畢業(yè)論文-基于PLC灌裝機控制系統(tǒng)

遼寧石油化工大學畢業(yè)設計（論文）用紙引言1.1設計的目的和意義隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，人民生活水平的提高，人們的消費習慣也隨之相應的變化，同時對消費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，要滿足日益增長的液體產(chǎn)品的需要，就應大力發(fā)展液體產(chǎn)品的包裝技術。另外我國液體包裝設備還存在自動化程度低、速度慢、破瓶率高、系統(tǒng)運行不穩(wěn)定等缺陷。隨著集散控制系統(tǒng)的日益完善，PLC在工業(yè)控制領域應用的日益廣泛，使我們利用先進控制技術改進灌裝機的控制系統(tǒng)，彌補其不足成為可能。減少事故。通過監(jiān)控系統(tǒng)，可以對生產(chǎn)線中各設備的運行情況進行周密監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)異常，立即進行報警或停機，把事故控制在最小的范圍內(nèi)，從而提高運行的可靠性。提高經(jīng)濟效益。實施灌裝過程監(jiān)控后，可以實現(xiàn)對灌裝機控制系統(tǒng)的全自動化，提高生產(chǎn)效率。改善工作環(huán)境。實施監(jiān)控后，值班人員坐在控制室就可以隨時了解整個灌裝機控制系統(tǒng)的運行情況，從以往人工操作、實時觀察中解脫出來。由于PLC具有對使用環(huán)境適應性強的特性，同時其內(nèi)部定時器資源十分豐富，液體物體的灌裝機發(fā)展很快，早已有人工手動灌裝發(fā)展實現(xiàn)機械自動化灌裝，且自動化水平日益提高。隨著科技進步，現(xiàn)在越來越多的將PLC應用于灌裝機系統(tǒng)中。另外由于PLC其抗干擾能力強，可靠性高，編程簡單，性價比高等優(yōu)點被廣泛應用于各種工業(yè)控制領域。利用PLC實現(xiàn)對罐裝機的控制，結(jié)構簡化，維護方便，可以節(jié)約調(diào)整時間，增加設備的柔性，同時運行穩(wěn)定可靠【１】。1.2設計項目發(fā)展情況簡介人類自從采用容器盛裝液體以后，就產(chǎn)生了灌裝方法。十九世紀末二十世紀初以前，通常使用水罐、水杓進行人工灌裝或直接將容器浸入液料中進行灌裝，大約在1980年美國Horix、Kiefer和U.S.BottLers等三家公司開始制造容器灌裝的機械裝置。第一臺商業(yè)用灌裝機是Kiefer公司制造；Horix公司于1920年首次制造了重力灌裝機，用于灌裝番茄醬，這家公司至今仍生產(chǎn)灌裝機，二十年代初這幾家公司著手生產(chǎn)回轉(zhuǎn)式灌裝機，其中U.S公司制造的是純真空灌裝機，二十世紀以來。灌裝機械工業(yè)發(fā)展迅速，那時灌裝的速度取決于人工將瓶子對準灌裝閥，等待瓶子灌裝完畢所需的時間。我國在解放前幾乎沒有灌裝機械，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、煙臺等地引進三十多條灌裝線，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，我國廣東輕工機械廠、北京釀酒機械廠、上?；C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，但灌裝機械的發(fā)展與國際先進水平的差距仍很大。1.2.1可編程序邏輯控制器PLC（ProgrammableLogicalController，可編程序邏輯控制器）是以微處理器為基礎，綜合了計算機和自動化技術而開發(fā)的新一代工業(yè)控制裝置，按照IEC（國際電工協(xié)會）國標標準定義是，可編程序控制器又稱PC或PLC，它是以微型計算機為基礎的一種為用于工業(yè)環(huán)境而設計的數(shù)字式電子系統(tǒng)，這種系統(tǒng)用可編程序存儲面向用戶指令的內(nèi)部寄存器，完成規(guī)定的功能，如：邏輯、順序、定時、計數(shù)、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理等，通過數(shù)字量的輸入、輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。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)場各種單元、部件連接，堅固耐用，可靠性方面PLC的平均無故障時間可達5萬小時以上，操作與維修十分方便，功能日益擴大。