(jì)的，利用它面向用戶的編程語(yǔ)言，不僅能實(shí)現(xiàn)邏輯控制，還能實(shí)現(xiàn)各種順序和定時(shí)控制以及復(fù)雜的閉環(huán)控制 ；利用它內(nèi)部大量的輔助繼電器可以實(shí)現(xiàn)無(wú)觸點(diǎn)控制；利用它控制可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、在惡劣環(huán)境下能長(zhǎng)時(shí)間不間斷運(yùn)行、編程容易且維護(hù)工作量小、還配有通訊接口和各種模塊的特點(diǎn)，可以把它作為下位機(jī)放在自動(dòng)生產(chǎn)線的工作現(xiàn)場(chǎng)完成各種控制任務(wù)。正是因?yàn)?/p>

30、可編程控制器有這些優(yōu)良的特性，再加上飲料灌裝過(guò)程中有大量的順序控制，所以選用PLC來(lái)對(duì)灌裝設(shè)備進(jìn)行控制。4.1.2 PLC介紹可編程控制器是60年代末在美國(guó)首先出現(xiàn)的，當(dāng)時(shí)叫可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用來(lái)取代繼電器。以執(zhí)行邏輯判斷、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能。提出PLC概念的是美國(guó)通用汽車(chē)公司。PLC的基本設(shè)計(jì)思想是把計(jì)算機(jī)功能完善、靈活、通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對(duì)象，將控制內(nèi)容編成軟件寫(xiě)入控制器的用戶程序存儲(chǔ)器內(nèi)，使控制器和被控對(duì)象連接方便

31、。70年代中期以后，PLC已廣泛地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，這時(shí)的PLC已不再是僅有邏輯（Logic）判斷功能，還同時(shí)具有數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）頒布的可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)可編程控制器作了如下的定義：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整

32、體，易于擴(kuò)充其功能的設(shè)計(jì)3。 可編程控制器對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，是一種無(wú)觸點(diǎn)設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝。目前，可編程控制器已成為工廠自動(dòng)化的強(qiáng)有力工具，得到了廣泛的普及推廣應(yīng)用?？删幊炭刂破魇敲嫦蛴脩舻膶Ｓ霉I(yè)控制計(jì)算機(jī)，具有以下明顯的特點(diǎn)：（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)：PLC采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。同時(shí)在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。（2）編程直觀、簡(jiǎn)單：梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就

33、可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。（3）適應(yīng)性好：PLC產(chǎn)品在抗電磁、噪聲干擾、有害廢氣的腐蝕、高溫、粉塵等惡劣條件有很高的能力。能直接和現(xiàn)場(chǎng)各種單元相連接。（4）功能完善，接口功能強(qiáng)：除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。雖然計(jì)算機(jī)控制技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)生，但是PLC控制因?yàn)樗母咝阅?、成本低、并且?duì)惡劣的環(huán)境有很強(qiáng)的適應(yīng)能力而在工業(yè)控制的廣泛應(yīng)用中保持優(yōu)勢(shì)2。4.1.3 PLC型號(hào)的選擇本設(shè)計(jì)選用OMRON公司的CPM2A型PLC。能基本滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。日本OMRON公司是世界上生產(chǎn)可編程序控制器（PC）的著名廠家之一，OMRON的大、中、小、微型機(jī)

34、各具特色各有所長(zhǎng)，在中國(guó)市場(chǎng)上的占有率位居前列，在國(guó)內(nèi)用戶中享有較高聲譽(yù)。1999年，OMRON在推出CS1系列的同時(shí)，在小型機(jī)方面相繼推出CPM2A/CP M2C/CPM2AE、CQM1H等機(jī)型。CPM2A是CPM1A之后的另一系列機(jī)型。CPM2A的功能比CPM1A有新的提升，例如，CPM2A指令的條數(shù)增加、功能增強(qiáng)、執(zhí)行速度加快，可擴(kuò)展的I/O點(diǎn)數(shù)、PC內(nèi)部器件的數(shù)目、程序容量、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量等也都增加了；所有CPM2A的CPU單元都自帶RS232C口，在通信聯(lián)網(wǎng)方面比CPM1A改進(jìn)不少。CPM2A的基本指令與CPM1A相同，都是14種，但CPM2A的應(yīng)用指令增加到105種、185條；CP

