课程设计 饮料罐装生产流水线的PLC控制

   饮料灌装机用于罐装各种各样的瓶装饮料，适合大中型饮料生产厂家。早期的罐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、更换罐装规格困难等。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，计量精度由可编程控制器（PLC）控制确定。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。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。

饮料灌装装置主要包括两部分：恒压储液罐灌液和计数部分。在恒压储液罐灌液中，里面有上限液位和下限液位传感器，它们被淹没时是1状态。液面低于下限液位时恒压储液罐为空。饮料通过进液电磁阀流入恒压储液灌，液面到达上限位时进液电磁阀断电关闭，使液位保持稳定。

恒压储液罐下面是罐装头部分，共有若干个灌装头。夹瓶装置由气缸1驱动下降，下降到位后，夹瓶装置由气缸2夹紧定位，下降及夹紧由行程开关控制位置。定位夹紧后，罐装头由气压缸3驱动下降，到位后灌装头电磁阀打开，开始灌液，延时后电磁阀关闭，通过电磁阀的开启达到罐装容量控制。

由此饮料罐装设计流程图1-1所示。

图1-1 饮料罐装设计流程图

传送带电动机启动1s后，进瓶气缸缩回、开始进瓶，3s后出瓶处气缸4伸出挡住空饮料瓶。进瓶出设置光电开关检测进瓶个数，当检测到24个是，出瓶处气缸5伸出不再进瓶，传送带电动机停止。这时，灌装头下降到瓶口，由通过触摸屏输入的时间使PLC控制灌装头的开启时间。罐装结束后，灌装头上升，夹瓶装置放松、上升。出瓶处气缸缩回，传送带电动机有开始启动，1s后进瓶处气缸5缩回，光电开关开始检测进瓶个数。

工艺控制要求如下：

(1)系统通过开关设定为自动操作模式，一旦启动，则传送带的驱动电机启动饼         

    一直保持到停止开关动作或罐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

(2)当瓶子定位在罐装设备下时，停顿1秒，罐装设备开始工作，罐装过程为5

    秒钟，罐装过程应有报警显示，5秒后停止并不再显示报警

(3)用两个传感器和若干加法器检测并记录空瓶数和满瓶数，一旦系统启动，必

须记录空瓶数和满瓶数，设最多不超过99999999瓶。

(4)可以手动对计数值清零（复位）。

第二章 I/O分配和设备选型

2.1 I/O地址定义

    根据对饮料灌装机的系统控制分析，系统采用自动工作方式，其输入信号    

有系统开启/停止按钮信号

2.2 设备选型

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2-2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。

在本交通灯控制系统中，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作为控制器构成交通指挥信号灯的控制系统。

第三章  饮料罐装机系统电气原理图

3.1 饮料罐装机系统控制结构图

     系统控制结构图如图3-1所示。当按下启动开关正常工作时，通过PLC的控制下进行罐装、计数工作。当按下停止开关时，系统停止工作。

图3-1 系统控制结构图

3.2 饮料灌装机系统外围接线主电路

     系统外围接线主电路如图3-2所示。

 根据I/O地址的定义，PLC外部输入输出信号的接线如图3-2所示。按图完成接线。

图3-2 系统外围接线图

第四章   系统程序设计

当按下启动开关时，系统开始工作其实现程序如下：

系统进入生产的程序如下：

系统进入计数的程序如下：

设计总结

    通过本次课程设计，对西门子系列PLC的特点有了更深的理解。利用了西门子系列PLC的特点，对按钮、开关等输入/输出进行控制，实现了自动化控制。

在本次课程设计的实践环节中，我更深刻地理解和掌握了电器控制及可编程控制器(PLC)的理论知识和动手技能。参阅了大量的电器控制及可编程控制器(PLC)系统设计的书籍资料，查询了大量的图表、程序和数据，使得课程设计的方案和数据更为翔实和准确。

经历三周的方案设计、比较、论证、探讨等步骤，经过不懈的努力和反复的验证，积聚了同组同学的一致讨论并通过，再加上指导老师的细心点拨和教诲，终于成功地完成了本次课程设计。但是，由于学识浅薄和资历肤浅，对待解决问题还不成熟，望老师不吝纠正，深感谢意！

参考文献

（1）张万忠 刘明芹 电器与PLC控制技术。北京：化学工业出版社，2006

（2）胡寿松 自动控制原理。北京：科技出版社，2001

（3）李正熙 白晶 电力拖动控制系统。北京：冶金工业出版社，2003

（4）王兆安 黄俊 电力电子技术：西安,机械工业出版社2001

（5）方康玲 过程控制系统：武汉，武汉理工大学出版社。2003

（6）http://www.jiansuji001.com

（7）http://www.cndzz.com

（8）http://www.epud.cnki.net

附  元件清单