因此，PLC廣泛的應用于許多工業(yè)領域，當然技術的日新月異、突飛猛進是PLC迅速擴展市場的根本原因。我國應用PLC還處于初級階段，而且局限于鋼鐵、化工、汽車、機床、煤炭、電站等領域，其他行業(yè)的應用尚未普及，中國尚有廣闊的應用領域等待開拓。我國的飲料包裝設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我國灌裝業(yè)的缺陷我國的飲料包裝設備還存在自動化程度低、速度慢、破瓶率高、系統(tǒng)運行不穩(wěn)定等缺陷。隨著集散控制系統(tǒng)的日益完善，PLC在工業(yè)控制領域應用的日益廣泛，使我們利用先進控制技術改進自動汽水灌裝機的控制系統(tǒng)，彌補其不足成為可能。1.3汽水灌裝機控制系統(tǒng)方案設想與優(yōu)點本課題的目的就是采用現(xiàn)代流行的先進控制技術，設計液體的自動灌裝控制系統(tǒng)，通過軟、硬件功能的組態(tài)實現(xiàn)液體灌裝機系統(tǒng)的自動化控制，表現(xiàn)在：（1）減少事故。通過監(jiān)控系統(tǒng)，可以對生產(chǎn)線中各設備的運行情況進行周密監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)異常，立即進行報警或停機，把事故控制在最小的范圍內(nèi)，從而提高運行的可靠性。（2）提高經(jīng)濟效益。實施灌裝過程監(jiān)控后，可以實現(xiàn)大型液體灌裝機控制系統(tǒng)的全自動化，提高生產(chǎn)效率。（3）改善工作環(huán)境。實施監(jiān)控后，值班人員坐在控制室就可以隨時了解整個液體灌裝機控制系統(tǒng)的運行情況，從以往人工操作、實時觀察中解脫出來。1.4論文的主要構成本文第1部分對灌裝機控制系統(tǒng)的認識和灌裝設備的介紹；第2部分介紹的是汽水灌裝機控制系統(tǒng)的工藝流程，首先介紹了灌裝機控制系統(tǒng)的工作過程和傳動原理，其次介紹了灌裝機控制系統(tǒng)的其他幾個重要小部件；第3部分介紹的是灌裝機控制系統(tǒng)的硬件設計，主要有PLC的選型和PLC的連接。第4部分介紹的是灌裝機控制系統(tǒng)的軟件設計，主要是對PLC軟件和系統(tǒng)程序的設計進行介紹，并結(jié)合灌裝機控制系統(tǒng)的具體控制要求，對I/O進行分配；第5部分介紹的世紀星組態(tài)畫面的設計，首先對該軟件進行了簡單的介紹，然后結(jié)合PLC控制原理與程序流程圖，實現(xiàn)組態(tài)畫面的控制。第6部分是監(jiān)控系統(tǒng)通信的實現(xiàn)和系統(tǒng)現(xiàn)場的調(diào)試。第2章灌裝控制系統(tǒng)總體介紹2.1灌裝機的主要類型2.1.1旋轉(zhuǎn)型灌裝機待灌瓶由傳送系統(tǒng)（一般經(jīng)洗瓶機由輸送帶輸入）或人工送入灌裝機進瓶機構，瓶子由灌裝機轉(zhuǎn)盤帶動繞主立軸旋轉(zhuǎn)運動進行連續(xù)灌裝，轉(zhuǎn)動近一周時瓶子己灌滿，然后由轉(zhuǎn)盤送入壓蓋機進行壓蓋，如圖2.1所示。圖2.1灌裝過程的俯視圖這種灌裝機在食品、飲料行業(yè)應用最廣泛，如汽水、果汁、啤酒、牛奶的灌裝，此機主要由流體輸送（即供料系統(tǒng)）、容器輸送（即供瓶系統(tǒng)）、灌裝閥、大轉(zhuǎn)盤、傳動系統(tǒng)、機體、自控等部分所組成，其中灌裝閥是保證灌裝機能否正常工作的關鍵。2.1.2直線型灌裝機灌裝瓶沿著平直的直線運動，進行成排灌裝。如圖2.2，凡送來一排空瓶由推瓶板向前推送一次，到送至灌液管的下方時，閥門打開進行灌裝，間歇進行操作。I：定量灌裝，Ⅱ：上蓋，Ⅲ：將蓋擰緊，Ⅳ：貼商標，Ⅴ：待裝盒裝箱1：推瓶板，2：限位撥盤，3，11，13：傳送帶，4：傳送盤，5：瓶子，6：上蓋機構，7：料斗，8：擰緊機構，9：商標盒，10：漿糊盒，12：推料板，14：貯液箱，15：灌裝管圖2.2直線灌裝機工作原理圖這種灌裝機相對旋轉(zhuǎn)灌裝機來講，結(jié)構比較簡單，制造方便，但占地面積比較大，而且是間歇運動，生產(chǎn)能力的提高也受到一定限制，因此一般只用于無汽液料類的灌裝，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)和化學性質(zhì)均不相同，在灌裝過程中，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，液料依靠自重流進包裝容器內(nèi)。大部分能自由流動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，并能防止灌裝過程中過量起泡而影響產(chǎn)品質(zhì)量和定量精度。