饮料罐装生产线的PLC控制

硕士研究生课程结课论文《工业控制及PLC》姓名：常佳龙学号：2012200280年级：研12-3班学科专业：电气工程二级院系：电气与信息工程学院日期：2013--6-20教师评定：综合评定成绩：任课教师签字：饮料罐装生产线的PLC控制摘要：随着计算机和网络通讯技术的发展，企业对生产过程自动化控制和信息通讯提出了更高的要求。饮料生产线比较复杂，生产环节比较多。其中饮料灌装就是饮料生产线上的重要环节。控制系统由一台PLC、交流异步电动机、液灌、传感器、故障报警蜂鸣器、产量统计显示器等组成。其中电机用来控制运送饮料瓶的传送带部分。西门子S7-300PLC系列PLC在模块控制、高速计数和计算方面功能较强，实现比较方便。采用PLC控制生产线，实现饮料生产线的自动化、智能化。对劳动生产率的提高，饮料质量和产量的提高有着重要的意义。关键词;S7-300PLC;自动化；智能化BeveragecansproductionlineofthePLCcontrolWiththecomputerandnetworkcommunicationtechnologydevelopment,businessprocessautomationcontrolandinformationcommunicationputforwardhigherrequirements.Beverageproductionlineismorecomplex,moreproductionprocesses.controlsystemconsistsofaPLC,ACinductionmotors,liquidfilling,sensors,faultalarmbuzzer,productionstatisticsdisplayandothercomponents.Whereinthemotorisusedtocontrolthetransportbeltportionofbeveragebottles.SiemensS7-300PLCseriesPLCinmodulecontrol,high-speedcountingandcomputingmorepowerful,relativelyeasytoachieve.PLCcontrolproductionlines,beverageproductionlineautomation,intelligent.Onlaborproductivity,improvebeveragequalityandyieldofgreatsignificance.KEYWORDS;S7-300PLCAutomationIntelligence0引言工业现代化进程，对生产过程自动控制和信息通讯提出更高的要求。随着计算机和网络技术的发展，企业对生产过程自动化控制和信息通讯提出了更高的要求。工业自动化系统已经从单机的PLC控制发展到多PLC及人机界面的网络控制。早期的灌装生产线大多数采用容积泵式、蠕动式作为计量方式。这些方式存在一些缺点：例如，灌装精度以及稳定性难以保障、更换灌装规格困难等。本系统采用饮料封装计量通过时间和单位时间流量来确定，计量度由可编程控制器确定。并且本系统还具有数据统计和故障报警等功能，能够准确的将生产情况告知用户，使用户灵活的调整生产方式和方便的了解设备的运行状态。PLC具有编程简单、工作可靠、使用方便等特点，已经在工业上得到广泛的应用。1饮料灌装生产线的概念1.1生产流水线的概念生产流水线是生产企业最常用的制造产品的形式，它是由一群人或机器在一个接一个的完成一项半成品或成品的加工及检验和包装，由于是有些采用行走的输送带承载被加工的物品，因此被称为流水生产线。1.2饮料灌装生产线的模型饮料灌装生产线的示意图如1-1所示。生产线由瓶子传送带和灌装液灌组成，传送带由电动机驱动，可以正转和反转。电机启动时，瓶子依次通过空瓶、灌装、满瓶和终端4个工位。图1-1饮料灌装生产流水线模型2PLC基础2.1PLC优点对于PLC控制电梯系统大致有如下四大优点:2.21、可靠性高PLC的内部硬件设有光电隔离和滤波作用的抗干扰电路,对外部设备、内部存储单元和接口等具有保护作用,可靠性高。用PLC作为电梯控制系统的控制器,通过软件(梯形图)实现了对电梯运行的自动控制,使系统的安全性也得到较大的提高。【1】2、操作维护方便PLC控制不需要大量的电子元件,接线大大减少,错误率低,品于设计操作,维护简单方便。同时,PLC程序可选用手持编程器和计算机两种方式录入调试,简单易行3、扩展、灵活性强PLC有多种多样的编程语言,外加其编程方法多样化,易于技术人员理解和掌握,可以通过添加模块数量来增加点数,通过更改程序内容进行功能扩展。4、通讯运行效率高随着现场总线技术和互联网的不断融入,电梯通讯功能逐渐强大。例如PROFIBUS和MODBUS以及TCP/IP等现场总线标准的应用,使电梯实现了多层站控制、群控控制、远程监控等功能。正是有了这些功能,才使运行效率提高。2.2PLC硬件介绍S7-300/400属于模块式PLC，主要由机架、电源模块、CPU模块、信号模块、通信模块、功能模块、接口模块等组成，所有模块均安装在机架上。【2】1中央处理器CPU是PLC的控制中枢，它由控制器和运算器组成。其中，控制器是用来统一指挥和控制PLC工作的部件。运算器则是进行逻辑、算术等运算的部件。PLC在CPU的控制下使整个机器有条不紊地协调工作，以实现对现场各个设备的控制。CPU按照系统程序赋予的功能，接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态或数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算术运算等任务，并将逻辑或算术运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直置停止运行为止。