飲料灌裝生產(chǎn)流水線PLC控制.doc

飲料灌裝生產(chǎn)的PLC控制摘要：文章探討了如何利用德國西門子PLC S7-200 進(jìn)行飲料灌裝生產(chǎn)流水線的控制，重點分析了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計部分，并給出了系統(tǒng)硬件接線圖、PLC 控制I/O 端口分配表以及整體程序流程圖等，實現(xiàn)了飲料灌裝的自動化，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強度。關(guān)鍵詞：PLC；自動化飲料灌裝生產(chǎn)線；系統(tǒng)硬件接線圖；I/O 端口分配表傳統(tǒng)的飲料罐裝生產(chǎn)線的電氣設(shè)備控制系統(tǒng)是傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制方式,在使用的過程中，生產(chǎn)工效低，人機對話靠指示燈+按鈕+訊響器的工作方式，響應(yīng)慢，故障率高，可靠性差，系統(tǒng)的工作狀態(tài)、故障處理、設(shè)備監(jiān)控與維護(hù)只能憑經(jīng)驗被動的去查找故障點。且在生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生二次污染，造成合格率低，生產(chǎn)成本增加。而自動化生產(chǎn)線在眾多領(lǐng)域應(yīng)用得非常廣泛，其控制部分常常采用PLC 控制，它使自動化生產(chǎn)線運行更加平穩(wěn)，定位更加準(zhǔn)確，功能更加完善，操作更加方便。為適應(yīng)發(fā)展，故提出下面的PLC控制技術(shù)改造現(xiàn)有生產(chǎn)線。本文介紹了德國西門子PLCS7- 200 在自動化飲料罐裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并從硬件和軟件兩方面進(jìn)行了分析和研究。一、設(shè)計任務(wù)1、課題內(nèi)容飲料罐裝生產(chǎn)流水線梯形圖控制程序設(shè)計并畫出電氣接線圖。2、控制要求（1） 系統(tǒng)通過開關(guān)設(shè)定為自動操作模式、手動操作模式，一旦啟動，則傳送帶的驅(qū)動電機啟動并一直保持到停止開關(guān)動作或罐裝設(shè)備下的傳感器檢測到一個瓶子時停止；瓶子裝滿飲料后，傳送帶驅(qū)動電機必須自動啟動，并保持到又檢測到一個瓶子或停止開關(guān)動作。（2） 當(dāng)瓶子定位在罐裝設(shè)備下時，停頓1.1秒，罐裝設(shè)備開始工作，罐裝過程為5秒鐘，罐裝過程應(yīng)有報警顯示，5.1秒后停止并不再顯示報警。（3） 用兩個傳感器和若干個加法器檢測并記錄空瓶數(shù)和滿瓶數(shù)，一旦系統(tǒng)啟動，必須記錄空瓶數(shù)和滿瓶數(shù)，設(shè)最多不超過99999999瓶。（4） 可以手動對計數(shù)值清零（復(fù)位）。3、 課題要求（1） 根據(jù)課題的控制要求完成設(shè)計（2） 對電機、傳感器、到位開關(guān)選型并列出選型依據(jù)（3） 畫出電氣連線圖，寫出程序流程圖及代碼（4） 完成課程設(shè)計說明書二、總體設(shè)計方案1、飲料灌裝流水線的基本結(jié)構(gòu)整個灌裝流水線的基本結(jié)構(gòu)如圖1、圖2、圖3所示。整個流水線由主傳送帶、次品傳送帶、灌裝裝置、次品推動裝置、定位傳感器、次品檢測傳感器等組成。電動機的啟動和停止，灌裝裝置向上、向下移動和灌裝，次品的檢測、推動都是由PLC控制的。流水線由傳感器實時監(jiān)控，由PLC控制，控制準(zhǔn)確，自動化程度高。一、系統(tǒng)概況飲料灌裝生產(chǎn)流水線是指按一定控制要求將有關(guān)驅(qū)動電機、電氣控制裝置、檢測裝置等組合為一體的多功能自動控制裝置。本系統(tǒng)電鍍生產(chǎn)線采用了傳送帶，傳送帶用一臺電動機控制，同時用變頻器對電機平滑調(diào)速。