（3）真空法真空法是在低于大氣壓的條件下進行灌裝的，可按兩種方式進行：（a）壓差真空式即貯液箱內(nèi)處于常壓，只對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)生流動而完成灌裝，國內(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包裝容器內(nèi)，因結(jié)構較復雜，國內(nèi)較少用。真空法灌裝應用面較廣，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，瓶內(nèi)形成真空就意味著減少了液料與空氣的接觸，延長了產(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，改善勞動條件。（4）壓力法利用機械壓力或氣壓，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。有時也可用于汽水一類軟飲料的灌裝，這時靠汽水本身的氣壓直接灌入未經(jīng)充氣等壓的瓶內(nèi)，從而提高了灌裝速度，形成的泡沫因汽水中無膠體尚易消失，對灌裝質(zhì)量有一定影響。3.3灌裝機以及灌裝方式的確定3.3.1灌裝機的確定旋轉(zhuǎn)式灌裝機無論在生產(chǎn)效率還是在生產(chǎn)質(zhì)量上都遠遠高于直線型灌裝機，對比直線性灌裝機，旋轉(zhuǎn)式灌裝機的設備更高效化、自動化和節(jié)能化。今天的旋轉(zhuǎn)式灌裝機自動灌裝機的生產(chǎn)能力己達每分鐘2000瓶。因此本設計采用旋轉(zhuǎn)式灌裝機來進行研究。3.3.2灌裝方式的確定灌裝方式的選擇，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、灌裝機的機械結(jié)構等綜合因素。對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—等壓法是灌裝前對瓶內(nèi)抽取真空，然后再充入CO2進行等壓灌裝。為了減少灌裝時酒料類的液體的含氧氣量，以便延長產(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)構較簡單，液漏損失小。但是真空法較之等壓法需增加設備成本，而且，氧氣量對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程中C02氣體的損失，等壓灌裝即先向瓶子中充氣，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，并能防止灌裝中過量泛泡，保證灌裝計量準確。所以本系統(tǒng)在設計中選用等壓灌裝法。第3章汽水灌裝機控制系統(tǒng)設計方案3.1總體設計思路根據(jù)要求和目前生產(chǎn)線的具體情況，并結(jié)合目前先進裝配系統(tǒng)的設計方案，確定了以下總體設計思路。采用可編程控制器(PLC)作為控制系統(tǒng)的主控制元件，傳感器作為檢測元件構成生產(chǎn)、控制系統(tǒng)。一臺上位計算機通過通訊網(wǎng)絡與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。整條液體灌裝機控制系統(tǒng)由一臺PLC、灌裝機以及次品撿出器和指示燈等其它元件構成。瓶子在灌裝機中依次完成：1、進氣，2、進液回氣；3、停止進液；4、排除余液等4個步驟。同時生產(chǎn)線上的各種檢測狀態(tài)傳感器全部接入到PLC中，由PLC根據(jù)傳感器的檢測狀態(tài)通過編制好的程序控制整個系統(tǒng)工作。操作時，在PLC上編制好的程序作為系統(tǒng)工作的條件。通過PLC上的開關和指示燈等進行對系統(tǒng)功能的操作和監(jiān)控系統(tǒng)的工作過程[9]。3.2灌裝機控制系統(tǒng)的具體流程系統(tǒng)采用了國際上較為先進的灌裝設備—旋轉(zhuǎn)型全自動灌裝機。設計的灌裝過程是：洗瓶機將瓶子的里外洗凈并經(jīng)檢查后，由傳送帶送入自動灌裝機的限位機構，根據(jù)規(guī)定的要求按一定的距離排列好，限位機構準確地將瓶送入瓶的升降機構。升降機構把升降托盤頂起，瓶子隨之上升，當瓶口卡住閥門的定心罩時打開多移閥的氣門，充氣等壓，然后打開液門，進行灌液，灌液完畢后進行壓力釋放，然后關閉液門、氣門。完成上述幾步之后，瓶子的升降機構立即進入下降滑道，在下降滑道的作用下，升降托盤被滑道強制下降，因而裝好的瓶子隨之下降到最低位置，當轉(zhuǎn)過一定角度后，瓶子進入傳遞輪子的區(qū)域，被傳遞輪子退出，送去進行上蓋并包裝，這樣就完成了整個灌裝工作的一個工作循環(huán)過程。