35、M2A的工作速度明顯加快，基本指令LD的執(zhí)行時(shí)間為0.64us，應(yīng)用指令MOV的執(zhí)行時(shí)間為7.8us；程序容量增加到4096字；讀/寫(xiě)DM增加到2048字；最大I/O點(diǎn)數(shù)可擴(kuò)展到120點(diǎn)；內(nèi)部器件數(shù)目也有增加，如內(nèi)部輔助繼電器區(qū)（IR）928位，特殊繼電器區(qū)（SR）448位，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器256位，輔助繼電器區(qū)（AR）384位1。4.2 PLC硬件系統(tǒng)的連接系統(tǒng)采用了OMRON的CPM2A型號(hào)PLC，其主機(jī)上有12點(diǎn)輸入，8點(diǎn)輸出。汽水灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)采用上位機(jī)和下位機(jī)組成，下位機(jī)直接控制汽水灌裝機(jī)控制系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備的工作運(yùn)行，上位機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)的工作運(yùn)行的狀況進(jìn)行監(jiān)視，其中上位機(jī)通過(guò)C

36、OM端口用RS-232與PLC相連進(jìn)行通信的，而PLC需先接入220V交流電源，再將啟動(dòng)停止按鈕以及各個(gè)限位開(kāi)關(guān)通過(guò)24V直流電源連接到PLC的輸入端口上，系接線圖，如圖3.1所示4。 圖4.1 系統(tǒng)硬件連接圖4.3 灌裝機(jī)的傳動(dòng)原理 旋轉(zhuǎn)型自動(dòng)灌裝機(jī)，所用的動(dòng)力都是電動(dòng)機(jī)，其功率一般在13千瓦之間，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速通常是很高的，而灌裝機(jī)的轉(zhuǎn)速不過(guò)每分鐘幾轉(zhuǎn)，滿足不了灌裝工作的要求，因此，它的傳動(dòng)就需要一套合理的變速系統(tǒng)。有的灌裝機(jī)上還采用調(diào)速電機(jī)，直接無(wú)級(jí)變速，但這種傳動(dòng)對(duì)電機(jī)要求很高，必須防塵、防水等，而且價(jià)格也較貴。 對(duì)于旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)傳動(dòng)部分的要求有以下幾點(diǎn)：（1）傳動(dòng)平穩(wěn) 由于主機(jī)完成灌裝

37、任務(wù)是在一個(gè)灌裝機(jī)傳送帶上進(jìn)行的，它的進(jìn)瓶、出瓶準(zhǔn)確地灌裝等都要求在平穩(wěn)的工作條件下進(jìn)行。（2）傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，一方面可以減少功率的消耗，另一方面設(shè)備的精度易達(dá)到，同時(shí)維修方便。另外，在設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)考慮到安裝、調(diào)試、保養(yǎng)的方便性，要滿足人體工程學(xué)的要求，給工人帶來(lái)方便，要盡量縮短維修時(shí)間，要求便于維修、保養(yǎng)。4.4 灌裝機(jī)的重要硬件詳解4.4.1 灌裝機(jī)的供瓶機(jī)構(gòu) 在自動(dòng)灌裝機(jī)中，按照灌裝的工藝要求，準(zhǔn)確地將待灌瓶送入主轉(zhuǎn)盤(pán)升降機(jī)構(gòu)托瓶臺(tái)上，是保證灌裝機(jī)正常而有秩序地工作的關(guān)鍵。一般供瓶機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵問(wèn)題是瓶的連續(xù)輸送和瓶的定時(shí)供給。 常用的連續(xù)輸送裝置有鏈帶傳送，一般采用不銹鋼

