1、饮料灌装系统设计本科学位论文摘要饮料灌装系统，主要由灌装系统和传送带系统组成，灌装系统主要是定量控制灌装，传送带主要用于瓶子传送。饮料灌装系统，集中体现了微型控制的特点，自动化的灌装系统，极大地提高了灌装效率。本设计主要以PLC为控制中心，对灌装过程实行定量控制、实时监控、准确灌装。设计总体而言分成两大板块，第一个板块是硬件设计，第二个板块是软件的设计。硬件设计包括灌装系统的实现过程，传送带安装、灌装机械组成、灌装元件使用、电气控制设计等等；软件设计包括控制程序设计、仿真实现等等。饮料灌装系统需要对不同大小的瓶子进行判断，当每个瓶子装满以后，控制系统还要对瓶子数量进行记录，除此之外，根据记录的
2、数据，确定包装箱包装的量。整个系统需要具有手动和自动两种模式，还需要具有一定的复位。灌装过程，液体不能滴漏，结束灌装时无悬液，PLC要对整个过程实现实时监控，确保灌装顺利进行。本设计是对机电一体化、PLC控制技术、传感器技术等的总和使用，以PLC为中心形成的控制网络，具有良好的控制性和可靠性，PLC的使用和运行方便可靠，能较好的协调输入输出，实现循环顺序，独特的复位使得在任何情况下都能使程序从头开始运行，根据设置的程序不同，还可以实现报警、显示、监测等等功能。本次毕业设计是对大学四年所学知识最好的检验，设计中使用到的分析方法和分析思路非常重要。关键词：饮料灌装系统 PLC 自动化 设计Abst
3、ractThe beverage filling system is mainly composed of a filling system and a conveying belt system, and the filling system mainly comprises a quantitative control filling, and the conveying belt is mainly used for bottle delivery. Beverage filling system, which embodies the characteristics of micro
4、control, automation of the filling system, greatly improve the filling efficiency.This design mainly uses PLC as the control center, and the filling process is quantitatively controlled, real-time monitoring and accurate filling. Overall design is divided into two sections, the first plate is the ha
5、rdware design, the second plate is the software design. Hardware design includes the realization of the filling system, conveyor belt installation, filling machine components, the use of filling components, electrical control design and so on; software design includes control program design, simulat
6、ion, etc. Beverage filling system needs for different size of bottle to judge, when after the jar with each, control system but also to record the number of bottles, in addition, according to the recorded data determined the amount of packaging. The whole system needs to have two kinds of manual and
7、 automatic mode, but also need to have a certain reset. Filling process, the liquid can not leak, the end of the filling without suspension, PLC to on the whole process of the realization of real-time monitoring, to ensure that the filling smoothly.This design is of mechanical and electrical integra