系統(tǒng)設計流程圖如圖3.1所示。圖3.1系統(tǒng)設計流程圖第4章汽水灌裝機控制系統(tǒng)的硬件設計4.1PLC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算機，是專為工廠現(xiàn)場應用環(huán)境設計的，利用它面向用戶的編程語言，不僅能實現(xiàn)邏輯控制，還能實現(xiàn)各種順序和定時控制以及復雜的閉環(huán)控制；利用它內(nèi)部大量的輔助繼電器可以實現(xiàn)無觸點控制；利用它控制可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、在惡劣環(huán)境下能長時間不間斷運行、編程容易且維護工作量小、還配有通訊接口和各種模塊的特點，可以把它作為下位機放在自動生產(chǎn)線的工作現(xiàn)場完成各種控制任務。正是因為可編程控制器有這些優(yōu)良的特性，再加上飲料灌裝過程中有大量的順序控制，所以選用PLC來對灌裝設備進行控制。4.1.2PLC介紹可編程控制器是60年代末在美國首先出現(xiàn)的，當時叫可編程邏輯控制器PLC（ProgrammableLogicController），目的是用來取代繼電器。以執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數(shù)等順序控制功能。提出PLC概念的是美國通用汽車公司。PLC的基本設計思想是把計算機功能完善、靈活、通用等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，控制器的硬件是標準的、通用的。根據(jù)實際應用對象，將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲器內(nèi)，使控制器和被控對象連接方便。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，這時的PLC已不再是僅有邏輯（Logic）判斷功能，還同時具有數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能。國際電工委員會（IEC）頒布的可編程控制器標準草案中對可編程控制器作了如下的定義：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P外圍設備，易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的設計[3]。

可編程控制器對用戶來說，是一種無觸點設備，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化的強有力工具，得到了廣泛的普及推廣應用?？删幊炭刂破魇敲嫦蛴脩舻膶Ｓ霉I(yè)控制計算機，具有以下明顯的特點：（1）可靠性高，抗干擾能力強：PLC采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。同時在應用軟件中，應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以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。（2）編程直觀、簡單：梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。（3）適應性好：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)場各種單元相連接。（4）功能完善，接口功能強：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)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。雖然計算機控制技術已經(jīng)產(chǎn)生，但是PLC控制因為它的高性能、成本低、并且對惡劣的環(huán)境有很強的適應能力而在工業(yè)控制的廣泛應用中保持優(yōu)勢[2]。4.1.3PLC型號的選擇本設計選用OMRON公司的CPM2A型PLC。能基本滿足系統(tǒng)設計的要求。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、微型機各具特色各有所長，在中國市場上的占有率位居前列，在國內(nèi)用戶中享有較高聲譽。