38、或尼龍?zhí)箍随湈?，為了減少鏈帶與瓶底間的摩擦，有時(shí)設(shè)法在鏈帶上加些肥皂水，以便潤(rùn)滑。 由洗瓶機(jī)出來(lái)的瓶子由輸送帶送來(lái)后，為了防止擠壞、堵塞和準(zhǔn)確地送入灌裝機(jī)，必須設(shè)法使瓶子單個(gè)地保持適當(dāng)?shù)拈g距送進(jìn)灌裝機(jī)，目前瓶子的定時(shí)送給一般采用分件供送螺桿或拔盤(pán)式等限位機(jī)構(gòu)。 4.4.2 瓶的升降機(jī)構(gòu) 在一般旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)中，由拔瓶輪送來(lái)的瓶子必須根據(jù)灌裝工作過(guò)程的需要，先把瓶子升到規(guī)定的位置，以便進(jìn)行灌裝。然后再把己灌滿的瓶子下降到規(guī)定的位置，以便拔瓶輪將其送到傳送鏈帶上送走，這一動(dòng)作是由瓶的升降機(jī)構(gòu)完成的。對(duì)于瓶的升降機(jī)構(gòu)的要求是：運(yùn)行平穩(wěn)、迅速、準(zhǔn)確、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。4.4.3 灌裝閥的功能 灌裝閥是

39、自動(dòng)灌裝機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主體部件，它的功能在于根據(jù)灌裝工藝要求，以最快的速度溝通或切斷貯液箱、氣室和灌裝容器之間流體流動(dòng)的通道，保證灌裝工藝過(guò)程的順利進(jìn)行。本設(shè)計(jì)中采用氣動(dòng)式多移閥。 多移閥結(jié)構(gòu)：灌裝閥組件由液體閥、注氣管、氣閥、定心罩、排氣閥等組成。 功能：瓶子通過(guò)傳遞輪子進(jìn)入灌裝機(jī)，接著瓶子沿著瓶子托盤(pán)開(kāi)始上升，直到瓶口卡入定心罩，定心罩將罐對(duì)中并預(yù)壓密封，然后開(kāi)啟氣閥對(duì)瓶?jī)?nèi)進(jìn)行充CO2，充CO2由一只氣缸加壓產(chǎn)生，壓力的大小取決于瓶子的材料。通過(guò)這道程序，使汽水在灌裝過(guò)程中，CO2的損失降到最低。當(dāng)待灌瓶中的氣壓達(dá)到與貯液箱內(nèi)的背壓相等時(shí)，液閥彈簧自動(dòng)打開(kāi)液門(mén)，完成灌裝，此種閥的優(yōu)點(diǎn)是不僅能

40、保證碎瓶時(shí)不漏液，還能保證瓶上有孔洞的破瓶及充氣不足時(shí)不漏液，使灌裝能夠穩(wěn)定進(jìn)行5。第5章 汽水灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)5.1 系統(tǒng)程序的指令介紹 （1）定時(shí)器指令（TIM）系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用了十個(gè)定時(shí)器，用來(lái)控制瓶子在灌裝機(jī)內(nèi)各個(gè)部分的計(jì)時(shí)工作，當(dāng)定時(shí)器的輸入端為從“OFF”變?yōu)椤癘N”時(shí)，定時(shí)器開(kāi)始工作，直到計(jì)時(shí)到計(jì)數(shù)器所設(shè)定值，計(jì)時(shí)器當(dāng)前值為00000，計(jì)數(shù)器為“ON”。若輸入繼續(xù)為“ON”，輸出保持為“ON”；若輸入變?yōu)椤癘FF”，定時(shí)的輸出也變?yōu)椤癘FF”，即恢復(fù)原狀態(tài)，本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的定時(shí)器就是利用此功能，實(shí)現(xiàn)了定時(shí)器的自復(fù)位功能。（2）計(jì)數(shù)器指令（CNT） 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用了二個(gè)計(jì)數(shù)器，