8、tion, PLC control technology, sensor technology and the sum of the use, to form a PLC as the center of the control network, has good control performance and reliability, convenient and reliable use and operation of PLC, better coordination of input and output, realize the circulation order, unique r
9、eset the in any case can make the program from scratch operation, according to the different program settings, can also achieve alarm display, monitoring and so on. The graduation project is the University of four years of the best knowledge of the test, the design of the use of analytical methods a
10、nd analysis of ideas is very important.Keywords：Beverage filling system；PLC；Automation；Design1 导言1.1本设计内容和意义随着大家百姓的生活的不断提高和物质方面生活的不断改善，百姓对于饮料的需求量不断在变大，各种饮料不断呈现在百姓的眼前，比如我们经常看到的碳酸类饮料、凉茶类饮料、体质能量类饮料，随着品种不断的增多，百姓对于这些饮料的需要的量也在不断的增多，所以，高效率安全的灌装饮料系统就显得非常重要了，更多的饮料厂家正在寻求高效率、稳定、可靠的灌装方式，来满足自身生产的需要。伴随着这个社会的进步和这个
11、社会的发展，在我们的生产领域里面，对于这个生产工艺的这些要求是越来越高了，以前很多手动控制的方式，现在很多都不能满足实际的生产的需要了，更多的地方要求了要有自动化控制，除此之外，很多简单的控制的这些设备，已经和我们需要的和必须使用的控制不匹配了。以前很多的以触点这些为代表的控制系统，已经是满足不了控制的要求了，很多地方都要求了以计算机为核心部件的带有存储和运算等等功能的控制系统。可编程控制器的出世，就解决了许多上述描述的问题，给我们现在的生产带来了许许多多的变化，使得效率等等方面得到了前所未有的提高。本次设计，主要是对PLC控制技术的相关一些内容和相关一些设计方法等等，融入控制技术，对相关电机
12、这些的控制，将传感器揉合在内，应用于我们的生产上面，实现对我们实际的生产的灌装、压盖等等，以及不同的生产对象等等。这个设计以PLC的控制作为中心东西，结合了许多的机电一体化技术，非常明显的显示了PLC在我们工业环境中的控制作用。本设计说明在从PLC原理进行讲解这个起点出发，进行整体设计。设计说明书中针对设计原理进行了详细的说明，并对所要用到的元器件进行了选型。某些功能还通过了程序的设计实现了相关要求。设计具有手动操作和自动操作两种模式，方便了维修和根据人们自身意愿操作。从节约硬件资源出发，能用软件实现的功能尽量用软件实现。此设计是对四年机电学习的总结，也是机电一体化技术的综合运用。当今世界下，
13、其他先进国家的灌装技术和封口技术不断发展，形成了效率高、功能多、灌装精确等等特点，对于罐装的对象来说，从易碎的玻璃瓶到我们常见的塑料瓶子，从高温和热温灌装到低温常温灌装，应有尽有，灌装系统也在不同的条件下进行既定功能的工作。在全世界范围来说，最快的灌装系统一分钟的时间里可以灌装2400多瓶，美国DHK公司生产的灌装系统具有220多个灌装头，灌装头的直径小到0.2ML，大到灌装直径10米的容器。在我们平常使用的灌装系统里面，灌装的头一般是40-80个灌装头，当满负荷运载的情况下，一分钟可以灌1600瓶，灌装好以后，瓶子传送带的运转可以达到30转一分钟，在这个速度下，设计还可以提高1.5倍左右，不