1、生產(chǎn)工藝及流程該罐裝生產(chǎn)線為人工/自動操作的工作程序，由2只電磁閥控制托瓶架的升降，2只電磁閥控制壓蓋的行程。驅(qū)動部分有：清水泵、無菌泵、清洗輸送、灌裝輸送、灌裝泵。1.1、手動控制工作狀態(tài)將操作臺上旋鈕置手動，各工位工作狀態(tài)如下：（1）按啟動按鈕，傳送帶把洗過的空瓶送到托瓶架上；托瓶架啟動，把洗過的空瓶送到罐裝機的罐裝口；罐裝泵啟動，罐滿后自動停止；（2）按停止按鈕，傳送帶停止。1.2、自動控制工作狀態(tài)（1）啟動：按下自動按鈕后，生產(chǎn)線進(jìn)入自動工作狀態(tài)，具備工作條件后，瓶子隨著傳送帶進(jìn)入工序。（2）罐裝：當(dāng)瓶子隨著輸送帶平穩(wěn)的進(jìn)入托瓶架時，托瓶架的限位開關(guān)信號送給PLC，翻瓶架的一組氣動電磁閥打開，汽缸開始工作，將瓶子送到罐裝口的下部，這時汽缸上限信號送入PLC，罐裝泵開始啟動，在罐裝的過程中翻瓶架自動落下，罐裝到一定的時間（及罐滿）后自動停止（罐裝時間3/5加侖的設(shè)定時間不同），罐裝結(jié)束后，經(jīng)過一定的延時時間，罐裝輸送帶開始啟動。具體流程圖如圖1 所示。在工作過程中，有自動和手動兩種工作方式選擇，操作方便。在多數(shù)情況下選擇自動工作方式，在維修和特別處理情況下選擇手動工作方式。二、系統(tǒng)硬件設(shè)計根據(jù)自動化電鍍生產(chǎn)線的控制要求，我們采用了德國西門子PLC S7- 200 CPU226 型號，此類型PLC 無論獨立運行，還是聯(lián)接網(wǎng)絡(luò)都能完成各種控制任務(wù)。它的使用范圍可以覆蓋從替代繼電器的簡單控制到復(fù)雜的自動控制。其應(yīng)用領(lǐng)域包括各種機床、紡織機械、塑料機械、電梯、生成流水線等行業(yè)。S7- 200CPU226 通訊功能完善，具有極高的性能價格比是很突出的特點，也是我們采用它的主要原因。 PLC 為此系統(tǒng)的控制核心，此系統(tǒng)的輸入信號有兩部分，一部分是啟動、停止等面板控制按鈕，另一部分是多種行程開關(guān)，這些面板按鈕信號和傳感器信號作為PLC 的輸入變量，經(jīng)過PLC 的輸入接口輸入到內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器，然后在PLC 內(nèi)部進(jìn)行邏輯運算或數(shù)據(jù)處理后，以輸出變量的形式送到輸出接口，從而驅(qū)動電機來控制行車的運行和吊鉤的升降。此系統(tǒng)PLC 硬件接線圖如圖2 所示，I/O 端口分配表如表1 所示。三、系統(tǒng)軟件設(shè)計飲料灌裝生產(chǎn)流水線的操作方式分為手動操作方式和自動操作方式。自動操作方式主要指連續(xù)操作方式。手動操作是指用開關(guān)對系統(tǒng)的操作模式進(jìn)行設(shè)置。例如，當(dāng)選擇自動操作模式時，啟用連續(xù)操作方式。連續(xù)操作是指從原點開始，按一下啟動按鈕，系統(tǒng)將自動地、連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。在工作中若按一下停止按鈕，系統(tǒng)將繼續(xù)完成一個周期的動作后，回到原點自動停止。此系統(tǒng)的整體程序結(jié)構(gòu)如圖3 所示。按一下啟動按鈕I1.0 執(zhí)行一個動作，并按規(guī)定順序進(jìn)行。在單周期工作方式和連續(xù)操作工作方式下，可執(zhí)行自動操作程序。當(dāng)按下連續(xù)按鈕I0.7 和啟動按鈕I1.0 后，中間繼電器M1.0 置位，連續(xù)執(zhí)行自動操作程序。當(dāng)按下單周期按鈕I1.3 后，中間繼電器M1.0 復(fù)位，執(zhí)行一次自動操作程序就停止。在單操作程序、步進(jìn)操作程序和自動操作程序中都必須使用中間繼電器，最后通過轉(zhuǎn)換能控制共同的輸出繼電器。根據(jù)前面的系統(tǒng)控制要求和I/O 分配表分析可得自動操作流程圖如圖3 所示。