41、用來(lái)進(jìn)行加數(shù)操作，當(dāng)計(jì)數(shù)輸入端（CP）信號(hào)從“OFF”、變?yōu)椤癘N”時(shí)，計(jì)數(shù)值加1，此時(shí)計(jì)數(shù)器內(nèi)的值是1，以此相加，直到計(jì)數(shù)器當(dāng)前值為計(jì)數(shù)器設(shè)定值時(shí)，計(jì)數(shù)器為“ON”；當(dāng)計(jì)數(shù)復(fù)位端（R）為“ON”時(shí)，計(jì)數(shù)器為“OFF”，且當(dāng)前返回到初始設(shè)定值。復(fù)位端采用的自復(fù)位，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到計(jì)數(shù)器設(shè)定值時(shí)則對(duì)計(jì)數(shù)器的值進(jìn)行一次清空。當(dāng)計(jì)數(shù)輸入（CP）和復(fù)位（R）同時(shí)來(lái)到時(shí)，復(fù)位輸入優(yōu)先。系統(tǒng)中計(jì)數(shù)器指令與定時(shí)器指令的編號(hào)不能重復(fù)使用，兩者數(shù)量和為512個(gè)。5.2 可編程序控制器I/O分配 開(kāi)關(guān)量I/O模塊的選擇：開(kāi)關(guān)量I/O模塊的不同，直接關(guān)系到I/O點(diǎn)數(shù)的多少，對(duì)PLC的應(yīng)用范圍會(huì)產(chǎn)生影響，選擇時(shí)主要考慮

42、點(diǎn)數(shù)、外部電路的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)、電壓的形式和范圍等。如果是無(wú)源輸入信號(hào)例如按鈕、行程開(kāi)關(guān)等，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)與PLC的距離遠(yuǎn)近來(lái)選擇電壓的高低。輸出模塊所起的作用是將PLC內(nèi)部低電平的控制信號(hào)隔離、轉(zhuǎn)換為外部所需的輸出信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)PLC的外部負(fù)載。在選擇時(shí)應(yīng)注意，模塊與外部接線的方式、輸出電壓的額定限度、外部輸出點(diǎn)同時(shí)接通的影響、選擇輸出方式等。I/O地址分配目的是讓主CPU模塊能夠訪問(wèn)其他的模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。在進(jìn)行I/O地址分配時(shí)，要特別注意不要產(chǎn)生地址沖突的錯(cuò)誤。設(shè)計(jì)本控制系統(tǒng)共使用了9個(gè)輸入點(diǎn)，13個(gè)輸出點(diǎn)，I/O分配如表5.1所示4。表5.1 系統(tǒng)I/O明細(xì)表輸入地址輸入設(shè)備輸出地址輸出設(shè)

43、備00000灌裝機(jī)和傳遞輪子啟動(dòng)按鈕01002傳遞輪子與灌裝機(jī)啟動(dòng)00001傳送帶啟動(dòng)按鈕01003進(jìn)瓶傳送帶啟動(dòng)00002灌裝機(jī)瓶子托盤(pán)壓力檢測(cè)器01004瓶子托盤(pán)上升00003定心中罩壓力檢測(cè)器01005氣閥打開(kāi)00004氣閥氣壓檢測(cè)器01006灌裝閥打開(kāi)00005系統(tǒng)停止按鈕01007瓶子托盤(pán)下降00006次品撿出器壓力檢測(cè)器01008次品提示燈亮00007最低液壓力檢測(cè)器01009次品撿出器啟動(dòng)00008最高液壓力檢測(cè)器01010次品傳送帶啟動(dòng)01011進(jìn)料閥門(mén)打開(kāi)01012回氣管啟動(dòng)01013壓蓋機(jī)啟動(dòng)01014包裝機(jī)啟動(dòng)5.3 工作過(guò)程分析 本設(shè)計(jì)選擇的是旋轉(zhuǎn)式灌裝機(jī)，旋轉(zhuǎn)式灌裝機(jī)

44、在第一部分已做過(guò)詳細(xì)介紹，這里就不再進(jìn)行介紹。 灌裝的方式選擇的是等壓灌裝法，等壓法灌裝的工藝過(guò)程是：1、進(jìn)氣，2、進(jìn)液回氣；3、停止進(jìn)液；4、排除余液。5.3.1 正常灌裝流程（1）按下灌裝機(jī)啟動(dòng)按鈕（0.00），傳遞輪子（限位作用，使瓶子以相同間距進(jìn)入灌裝機(jī)）和灌裝機(jī)啟動(dòng)（200.00）。在灌裝機(jī)啟動(dòng)的前提下，按下傳送帶啟動(dòng)按鈕（0.01），灌裝機(jī)的進(jìn)瓶傳送帶啟動(dòng)（200.01），此處作用是為了防止在灌裝機(jī)啟動(dòng)前便有瓶子進(jìn)入傳送帶，造成擁擠和堆疊，防止送瓶出錯(cuò)。梯形圖如圖5.1所示。圖5.1 灌裝機(jī)和傳送帶啟動(dòng)環(huán)節(jié)（2）瓶子進(jìn)入傳送帶以后，通過(guò)傳遞輪子將瓶子等間距送入瓶子托盤(pán)升降機(jī)構(gòu)，當(dāng)托