14、仅可以完成碳酸饮料等灌装，还可以完成具有高要求场合的灌装。在我们许多传统的饮料罐装系统里面，还是用的是我们传统的控制方式，那就是继电器接触器控制，这个控制方式众所周知，从控制系统来说，是非常复杂的，整套系统的安全性、可靠性和稳定性都不是很高，种种缺点的存在，导致这种传统的控制系统无法满足我们期待的生产效率和生产效果。随着时间的推移，微型控制器进入我们的现实生活，由于控制系统智能化的发展来到来，这些传统的继电器接触器控制方式正在慢慢被取代，饮料罐装系统逐步被控制器取代，生产效率上得到大大的提高。以PLC为控制中心的控制系统，摒弃了传统的控制系统的缺点，在系统复杂程度上大大降低，独特的软件实现硬件
15、功能，节省了许多硬件资源的投入，提高了可靠性、安全性和稳定性，同时，考虑到具体的使用和维护，又有许多的维护维修功能。在编程方面，简单易学的编程语言对于初学者来说极易上手，顺序化的设计，流程图的表示使得设计过程具体实在，后期维护上和更新上极大方便。同时PLC自身具有的独特特点，具有自我诊断功能，接线简单容易，都使得PLC使用简单。对于此次设计来说，使用的PLC简单易懂，与各个输入输出配合简单，有例可循。1.2毕业设计要求1、毕业论文(设计)的任务（1）了解饮料灌装控制系统的工艺流程以及控制方法。（2）选择PLC作为控制器，设计饮料灌装控制系统。（3）撰写毕业论文。2、目的毕业设计的目的是为了全面
16、复习，综合运用大学四年所学的基本理论、基础及专业知识，加强对控制系统的认识，提高学生综合运用所学知识分析与解决实际问题的能力，为毕业后从事工程技术和科研工作奠定基础。3、具体要求（1）通过毕业实习和课题调研，查阅相关的文献资料，撰写调研报告与开题报告各1份。（2）熟悉课题工作原理。通过饮料灌装控制系统工艺流程的分析和研究，设计一套PLC控制系统，对其控制网络结构，硬件，plc控制程序进行设计。（3）在总结毕业设计成果的基础上，撰写毕业论文一份，要求字符数不少于1.5万字，中文摘要350字以内，外文摘要与中文摘要对应。文本的质量符合毕业设计说明书规范。（4）完成一篇与课题相关的英文专业文献翻译工
17、作，该文献应是一篇完整的科研论文或英文专著中的完整章节，英文字符数不少于1.2万字符，要求译文通顺、达意。1.3此设计研究内容根据设计要求可以知道，本次设计主要有两大板块组成，一是灌装系统的硬件设计，一是灌装系统软件的设计。硬件设计里面主要是灌装实现过程、灌装量控制过程、电气控制部分等，根据满足功能的输入和输出，将传感器和继电器等融为一体；软件设计部分主要包括对控制程序的设计，程序的仿真和调试等等。根据任务要求，饮料罐装系统要满足以下功能：一是具有自动操作模式和手动操作模式，在自动模式下，当启动按钮被按下之后，传送带上的电机开始工作，带动传送带运动，传送带一直保持运动，直到行程开关动作或者瓶口
18、对准灌装口下面时停止，当瓶子里面装满饮料以后，自动盖上盖子，此时传送带又开始工作，运转，直到碰到行程开关或者下一个瓶子对准灌装口，如此重复工作。自灌装的时候，瓶子口对准灌装口，要实现准确的定位，此时停止的时间是一秒，一秒时间到了以后，灌装设备开始工作，我们假定容量大的瓶子灌装需要八秒，容量小的瓶子灌装需要五秒，当灌装完了以后，对瓶子口上盖，打上盖子的时间持续两秒。为了系统的安全和可靠性，在灌装和盖盖子两个过程上面需要设置报警，在盖子盖进瓶子后，报警消除了，报警采用红色指示灯间隔闪亮，闪亮时间零点五秒；在灌装完了以后，就是对瓶子进行包装，容量小的瓶子设置四十瓶装一个大包装，三十瓶装一个适中包装，
19、二十瓶装一个小包装。容量大的瓶子，二十瓶设置为一个大包装，十五瓶设置一个中包装，十瓶设置一个小包装。除上述内容之外，饮料灌装系统还要我们罐装的数量和包装的数量记录数据，就是记录生产了多少，方便我们厂家生产管理。2 整体设计2.1对设计任务进行分析此次饮料罐装系统的控制中心使用西门子PLC作为控制中心，输入包括传感器、行程开关等等，主要用来感应灌装过程里，待灌装瓶子的位置，待灌装瓶子尺寸等，通过传感器自身感应和处理，与PLC进行信息交互，PLC将这些信息整理分析，根据设定的程序，按既定方式处理，将处理结果输出，使得继电器或者电机等开展相应的工作，这样的过程高效稳定，执行起来简单易懂，方便于后期操
20、作维护。设计的整个进程是这样的：灌装系统采用全自动运行控制，当按下启动开关以后，由PLC完成整个过程的运行，具体运行方式由程序决定，传感器负责检测和感应瓶子信息，继电器等控制相关部件进行工作，为了减少硬件资源投入，计数部分采用PLC内部独有的计数器进行计数，最后通过显示屏显示。2.2硬件板块在饮料罐装系统里面，灌装的执行主要是依靠灌装机完成的，灌装机是把灌装部分和压盖部分放在一起，先进行饮料灌装，然后在进行压盖，这样两个过程集成为一个过程，生产效率大大提高，完成的结果也令人满意。在判断饮料瓶子多大尺寸上面，主要是依靠安装在生产线上面的光电传感器来判断的，该光电传感器为反射式。同时，使用辅助继电