具體的工作過程如下：當(dāng)PLC 運行時，初始脈沖SM0.1 對狀態(tài)進(jìn)行初始復(fù)位。當(dāng)系統(tǒng)在原點時，狀態(tài)繼電器S0.0 置1，Q0.4 得電，原位狀態(tài)指示燈亮。接下啟動按鈕I1.0 后，狀態(tài)繼電器S0.1 置1，同時S0.0 清零，原位狀態(tài)指示燈熄滅，Q0.0 得電，吊鉤執(zhí)行上升動作。當(dāng)上升碰到上限位開關(guān)I0.0 時，狀態(tài)繼電器S0.2 置1，同時S0.1 清零，吊鉤停止上升，Q0.2 得電，行車開始右行，當(dāng)右行到XK1 行程開關(guān)時，狀態(tài)繼電器S0.3 置1，同時S0.2 清零，行車停止右行，Q0.1 得電，吊鉤開始下降，當(dāng)碰到下限行程開關(guān)I0.1 時，狀態(tài)繼電器S0.4 置1，同時S0.3清零，吊鉤停止下降，鍍件處于前處理槽中，定時器T37 開始計時，15S 后，定時滿，T37 常開觸點閉合使?fàn)顟B(tài)繼電器S0.5置1，同時S0.4 清零，Q0.0 得電，吊鉤開始上升，重復(fù)執(zhí)行上升右行下降延時四個過程，具體操作省略，當(dāng)在后處理槽30S 后，定時器T39 得電，狀態(tài)繼電器S1.5 置1，同時S1.4 清零，Q0.0 得電，吊鉤開始上升，當(dāng)碰到XK3 行程開關(guān)，狀態(tài)繼電器S1.6 置1，同時S1.5 清零，吊鉤停止上升，Q0.3 得電，行車開始左行，當(dāng)左行碰到左限限位開關(guān)I0.2，狀態(tài)繼電器S1.7 置1，同時S1.6 清零，行車停止左行，Q0.1 得電，吊鉤開始下降，當(dāng)碰到下限開關(guān)I0.1，吊鉤停止下降。如果為連續(xù)工作方式，M1.0 置1，狀態(tài)繼電器S0.1 置1，重復(fù)執(zhí)行自動程序。若為單周期操作方式，M1.0 清零，狀態(tài)繼電器S0.0 置1，停止在原位。四、結(jié)語PLC 應(yīng)用于自動化電鍍生產(chǎn)線，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強度，為了適應(yīng)多種不同鍍件的工藝要求，還可編入多套工藝流程，系統(tǒng)的靈活性和通用性強，設(shè)計周期短。此控制系統(tǒng)經(jīng)過兩年多的實際運行，具有可靠性高，易操作，易維護(hù)等優(yōu)點，已取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，有著廣泛的應(yīng)用前景。國內(nèi)飲料產(chǎn)量連年遞增。隨著飲料市場的不斷發(fā)展, 預(yù)計到2015年飲料產(chǎn)量將達(dá)到3700 萬噸。然而, 飲料行業(yè)的快速發(fā)展卻不能掩蓋企業(yè)成本壓力逐漸加大的事實。縱觀國內(nèi)飲料市場, 糖價的上漲和國際石油價格上漲帶來的PET 價格的上漲, 使飲料企業(yè)的成本大大提高。盡管如此, 沒有哪個飲料企業(yè)可以毫無顧忌地將產(chǎn)品提價, 以防企業(yè)在市場競爭中在價格上處于劣勢。企業(yè)在面對成本的壓力時, 只能從多方面進(jìn)行自我消化和調(diào)節(jié), 而降低包裝成本從而緩解一部分成本壓力, 無疑是許多飲料企業(yè)都采取的措施。在這種情況下, 飲料行業(yè)在包裝方面則呈現(xiàn)了一定的變化趨勢。整線包裝解決方案受到用戶更多的重視整線包裝解決方案包括: 吹瓶、灌裝、套標(biāo)、裝箱等, 它可以從整線工藝、工程設(shè)計規(guī)劃、人員管理等方面為用戶節(jié)省包裝成本。特別值得一提的是, 目前飲料生產(chǎn)企業(yè)在市場競爭的壓力下, 希望通過不斷開發(fā)新的產(chǎn)品、采用創(chuàng)新的包裝形式以適應(yīng)消費者的需求, 進(jìn)而贏得更廣闊的市場。那么在這種情況下, 飲料生產(chǎn)企業(yè)就必須通過包裝線的改變來實現(xiàn)產(chǎn)品包裝的變化。