45、盤(pán)檢測(cè)到壓力（0.02）以后，托盤(pán)活塞給托盤(pán)升降機(jī)構(gòu)一個(gè)壓力，托盤(pán)開(kāi)始帶著瓶子上升（200.02），最大上升時(shí)間為6S（tim000）。梯形圖如圖5.2所示。圖5.2 瓶子隨托盤(pán)上升環(huán)節(jié)（3）在托盤(pán)上升的6S內(nèi)，如果注液口定心中罩檢測(cè)到壓力（0.03），則托盤(pán)停止上升，然后當(dāng)6S時(shí)間到時(shí)，氣閥打開(kāi)，開(kāi)始對(duì)瓶子充CO2，最大充氣時(shí)間為6S。此過(guò)程對(duì)應(yīng)圖4.10中的T2充氣環(huán)節(jié)。啟動(dòng)充CO2的條件有2條：（1）托盤(pán)上升時(shí)間6S到；（2）注液口中罩檢測(cè)到壓力。可以實(shí)現(xiàn)爆瓶或無(wú)瓶不充氣。梯形圖如圖5.3所示。圖5.3 對(duì)瓶?jī)?nèi)充CO2環(huán)節(jié)（4）當(dāng)最大充氣時(shí)間6S內(nèi)，氣閥檢測(cè)到氣壓（0.04），則停止充C

46、O2，在6S時(shí)液閥開(kāi)啟（200.4），開(kāi)始灌裝。灌裝時(shí)間為6S。啟動(dòng)灌裝的條件有2條：（1）最大充氣時(shí)間6S到；（2）氣閥檢測(cè)到瓶子內(nèi)對(duì)外的氣壓。可以實(shí)現(xiàn)破瓶不灌液。此過(guò)程對(duì)應(yīng)圖4.10中的T3灌裝環(huán)節(jié)。梯形圖如圖5.4所示。圖5.4 灌裝環(huán)節(jié)（5）灌裝完畢（tim002）以后，托盤(pán)開(kāi)始下降（200.05），下降過(guò)程中同時(shí)關(guān)閉液閥，回氣管工作（201.03），開(kāi)啟排氣和除余液操作。下降完畢的瓶子再轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度由傳遞輪子送出，同時(shí)瓶子托盤(pán)向前繼續(xù)行進(jìn)進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。此過(guò)程對(duì)應(yīng)圖5.5中的T4托盤(pán)下降環(huán)節(jié)。圖5.5 排氣除余液環(huán)節(jié)5.3.2 灌裝出現(xiàn)次品的流程（1）次品為爆瓶時(shí)（接正常灌裝流程的

47、（2）步驟） 當(dāng)最大托盤(pán)時(shí)間上升6S到時(shí)，注液口定心中罩沒(méi)檢測(cè)到壓力（瓶子為爆瓶，高度不足），則托盤(pán)開(kāi)始下降（200.06），同時(shí)次品提示燈亮，托盤(pán)下降的時(shí)間為6S（tim005）。下降完畢托盤(pán)等待進(jìn)入下一次循環(huán)。同時(shí)次品檢出器啟動(dòng)。（詳見(jiàn)下方次品撿出器的介紹）。梯形圖如圖5.6所示。圖5.6處理爆瓶環(huán)節(jié)（2）次品為破瓶時(shí)（接正常灌裝流程的（3）步驟）當(dāng)最大充氣時(shí)間6S到時(shí)，氣閥沒(méi)有檢測(cè)到氣壓（破瓶，CO2充不滿），則停止充CO2，同時(shí)瓶子托盤(pán)開(kāi)始下降（200.07）， 次品提示燈亮，托盤(pán)下降時(shí)間為6S（tim006），下降完畢托盤(pán)等待進(jìn)入下一次循環(huán)，同時(shí)次品檢出器啟動(dòng)（詳見(jiàn)下方次品撿出器的介