21、器来进行计数的相关部分工作，计数原理为高电平触发。饮料灌装系统的工作过程是，系统在启动按钮按下以后，得电，此时传送带的电机开始转动，当空空的饮料瓶触碰到行程开关时候，传送带上面的电机不工作停止，灌装机借助于气动阀门的通断来对灌装量多少进行控制，当灌装完成以后，电动机又开始工作，传送带运转，由此循环下去，完成批量生产任务，安装在下面的光电传感器判断瓶子尺寸。2.3软件板块此次设计中，我们在对PLC控制程序进行设计的时候，采用逻辑设计和经验设计并存的设计方法，在使用到相关方面程序指令的时候，查阅相关资料，找到满足功能要求指令，按照经验设计的方法进行编写。软件设计的原则是尽量软件能解决的问题，就依靠
22、程序设计解决，减少硬件资源的投入。设计中可以采用输出核心为中心，搞清楚各个需要控制的对象的具体工作过程和需要执行的动作，根据了解和收集到的情况，最后确定出输入是哪些，输出是哪些，接着就可以根据这些内容进行接线图的设计。考虑到所有继电器的具体情况，合理采用中间继电器，编程的时候合理使用辅助继电器和定时器等等，最后在程序设计的方面，按照顺序绘制梯形图。整个设计过程必须具有逻辑性，顺序性。图一 系统示意图3 元器件3.1 PLC可编程控制器，简称PLC，是把计算机原有的一些技术拿来作为建立基础，实现我们需要功能要求的一个微型的装置。PLC将控制这个板块、传输这个板块、通信这个板块融合在一起，它一遍可
23、以储存相关的写入的数据，一边根据这个数据来工作，它有着和人体大脑相似的一些功能，可以自我进行逻辑方面的一些运算，顺序性方面的东西以及可以自己进行计时、计数甚至是较为复杂的一些带有算术的运算等等，最后把这些信息通过自己数字量或者模拟量，经过输入或者是对应的输出路口，将这些信息变成我们期待的动作1功能。PLC一般都是一个机电一体化系统的中心，这个中心将有限的资源整合、合理的调配，使得各个部件都发挥着自身应该发挥的作用，同时，PLC本身的扩展，使得这种对不同部件的融合越来越多。在我们原始的或者说最早的一些控制系统里面，使用的还是我们最初的传统的继电器和接触器配合的控制系统，时间到了20世纪，在20世
24、纪这个时代里面，我们的工业和工业生产制造等等方面都发生了翻天覆地的变化，随着存在于市场里面的竞争越来越激烈，对原有的这个生产效率带来的结果人们已经不能再感到满足，新产品的不断出世，使得我们原有的继电器接触器控制系统就变得捉襟见肘，后期的发展就对产品的高效率成批生产，品种的丰富性，降低成本等等方面提出了全新的要求，所以，非常急切的需要一先进的、自动化程度非常高的自动控制器来代替原来有的继电器接触器控制系统，要求种新的控制器不仅能满足高效率的生产要求，还要具有高度的控制功能。时间来到1969年，在美国的DEC公司通过不断研究，产生了世界上第一台真正意义的 PLC，并且立刻应用于汽车生产行业，并取得
25、了不错的效果。那时候的人把这个东西叫为可编程控制器，简称就是PLC。随时这个第一个的问世和成功实践，PLC正在慢慢取代传统的继电器接触器控制，它自身强大的对逻辑方面的运算，对定时的使用，对计数的使用等等功能，满足了人们期望的控制要求。时间再次到了七十年代左右，微型计算机出现，人们将微型计算机的技术和已有的PLC完美结合，大大的提高了PLC的功能，使得PLC具备了除逻辑方面的运算，对定时的使用，对计数的使用等等功能外，还具有了自我运算，对数据的分析和传输，根据设计处理预期的数据等等功能，从此以后，PLC就成为了真正的满足生产生活要求的具有代表性的工业控制装置。1980年的时候，NEMA协会根据P
26、LC这么久以来的突出表现，正式把可编程控制器这个名字命名给PLC，随时应用越来越多，被更多的人熟知，现在人们口中的PLC就是可编程控制器，随着PC的出现，人们很容易把两者搞混，为了解决这个问题，在1982年的时候，MC就对此作出了明确的说明，说明是这样的，可编程控制器是一个电子系统，这个电子系统，具有数字运算方面的功能，它是主要用于工业生产里面解决自动化控制等等问题，它具有内部储存的功能，可以执行逻辑方面运算，执行顺序性的控制，执行定时和计时等等操作，并把这些处理前和处理后的数据，通过自己的输入输出口和其他元件器交换信息，从而实现和满足我们期待的机械动作要求或者其他功能要求，它具备非常多的扩展