1999年，OMRON在推出CS1系列的同時，在小型機方面相繼推出CPM2A/CPM2C/CPM2AE、CQM1H等機型。CPM2A是CPM1A之后的另一系列機型。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、執(zhí)行速度加快，可擴展的I/O點數(shù)、PC內(nèi)部器件的數(shù)目、程序容量、數(shù)據(jù)存儲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改進不少。CPM2A的基本指令與CPM1A相同，都是14種，但CPM2A的應用指令增加到105種、185條；CPM2A的工作速度明顯加快，基本指令LD的執(zhí)行時間為0.64us，應用指令MOV的執(zhí)行時間為7.8us；程序容量增加到4096字；讀/寫DM增加到2048字；最大I/O點數(shù)可擴展到120點；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，定時器/計數(shù)器256位，輔助繼電器區(qū)（AR）384位[1]。4.2PLC硬件系統(tǒng)的連接系統(tǒng)采用了OMRON的CPM2A型號PLC，其主機上有12點輸入，8點輸出。汽水灌裝機控制系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)采用上位機和下位機組成，下位機直接控制汽水灌裝機控制系統(tǒng)中各個設備的工作運行，上位機負責對系統(tǒng)的工作運行的狀況進行監(jiān)視，其中上位機通過COM端口用RS-232與PLC相連進行通信的，而PLC需先接入220V交流電源，再將啟動﹑停止按鈕以及各個限位開關通過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灌裝機的傳動原理旋轉(zhuǎn)型自動灌裝機，所用的動力都是電動機，其功率一般在1~3千瓦之間，電動機的轉(zhuǎn)速通常是很高的，而灌裝機的轉(zhuǎn)速不過每分鐘幾轉(zhuǎn)，滿足不了灌裝工作的要求，因此，它的傳動就需要一套合理的變速系統(tǒng)。有的灌裝機上還采用調(diào)速電機，直接無級變速，但這種傳動對電機要求很高，必須防塵、防水等，而且價格也較貴。對于旋轉(zhuǎn)型灌裝機傳動部分的要求有以下幾點：（1）傳動平穩(wěn)由于主機完成灌裝任務是在一個灌裝機傳送帶上進行的，它的進瓶、出瓶準確地灌裝等都要求在平穩(wěn)的工作條件下進行。（2）傳動系統(tǒng)結(jié)構簡單傳動系統(tǒng)簡單，一方面可以減少功率的消耗，另一方面設備的精度易達到，同時維修方便。另外，在設計傳動系統(tǒng)時考慮到安裝、調(diào)試、保養(yǎng)的方便性，要滿足人體工程學的要求，給工人帶來方便，要盡量縮短維修時間，要求便于維修、保養(yǎng)。4.4灌裝機的重要硬件詳解4.4.1灌裝機的供瓶機構在自動灌裝機中，按照灌裝的工藝要求，準確地將待灌瓶送入主轉(zhuǎn)盤升降機構托瓶臺上，是保證灌裝機正常而有秩序地工作的關鍵。一般供瓶機構的關鍵問題是瓶的連續(xù)輸送和瓶的定時供給。常用的連續(xù)輸送裝置有鏈帶傳送，一般采用不銹鋼或尼龍?zhí)箍随湈?，為了減少鏈帶與瓶底間的摩擦，有時設法在鏈帶上加些肥皂水，以便潤滑。由洗瓶機出來的瓶子由輸送帶送來后，為了防止擠壞、堵塞和準確地送入灌裝機，必須設法使瓶子單個地保持適當?shù)拈g距送進灌裝機，目前瓶子的定時送給一般采用分件供送螺桿或拔盤式等限位機構。4.4.2瓶的升降機構在一般旋轉(zhuǎn)型灌裝機中，由拔瓶輪送來的瓶子必須根據(jù)灌裝工作過程的需要，先把瓶子升到規(guī)定的位置，以便進行灌裝。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，這一動作是由瓶的升降機構完成的。對于瓶的升降機構的要求是：運行平穩(wěn)、迅速、準確、安全可靠、結(jié)構簡單。4.4.3灌裝閥的功能灌裝閥是自動灌裝機執(zhí)行機構的主體部件，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的通道，保證灌裝工藝過程的順利進行。本設計中采用氣動式多移閥。多移閥結(jié)構：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：瓶子通過傳遞輪子進入灌裝機，接著瓶子沿著瓶子托盤開始上升，直到瓶口卡入定心罩，定心罩將罐對中并預壓密封，然后開啟氣閥對瓶內(nèi)進行充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。