48、紹）。梯形圖如圖5.7所示。圖5.7 處理破瓶環(huán)節(jié)5.3.3 次品撿出器 （1）次品撿出器相關(guān)介紹如圖5.8，瓶子在上升以后，瓶子底離下轉(zhuǎn)盤(pán)有一定的距離，本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的這個(gè)次品檢出器就在層位。圖5.8 瓶子在灌裝過(guò)程中展開(kāi)示意圖如圖5.9， 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)灌裝機(jī)，托盤(pán)從T1耗時(shí)6S，T2耗時(shí)6S，T3耗時(shí)6S。次品撿出器并設(shè)在D處的外圍。圖5.9 旋轉(zhuǎn)灌裝機(jī)的工作循環(huán)圖（a）即當(dāng)正常灌裝時(shí)，瓶子在A點(diǎn)隨著托盤(pán)開(kāi)始上升，到達(dá)B時(shí)氣閥開(kāi)啟，開(kāi)始充CO2，充氣正常的瓶子到達(dá)C點(diǎn)時(shí)開(kāi)啟液閥開(kāi)始灌裝，到達(dá)D點(diǎn)灌裝完畢后開(kāi)始下降，所以當(dāng)正常灌裝時(shí)，D點(diǎn)時(shí)瓶子還在上方。（b）當(dāng)出現(xiàn)爆瓶時(shí)，B點(diǎn)瓶子隨著托盤(pán)開(kāi)始下

49、降，C點(diǎn)瓶子下降完成。當(dāng)出現(xiàn)破瓶出現(xiàn)時(shí)，C點(diǎn)瓶子隨著托盤(pán)開(kāi)始下降，D點(diǎn)瓶子下降到最低處。所以當(dāng)出現(xiàn)爆瓶和破瓶時(shí)，在D點(diǎn)瓶子會(huì)被次品檢出器撿出。（2）次品撿出器相關(guān)程序次品撿出器啟動(dòng)后，如果在最大次品撿出時(shí)間內(nèi)（tim110）內(nèi)，沒(méi)有檢測(cè)到次品的壓力，則在tim110時(shí)間到以后，次品撿出器停止。如果在最大次品撿出時(shí)間內(nèi)（tim110）內(nèi)，檢測(cè)到次品的壓力，則停止tim110的計(jì)時(shí)，開(kāi)啟tim009將次品送出去。梯形圖如圖5.10所示。圖5.10 次品撿出器工作環(huán)節(jié)5.3.4 貯料缸的相關(guān)程序當(dāng)最低液位傳感器檢測(cè)不到壓力時(shí)，進(jìn)料閥門(mén)打開(kāi)，開(kāi)始加料，當(dāng)最高液位傳感器檢測(cè)到壓力時(shí)，進(jìn)料閥關(guān)閉，為了保證

50、生產(chǎn)效率，貯料缸補(bǔ)充原料時(shí)灌裝系統(tǒng)應(yīng)該不停止，所以將貯料缸的程序當(dāng)做一個(gè)單獨(dú)的程序。梯形圖如圖5.11所示。圖5.11 貯料缸環(huán)節(jié)第6章 監(jiān)控程序的軟件設(shè)計(jì)6.1 組態(tài)軟件簡(jiǎn)介6.1.1 組態(tài)軟件的選擇目前自動(dòng)化控制方面的軟件品種繁多，但其組成部分大同小異。組態(tài)軟件由系統(tǒng)管理、梯形圖生成，計(jì)算公式生成（結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言生成）、歷史庫(kù)生成、圖形生成、報(bào)表生成等構(gòu)成。利用系統(tǒng)管理組態(tài)定義系統(tǒng)的硬件配置，只有硬件配置確定后，才能進(jìn)行后面的組態(tài)。選擇一個(gè)性能優(yōu)良的組態(tài)軟件對(duì)于整個(gè)控制管理系統(tǒng)的成功開(kāi)發(fā)、方便調(diào)試、可靠運(yùn)行至關(guān)重要。由北京世紀(jì)長(zhǎng)秋軟件有限公司推出的世紀(jì)星7.22版，己成功地應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。