2存储器PLC系统中的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和工作状态数据。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。3通信接口主控模块通常有一个或一个以上的通信接口，用以与计算机、编程器相连，实现编程、调试、运行、监视等功能。4输入与输出PLC的控制对象是工业生产过程，它与工业生产过程的联系是通过I/O模块实现的。生产过程有许多控制变量，如温度、压力、液位、速度、电压、开关量、继电器状态等。因此，需要有相应的I/O模块作为CPU与生产现场的桥梁。且这些模块应具有较好的抗干扰能力。目前，生产厂家已开发出各种型号的模块供用户选择。对于输入/输出模块有：数字量输入/输出模块、开关量输入/输出模块、交流信号输入/输出模块、220V交流输入/输出模块。还有智能模块，它本身带有CPU、存储器和监控系统可独立完成各种运算。智能模块的种类很多，如高速计数模块、PID调节的模拟量控制模块、阀门控制模块、智能存储模块和智能I/O模块。【3】5电源模块该模块将交流电源转换成供CPU存储器等所需的直流电源，是整个PLC系统的能源供给中心。它的好坏直接影响到PLC的功能和可靠性。目前，大多数PLC采用高质量的开关式稳压电源，与普通电源相比，PLC的电源工作稳定性好，抗干扰能力强。有些机器的电源除了供内部电路使用外，还向外提供24VDC的稳压电源，用于外部传感器的需要，这样就避免了因外部电源不合格而引起的外部故障。2.3PLC的工作原理PLC采用循环扫描工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环。这种工作方式是在系统软件控制下，扫描输入的状态（输入刷新），按用户程序进行运算处理，然后向输出发出相应的控制信号（输出刷新）。如图1-2所示。整个工作过程可分为5个阶段自诊断，与编程器或计算机等的通信，现场输入信号的采集，用户程序执行，输出结果。图1-2PLC的扫描方式3用户程序的模块化结构在讲述STEP7编程软件的使用之前,先简要说明一下S7-300/400用户程序的模块化结构。西门子公司S5、S7系列PLC采用的是“块式程序结构”,用“块”的形式来管理用户编写的程序及程序运行所需要的数据,组成完整的PLC应用程序系统。“块”分为数据块和逻辑块。【4】1数据块在生产控制过程中,常常会有很多参数需要修改,故把它们分类放置在不同数据块中有利于进行数据管理;数据块也是各逻辑块之间交换、传递和共享数据的重要途径;数据块有丰富的数据结构,有助于高效管理复杂的变量组合,提高程序设计的灵活性。2逻辑块设计者在编程时,须将程序用不同的逻辑块进行结构化处理,也就是将程序分解为自成体系的多个部分。每个逻辑块为不同设备或不同功能的控制程序。程序分块后有以下优点:规模大的程序更容易理解、可以对单个的程序进行标准化、程序修改更容易、查错更为简单、系统调试更容易等。逻辑块包括功能块FB、FC,组织块0B,系统功能块SFB、SFC。下面分别介绍。（1）功能块功能块FB属于用户自己编程的块,相当于“子程序”。它带有一个附属的背景块DI,可将FB的参数和静态变量存放在背景数据块中,临时变量存放在L数据堆栈中。DI随FB的调用而打开,随FB执行结束而关闭,所以存在DI中的数据不会丢失,但保存在L堆栈中的临时数据将丢失。FB可以使用全局数据块DB。功能FC也是属于用户自己编程的块,但它是“无存储区”的逻辑块。FC的临时变量存储在L堆栈中,在FC执行结束后,这些数据丢失。要将有关数据存储,功能FC可以使用全局数据块DB。(2)组织块组织块0B是操作系统与用户程序在各种条件下的接口界面,用于控制程序的运行。不同的0B块由不同的事件起动,执行不同的功能,且具有不同的优先级,可用于控制循环执行或中断执行及PLC起动方式等。OB1是主程序块,由操作系统不断循环调用。可将所有程序放入0B1中,或部分放入0B1中,再在0B1中调用其他块来组织程序。0B1在运行时,操作系统可能调用其他0B块以响应确定事件,其他0B块的调用实际上就是“中断”。一个OB的执行可以被另一个0B的调用而中断。一个0B是否可以中断另一个0B由它的优先级决定。高优先级0B可中断低优先级的0B,0B上的优先级最低。4控制任务自动化生产模型设计了自动和手动两种方式。手动用于设备的调试及计数复位。自动模式下允许启动生产线。控制系统包括紧急情况的处理和故障诊断与显示报警。1.急停功能当设备发生故障时，按下急停按钮停止设备的一切运行。2.手动模式（1）在手动模式下，可以通过点动按钮使传送带电动机正转或反转，用于调试设备；（2）在手动模式下，可以通过复位按钮对计数统计值进行清零。3.自动模式（1）在自动模式下，按下启动按钮，系统启动，电动机正转，传送带运行。（2）空瓶子到达灌装位置时电动机停转，灌装阀门打开。（3）灌装时间到，灌装阀门关闭，电动机正转传送带继续运行。（4）在自动模式下，按下停止按钮，系统停止，电动机不转，传送带停止运行。4.工件计数统计控制系统可以实现工件的计数统计，包括毛坯数、正品数和废品数。正品数显示在控制面板的数码管上。5.模拟量检测灌装液罐的液位由模拟量液位传感器进行监视。液位低于下限时要打开进料阀门，液位高于上限时要关闭进料阀门。6.故障报警当设备发生故障时，控制系统能够立即响应，控制面板上相应的故障指示灯会闪亮。故障排除后按下故障复位按钮，生产线才能自动运行。【5】5I/O分配符号地址数据类型急停处理FC10FC10手动控制FC20FC20自动运行FC30FC30启动按钮I0.0B00L停止按钮I0.1BOOL点动正转I0.2BOOL点动反转I0.3BOOL手动、自动选择I0.4BOOL下位、上位选择I0.5BOOL计数器清零I1.0BOOL急停I1.7BOOL终端位置I8.0B