通過這道程序，使汽水在灌裝過程中，CO2的損失降到最低。當待灌瓶中的氣壓達到與貯液箱內(nèi)的背壓相等時，液閥彈簧自動打開液門，完成灌裝，此種閥的優(yōu)點是不僅能保證碎瓶時不漏液，還能保證瓶上有孔洞的破瓶及充氣不足時不漏液，使灌裝能夠穩(wěn)定進行[5]。第5章汽水灌裝機控制系統(tǒng)的軟件設計5.1系統(tǒng)程序的指令介紹（1）定時器指令（TIM）系統(tǒng)設計中使用了十個定時器，用來控制瓶子在灌裝機內(nèi)各個部分的計時工作，當定時器的輸入端為從“OFF”變?yōu)椤癘N”時，定時器開始工作，直到計時到計數(shù)器所設定值，計時器當前值為00000，計數(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”，定時的輸出也變?yōu)椤癘FF”，即恢復原狀態(tài)，本次系統(tǒng)設計的定時器就是利用此功能，實現(xiàn)了定時器的自復位功能。（2）計數(shù)器指令（CNT）系統(tǒng)設計中使用了二個計數(shù)器，用來進行加數(shù)操作，當計數(shù)輸入端（CP）信號從“OFF”、變?yōu)椤癘N”時，計數(shù)值加1，此時計數(shù)器內(nèi)的值是1，以此相加，直到計數(shù)器當前值為計數(shù)器設定值時，計數(shù)器為“ON”；當計數(shù)復位端（R）為“ON”時，計數(shù)器為“OFF”，且當前返回到初始設定值。復位端采用的自復位，當計數(shù)器計數(shù)到計數(shù)器設定值時則對計數(shù)器的值進行一次清空。當計數(shù)輸入（CP）和復位（R）同時來到時，復位輸入優(yōu)先。系統(tǒng)中計數(shù)器指令與定時器指令的編號不能重復使用，兩者數(shù)量和為512個。5.2可編程序控制器I/O分配開關量I/O模塊的選擇：開關量I/O模塊的不同，直接關系到I/O點數(shù)的多少，對PLC的應用范圍會產(chǎn)生影響，選擇時主要考慮點數(shù)、外部電路的性質(zhì)和結(jié)構、電壓的形式和范圍等。如果是無源輸入信號例如按鈕、行程開關等，可以根據(jù)現(xiàn)場與PLC的距離遠近來選擇電壓的高低。輸出模塊所起的作用是將PLC內(nèi)部低電平的控制信號隔離、轉(zhuǎn)換為外部所需的輸出信號，以驅(qū)動PLC的外部負載。在選擇時應注意，模塊與外部接線的方式、輸出電壓的額定限度、外部輸出點同時接通的影響、選擇輸出方式等。I/O地址分配目的是讓主CPU模塊能夠訪問其他的模塊，進行數(shù)據(jù)的交換。在進行I/O地址分配時，要特別注意不要產(chǎn)生地址沖突的錯誤。設計本控制系統(tǒng)共使用了9個輸入點，13個輸出點，I/O分配如表5.1所示[4]。表5.1系統(tǒng)I/O明細表輸入地址輸入設備輸出地址輸出設備00000灌裝機和傳遞輪子啟動按鈕01002傳遞輪子與灌裝機啟動00001傳送帶啟動按鈕01003進瓶傳送帶啟動00002灌裝機瓶子托盤壓力檢測器01004瓶子托盤上升00003定心中罩壓力檢測器01005氣閥打開00004氣閥氣壓檢測器01006灌裝閥打開00005系統(tǒng)停止按鈕01007瓶子托盤下降00006次品撿出器壓力檢測器01008次品提示燈亮00007最低液壓力檢測器01009次品撿出器啟動00008最高液壓力檢測器01010次品傳送帶啟動01011進料閥門打開01012回氣管啟動01013壓蓋機啟動01014包裝機啟動5.3工作過程分析本設計選擇的是旋轉(zhuǎn)式灌裝機，旋轉(zhuǎn)式灌裝機在第一部分已做過詳細介紹，這里就不再進行介紹。灌裝的方式選擇的是等壓灌裝法，等壓法灌裝的工藝過程是：1、進氣，2、進液回氣；3、停止進液；4、排除余液。5.3.1正常灌裝流程（1）按下灌裝機啟動按鈕（0.00），傳遞輪子（限位作用，使瓶子以相同間距進入灌裝機）和灌裝機啟動（200.00）。在灌裝機啟動的前提下，按下傳送帶啟動按鈕（0.01），灌裝機的進瓶傳送帶啟動（200.01），此處作用是為了防止在灌裝機啟動前便有瓶子進入傳送帶，造成擁擠和堆疊，防止送瓶出錯。梯形圖如圖5.1所示。圖5.1灌裝機和傳送帶啟動環(huán)節(jié)（2）瓶子進入傳送帶以后，通過傳遞輪子將瓶子等間距送入瓶子托盤升降機構，當托盤檢測到壓力（0.02）以后，托盤活塞給托盤升降機構一個壓力，托盤開始帶著瓶子上升（200.02），最大上升時間為6S（tim000）。梯形圖如圖5.2所示。圖5.2瓶子隨托盤上升環(huán)節(jié)（3）在托盤上升的6S內(nèi)，如果注液口定心中罩檢測到壓力（0.03），則托盤停止上升，然后當6S時間到時，氣閥打開，開始對瓶子充CO2，最大充氣時間為6S。