51、鑒于北京世紀(jì)長(zhǎng)秋軟件有限公司的世紀(jì)星組態(tài)軟件較易掌握，且擁有良好的口碑。所以本設(shè)計(jì)在開(kāi)發(fā)灌裝監(jiān)控的畫(huà)面流程時(shí)采用了世紀(jì)星7.22版。6.1.2 世紀(jì)星組態(tài)軟件簡(jiǎn)介世紀(jì)星組態(tài)軟件的全稱是“世紀(jì)星通用工業(yè)自動(dòng)化監(jiān)控組態(tài)軟件”，它是在PC機(jī)上開(kāi)發(fā)的智能型人機(jī)接（HMI）軟件系統(tǒng)，以Windows 98/2000/NT 中文操作系統(tǒng)為平臺(tái)，全中文界面。 世紀(jì)星組態(tài)軟件是由北京世紀(jì)長(zhǎng)秋科技有限公司投資開(kāi)發(fā)，太極計(jì)算機(jī)公司、清華大學(xué)、中科院等單位參與了世紀(jì)星組態(tài)軟件核心模塊的開(kāi)發(fā)研制工作，在開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用國(guó)際先進(jìn)的組態(tài)理念，吸收當(dāng)前國(guó)內(nèi)外先進(jìn)組態(tài)軟件的優(yōu)秀成果，在最大地滿足和方便用戶的思想指導(dǎo)下，

52、采用了一系列獨(dú)特的技術(shù)，從而使產(chǎn)品在面向市場(chǎng)幾年的時(shí)間里，有了許多成功的應(yīng)用實(shí)例1。6.1.3 世紀(jì)星軟件組成世紀(jì)星組態(tài)軟件由開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和運(yùn)行系統(tǒng)兩部分組成。開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和運(yùn)行系統(tǒng)是各自獨(dú)立的Windows 32位應(yīng)用程序，均可單獨(dú)使用；兩者又相互依存，在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的工程和畫(huà)面應(yīng)用程序必須在運(yùn)行系統(tǒng)中才能運(yùn)行。 世紀(jì)星組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)是其應(yīng)用程序的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。開(kāi)發(fā)者在這個(gè)環(huán)境中完成工況畫(huà)面的設(shè)計(jì)、 數(shù)據(jù)庫(kù)定義、動(dòng)畫(huà)連接、設(shè)備安裝、命令語(yǔ)言編寫(xiě)等。開(kāi)發(fā)系統(tǒng)具有先進(jìn)完善的圖形生成功能；數(shù)據(jù)庫(kù)中有多種數(shù)據(jù)類型，對(duì)應(yīng)于控制對(duì)象的特性，對(duì)數(shù)據(jù)的報(bào)警、趨勢(shì)曲線、歷史數(shù)據(jù)記錄、安全防范等重要功能有簡(jiǎn)單的

53、操作方法。 世紀(jì)星組態(tài)軟件運(yùn)行系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境，用于顯示畫(huà)面開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中建立的動(dòng)畫(huà)圖形畫(huà)面，并負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)與I/O服務(wù)程序的數(shù)據(jù)交換。它通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理從工業(yè)控制對(duì)象采集到的各種數(shù)據(jù)， 并把數(shù)據(jù)的變化用動(dòng)畫(huà)的方式形象地表示出來(lái)，同時(shí)完成報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)記錄、趨勢(shì)曲線等監(jiān)視功能。6.2 組態(tài)畫(huà)面的具體設(shè)計(jì)世紀(jì)星7.22版的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)是應(yīng)用程序的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，我們可以在這個(gè)環(huán)境下完成界面的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)造、動(dòng)畫(huà)連接的定義等。其應(yīng)用程序制作過(guò)程如下：（1）設(shè)計(jì)灌裝過(guò)程監(jiān)控圖形界面；（2）將系統(tǒng)設(shè)計(jì)中用到的變量寫(xiě)入“變量數(shù)據(jù)庫(kù)”；（3）在“應(yīng)用程序命令語(yǔ)言編輯”中編寫(xiě)相關(guān)匯編語(yǔ)言；（4）對(duì)監(jiān)控圖形界