27、功能，利于控制较为复杂的系统。综上所述PLC就是一台小型的计算机，是为了满足工业生产等等环境而设计制造的，它可以灵活的运用在需要控制的各个领域，灵活性和适用性都非常的高。强大的输入输出接口，自带的较强的驱动能力，使得与许多的外部元件结合起来很轻松，同时，通过对软件的设计和程序的编写，可以节约许多的硬件资源投入，实现强大的控制要求。现如今，我们的很多方面都用到这个PLC控制器，比如我们的加工制造行业，我们的数控机床，我们的自动的生产线等等。如何将控制器与更多的部件结合，以实现更多的功能，在实现的基础上，保证实现的准确性、稳定和可靠，将是非常重要的和关键的。在很多的具有自动化控制功能的系统当中，都
28、有PLC的身影。它的体积小轻巧，实现控制上可靠性和安全性非常的高，大大的提高生产效率。据不完全统计，目前光是生产 PLC的厂家，在全球就有200多家，PLC的种类的品种就达400多种，可编程控制器在工业内的应用越来越广泛，实现的功能也越来越多，除此之外，它还被应用于更多的领域以解决需要的功能。时间在70年代，可编程控制器被我国使用，最初的使用方式是完成一些简单的逻辑方面的控制，后来为了满足使用要求，加入了PID调节技术，不仅能满足开关量的控制，还满足了模拟量的控制，被更多的应用到各个行业和各个领域。PLC主要有这样几个特点：体积小、功能强大我们现在使用的绝大部分PLC都具有体积小，功能强大的特
29、点。以我们此次设计用到的三菱FX2N系列PLC来说，输出输出端口非常的多，体积也比较小，三菱的PLC广泛用于各个领域，由于其较为简单容易上手的程序编制，也被许多的开发人员所喜爱。集成化程度高我们对PLC的要求具有较为复杂的控制功能，使得PLC往着集成化程度高的方向发展，首先是它自身的集成，将CPU、I/O口，储存器等等集成于一个小的盒子里面，其次，将PLC与PC放在一起集成，PLC与PID放在一起集成，PLC与DCS放在一起集成，并通过适当的传输方式，实现联机操作，远程控制等等功能，也实现了用户远程开发，远程调试等等要求。本设计控制器采用西门子公司的S7-200，CPU224型PLC。输入主要
30、是按钮开关、行程开关，输出主要是控制泵电机、电磁阀。此PLC在抵抗干扰李这个方面较强，具有比较高的可靠性。在I/O接口这个上，都采用了光电隔离，即PLC的内部的电路和PLC所接入的外部电路之间，用了物理隔离来保护。同时，在这个模块和模块之间，也有屏蔽。在保护电路这个方面，PLC自己也有诊断功能，如果有什么软硬件故障，CPU可以立即根据故障原因，来这个判断和响应措施。这个类型的PLC，在程序上还比较容易学习，程序写好以后，在调试上，调试的周期上，都较短。梯形图中，简单的指令形式，同时，梯形图的结构和继电器这个电路图相近，容易理解。虽然PLC和计算机有着许多相似的功能，但是二者的工作方式却相差很大
31、，计算机一般采用停止等待命令和立刻中断的方式进行工作，如我们使用的输入键盘等等就是这种工作方式。而我们使用的PLC则是采取循环工作的方式进行工作，按照一定的顺序扫描，不断重复；PLC根据植入的程序循环扫描，从程序第一条开始，逐条执行，程序结束后，返回第一条，在开始下一个周期的扫描。通常可以分为这几个阶段，自我诊断阶段、互相通讯阶段、对输入处理阶段、对输出处理阶段、执行程序要求阶段。PLC的组成结构包括中央处理器CPU模块、存储器模块、输入输出接口模块、外部设备编程模块、电源模块等。中央处理器把控制、运算、寄存等等集于一身，通过数据总线、地址总线、控制总线等等与其他模块连接；存储器用于存储编写的
32、程序，系统自己的程序和一些数据等等；接口主要用来实现PLC与外部的沟通，有着晶体管型和继电器型之分；编程器主要用来编写程序，实现用户和PLC的沟通；电源用来给PLC工作提供电源，以及其他外部连接件供电。西门子S7-200 CPU224PLC，把微型的处理器，板块的集成的电源，数量多的I/O点等集合在一起，从而形成了功能丰富强大的微型的PLC。中央处理器位数是32位，该PLC在区分运行编程模式和不运行编程模式上，具有着不同的字节来存储，14个I输入，10个O输出，在方便通信方面，这个PLC拥有两个RS-485通信口，9.6kbps的PPI，在高速脉冲输出上，可以达到20*2kHz。数字量输入需要24伏电压4毫安电流，输出的电压可以在20.4到28.8伏之间，256个定时器和256个计数器。前面板是CPU,有三个灯用来指示控制器目前的工作方式，灯的颜色是绿色的时候，代表了控制器在运行的状态，当这个指示灯在红色颜色，代表表示了处于停止的状态，当有“SF”的这个灯亮时，说明故障的存在，这个时候PLC不会工作了。此PLC在接线上，与三菱的生产的PLC对比，存在很多不一样，三菱的这个是不用来接入直流电源，因为它的电源是系统自己带的，而S7-200的输入端口需要且必须的接直流电源。就拿此设计使用的CPU224来说，1M