此過程對應圖4.10中的T2充氣環(huán)節(jié)。啟動充CO2的條件有2條：（1）托盤上升時間6S到；（2）注液口中罩檢測到壓力?？梢詫崿F(xiàn)爆瓶或無瓶不充氣。梯形圖如圖5.3所示。圖5.3對瓶內(nèi)充CO2環(huán)節(jié)（4）當最大充氣時間6S內(nèi)，氣閥檢測到氣壓（0.04），則停止充CO2，在6S時液閥開啟（200.4），開始灌裝。灌裝時間為6S。啟動灌裝的條件有2條：（1）最大充氣時間6S到；（2）氣閥檢測到瓶子內(nèi)對外的氣壓?？梢詫崿F(xiàn)破瓶不灌液。此過程對應圖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，托盤開始下降（200.05），下降過程中同時關閉液閥，回氣管工作（201.03），開啟排氣和除余液操作。下降完畢的瓶子再轉(zhuǎn)過一定的角度由傳遞輪子送出，同時瓶子托盤向前繼續(xù)行進進入下一個循環(huán)。此過程對應圖5.5中的T4托盤下降環(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（接正常灌裝流程的（2）步驟）當最大托盤時間上升6S到時，注液口定心中罩沒檢測到壓力（瓶子為爆瓶，高度不足），則托盤開始下降（200.06），同時次品提示燈亮，托盤下降的時間為6S（tim005）。下降完畢托盤等待進入下一次循環(huán)。同時次品檢出器啟動。（詳見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（接正常灌裝流程的（3）步驟）當最大充氣時間6S到時，氣閥沒有檢測到氣壓（破瓶，CO2充不滿），則停止充CO2，同時瓶子托盤開始下降（200.07），次品提示燈亮，托盤下降時間為6S（tim006），下降完畢托盤等待進入下一次循環(huán)，同時次品檢出器啟動（詳見下方次品撿出器的介紹）。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）次品撿出器相關介紹如圖5.8，瓶子在上升以后，瓶子底離下轉(zhuǎn)盤有一定的距離，本系統(tǒng)所設計的這個次品檢出器就在層位。圖5.8瓶子在灌裝過程中展開示意圖如圖5.9，本系統(tǒng)設計灌裝機，托盤從T1耗時6S，T2耗時6S，T3耗時6S。次品撿出器并設在D處的外圍。

圖5.9旋轉(zhuǎn)灌裝機的工作循環(huán)圖（a）即當正常灌裝時，瓶子在A點隨著托盤開始上升，到達B時氣閥開啟，開始充CO2，充氣正常的瓶子到達C點時開啟液閥開始灌裝，到達D點灌裝完畢后開始下降，所以當正常灌裝時，D點時瓶子還在上方。（b）當出現(xiàn)爆瓶時，B點瓶子隨著托盤開始下降，C點瓶子下降完成。當出現(xiàn)破瓶出現(xiàn)時，C點瓶子隨著托盤開始下降，D點瓶子下降到最低處。所以當出現(xiàn)爆瓶和破瓶時，在D點瓶子會被次品檢出器撿出。（2）次品撿出器相關程序次品撿出器啟動后，如果在最大次品撿出時間內(nèi)（tim110）內(nèi)，沒有檢測到次品的壓力，則在tim110時間到以后，次品撿出器停止。如果在最大次品撿出時間內(nèi)（tim110）內(nèi)，檢測到次品的壓力，則停止tim110的計時，開啟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貯料缸的相關程序當最低液位傳感器檢測不到壓力時，進料閥門打開，開始加料，當最高液位傳感器檢測到壓力時，進料閥關閉，為了保證生產(chǎn)效率，貯料缸補充原料時灌裝系統(tǒng)應該不停止，所以將貯料缸的程序當做一個單獨的程序。梯形圖如圖5.11所示。圖5.11貯料缸環(huán)節(jié)第6章監(jiān)控程序的軟件設計6.1組態(tài)軟件簡介6.1.1組態(tài)軟件的選擇目前自動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，計算公式生成（結(jié)構化文本語言生成）、歷史庫生成、圖形生成、報表生成等構成。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，才能進行后面的組態(tài)。選擇一個性能優(yōu)良的組態(tài)軟件對于整個控制管理系統(tǒng)的成功開發(fā)、方便調(diào)試、可靠運行至關重要。由北京世紀長秋軟件有限公司推出的世紀星7.22版，己成功地應用于眾多領域。鑒于北京世紀長秋軟件有限公司的世紀星組態(tài)軟件較易掌握，且擁有良好的口碑。