54、面中的圖形建立動(dòng)畫(huà)連接；（5）運(yùn)行和調(diào)試。6.2.1 組態(tài)圖形界面的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)圖形界面即用抽象的圖形畫(huà)面來(lái)模擬實(shí)際的灌裝過(guò)程和相應(yīng)的灌裝設(shè)備。構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)即創(chuàng)建一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫(kù)，用此數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量反映工控對(duì)象的各種屬性，如灌裝機(jī)貯液缸內(nèi)的液位。動(dòng)畫(huà)連接就是用動(dòng)畫(huà)模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況。運(yùn)行和調(diào)試則是用世紀(jì)星組態(tài)軟件的仿真PLC來(lái)提供現(xiàn)場(chǎng)的模擬數(shù)據(jù)，以確保各動(dòng)態(tài)點(diǎn)處于正確的連接狀態(tài)。汽水灌裝機(jī)控制系統(tǒng)流程畫(huà)面就是根據(jù)灌裝的工藝過(guò)程及工藝要求，用抽象的圖形畫(huà)面來(lái)模擬其實(shí)際的灌裝過(guò)程和相應(yīng)的灌裝設(shè)備，主要用來(lái)顯示各動(dòng)態(tài)信息，特別是主要的工藝參數(shù)、以方便操作人員及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況，并發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)

55、解決問(wèn)題。根據(jù)碳酸飲料的灌裝工藝，在灌裝機(jī)的前方有洗瓶機(jī)，洗瓶機(jī)的出來(lái)的瓶子在到達(dá)灌裝機(jī)以后，在機(jī)器的旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，完成對(duì)空瓶的上升充氣、進(jìn)液、回氣排余液、下降、送出等一系列過(guò)程，還設(shè)計(jì)了出現(xiàn)次品時(shí)，次品撿出工作的環(huán)節(jié)。本組態(tài)畫(huà)面是嚴(yán)格根據(jù)系統(tǒng)的自動(dòng)控制要求，結(jié)合控制流程圖，畫(huà)出具體的汽水灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)畫(huà)面，如圖6.1所示。該動(dòng)態(tài)畫(huà)面設(shè)計(jì)有設(shè)計(jì)美觀，形象逼真等特點(diǎn)，并且實(shí)物也盡可能完整的繪制了出來(lái)。圖6.1 灌裝系統(tǒng)組態(tài)圖形界面6.2.2 組態(tài)的變量設(shè)計(jì)變量數(shù)據(jù)庫(kù)又稱變量字典，它是世紀(jì)星組態(tài)軟件的核心，是一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，它是若干變量的集合。數(shù)據(jù)庫(kù)中的每一變量包括變量名、數(shù)據(jù)類型、變量取值范

56、圍、當(dāng)前值、連接的設(shè)備（對(duì)I/O 類型變量）等。運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)維護(hù)一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，各個(gè)功能模塊隨機(jī)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。在運(yùn)行本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫(kù)中保存的是本系統(tǒng)所有變量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。運(yùn)行系統(tǒng)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)同輸入的數(shù)據(jù)以及汽水灌裝機(jī)控制系統(tǒng)工作現(xiàn)場(chǎng)傳送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，再將數(shù)據(jù)送回汽水灌裝機(jī)控制系統(tǒng)工作現(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)更新變量數(shù)據(jù)庫(kù)中變量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)所用到的內(nèi)存型變量主要是內(nèi)存實(shí)數(shù)變量和內(nèi)存離散變量這2種，變量的定義如圖5.2所示。圖6.2 灌裝控制系統(tǒng)變量定義6.2.3 應(yīng)用程序命令語(yǔ)言編輯按照系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，通過(guò)定義變量，編寫(xiě)程序，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)所對(duì)應(yīng)的瓶子的運(yùn)行狀態(tài)。在本設(shè)計(jì)中，由于世紀(jì)星的特殊功能，即除了在定義動(dòng)畫(huà)連接時(shí)支持連接表達(dá)式外，還允許定義類似于C語(yǔ)言的命令語(yǔ)言來(lái)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用程序，所以自動(dòng)控制系統(tǒng)在使用連接表達(dá)式的同時(shí)使用“應(yīng)用程序命令語(yǔ)言”來(lái)控制系統(tǒng)狀態(tài)，使的系統(tǒng)更加靈活。系統(tǒng)的組態(tài)編程如