我們可以舉一些例子: 例如飲料企業(yè)要改變一種瓶型, 將直立瓶改為弧形瓶或者將圓瓶改為方瓶, 這些就要求供應(yīng)商提供從吹瓶、灌裝到包裝各個環(huán)節(jié)與之相適應(yīng)的包裝解決方案, 使整條生產(chǎn)線都要滿足該瓶型的生產(chǎn)要求, 此時單一的設(shè)備供應(yīng)商比幾家設(shè)備供應(yīng)商能夠更快速、更優(yōu)秀的完成整個改造。關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)方法311飲料罐恒液位控制1 設(shè)裝酒泵流量為q (L /s) , 則裝酒量為Q = qt。當(dāng)酒瓶大小一致, 酒位h 應(yīng)為Q 的函數(shù), 即h=f (Q )。又由于灌裝設(shè)備的裝酒時間段相等, 因此, 只要控制裝酒泵的流量恒定, 則可確保酒瓶中的酒位相等且為常數(shù)。由于裝飲料罐泵屬清水泵系列, 其出口壓力與出口流量有著一一對應(yīng)的關(guān)系, 滿足清水泵的H-2Q 特性2 (這里H 為水泵的揚程即出口壓力) , 因此, 只要使裝飲料罐泵的出口壓力恒定就可保證出飲料罐流量恒定, 從而確保了液位恒定, 其原理框圖如圖3 所示。這里要說明的是采用壓力傳感器代替流量傳感器,間接地解決了在線檢測酒瓶中酒位的難題,而控制精度沒有降低,控制方案更為簡單。312速度調(diào)節(jié)控制在速度調(diào)節(jié)控制中, 采用變頻新技術(shù), 用交流電機取代了原生產(chǎn)線的直流電機, 通過改變變頻器的控制信號(4 20mA ) 的方法來實現(xiàn)整個生產(chǎn)線的速度調(diào)節(jié)和速度設(shè)定。其控制系統(tǒng)框圖如圖4 所示, 速度調(diào)節(jié)規(guī)律如圖5。這里需要說明以下兩點: 1) 當(dāng)PLC 接到堆堵或故障信號時, 則送一開關(guān)信號K, 將減速信號S 接入調(diào)速回路, S 信號具有在規(guī)定的時間內(nèi)均勻地從0 增加到速度設(shè)定值SP, 其增加的斜率將是生產(chǎn)線減速直至停車的斜率; 反之, K 斷開, 生產(chǎn)線將在SP 的作用下, 加速直至預(yù)置速度vSP。2) P ID 控制器為Honeyw ell 公司的E40B 控制器, 其輸入U 同時送到M 12M 26的控制回路,經(jīng)適配器作為其他電機轉(zhuǎn)速設(shè)定值, 從而實現(xiàn)了整個生產(chǎn)線的同步協(xié)調(diào)控制。313其他信號的檢測與控制電機的過流保護(hù)、生產(chǎn)線的各限位開關(guān)、瓶堵等的檢測信號以及CO 2 預(yù)壓閥、壓蓋機構(gòu)等的控制信號均為開關(guān)量信號, 由C200H 完成。應(yīng)用效果該一體化自動生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)緊湊、功能強、控制精度高、操作簡便、生產(chǎn)效率高、抗干擾能力強。同時，在自動運行狀態(tài)下，如發(fā)現(xiàn)異常情況，可直接按下急停按鈕，PLC具有信號分析處理功能，經(jīng)邏輯判斷后輸出一個動作信號，一旦發(fā)現(xiàn)疑問，輸出信號受阻，生產(chǎn)線就會停止，PLC自動檢測輸入輸出工作情況可很快找到故障點，給維修帶來了很大的方便，使生產(chǎn)線的穩(wěn)定性、可靠性大大提高 ，且給今后實現(xiàn)生產(chǎn)工藝監(jiān)控系統(tǒng)，實行全過程動態(tài)控制打下了基礎(chǔ)。改造后，產(chǎn)量從原來的30桶/小時提高到80桶/小時，產(chǎn)量相應(yīng)提高了167%。由于生產(chǎn)工藝實現(xiàn)了全過程自動控制，把原來的生產(chǎn)線改為全封閉式生產(chǎn)方式，基本上不于人體接觸，降低了二次感染率，因此產(chǎn)品合格率比原來提高了98%。4結(jié)論1) 該控制系統(tǒng)將恒酒位控制變?yōu)楹銐毫刂? 從而節(jié)省了投資, 簡化了控制, 裝酒誤差為0