所以本設計在開發(fā)灌裝監(jiān)控的畫面流程時采用了世紀星7.22版。6.1.2世紀星組態(tài)軟件簡介世紀星組態(tài)軟件的全稱是“世紀星通用工業(yè)自動化監(jiān)控組態(tài)軟件”，它是在PC機上開發(fā)的智能型人機接（HMI）軟件系統(tǒng)，以Windows98/2000/NT中文操作系統(tǒng)為平臺，全中文界面。世紀星組態(tài)軟件是由北京世紀長秋科技有限公司投資開發(fā)，太極計算機公司、清華大學、中科院等單位參與了世紀星組態(tài)軟件核心模塊的開發(fā)研制工作，在開發(fā)和設計過程中，采用國際先進的組態(tài)理念，吸收當前國內(nèi)外先進組態(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下，采用了一系列獨特的技術，從而使產(chǎn)品在面向市場幾年的時間里，有了許多成功的應用實例[1]。6.1.3世紀星軟件組成世紀星組態(tài)軟件由開發(fā)系統(tǒng)和運行系統(tǒng)兩部分組成。開發(fā)系統(tǒng)和運行系統(tǒng)是各自獨立的Windows32位應用程序，均可單獨使用；兩者又相互依存，在開發(fā)系統(tǒng)中設計開發(fā)的工程和畫面應用程序必須在運行系統(tǒng)中才能運行。

世紀星組態(tài)軟件開發(fā)系統(tǒng)是其應用程序的集成開發(fā)環(huán)境。開發(fā)者在這個環(huán)境中完成工況畫面的設計、數(shù)據(jù)庫定義、動畫連接、設備安裝、命令語言編寫等。開發(fā)系統(tǒng)具有先進完善的圖形生成功能；數(shù)據(jù)庫中有多種數(shù)據(jù)類型，對應于控制對象的特性，對數(shù)據(jù)的報警、趨勢曲線、歷史數(shù)據(jù)記錄、安全防范等重要功能有簡單的操作方法。

世紀星組態(tài)軟件運行系統(tǒng)是一個實時運行環(huán)境，用于顯示畫面開發(fā)系統(tǒng)中建立的動畫圖形畫面，并負責數(shù)據(jù)庫與I/O服務程序的數(shù)據(jù)交換。它通過實時數(shù)據(jù)庫管理從工業(yè)控制對象采集到的各種數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)的變化用動畫的方式形象地表示出來，同時完成報警、歷史數(shù)據(jù)記錄、趨勢曲線等監(jiān)視功能。6.2組態(tài)畫面的具體設計世紀星7.22版的開發(fā)系統(tǒng)是應用程序的集成開發(fā)環(huán)境，我們可以在這個環(huán)境下完成界面的設計、數(shù)據(jù)庫的構造、動畫連接的定義等。其應用程序制作過程如下：（1）設計灌裝過程監(jiān)控圖形界面；（2）將系統(tǒng)設計中用到的變量寫入“變量數(shù)據(jù)庫”；（3）在“應用程序命令語言編輯”中編寫相關匯編語言；（4）對監(jiān)控圖形界面中的圖形建立動畫連接；（5）運行和調(diào)試。6.2.1組態(tài)圖形界面的設計設計圖形界面即用抽象的圖形畫面來模擬實際的灌裝過程和相應的灌裝設備。構造數(shù)據(jù)庫即創(chuàng)建一個具體的數(shù)據(jù)庫，用此數(shù)據(jù)庫中的變量反映工控對象的各種屬性，如灌裝機貯液缸內(nèi)的液位。動畫連接就是用動畫模擬工業(yè)現(xiàn)場的各個設備的運行情況。運行和調(diào)試則是用世紀星組態(tài)軟件的仿真PLC來提供現(xiàn)場的模擬數(shù)據(jù)，以確保各動態(tài)點處于正確的連接狀態(tài)。汽水灌裝機控制系統(tǒng)流程畫面就是根據(jù)灌裝的工藝過程及工藝要求，用抽象的圖形畫面來模擬其實際的灌裝過程和相應的灌裝設備，主要用來顯示各動態(tài)信息，特別是主要的工藝參數(shù)、以方便操作人員及時掌握現(xiàn)場情況，并發(fā)現(xiàn)問題，及時解決問題。根據(jù)碳酸飲料的灌裝工藝，在灌裝機的前方有洗瓶機，洗瓶機的出來的瓶子在到達灌裝機以后，在機器的旋轉(zhuǎn)過程中，完成對空瓶的上升充氣、進液、回氣排余液、下降、送出等一系列過程，還設計了出現(xiàn)次品時，次品撿出工作的環(huán)節(jié)。本組態(tài)畫面是嚴格根據(jù)系統(tǒng)的自動控制要求，結(jié)合控制流程圖，畫出具體的汽水灌裝機控制系統(tǒng)的動態(tài)畫面，如圖6.1所示。該動態(tài)畫面設計有設計美觀，形象逼真等特點，并且實物也盡可能完整的繪制了出來。圖6.1灌裝系統(tǒng)組態(tài)圖形界面6.2.2組態(tài)的變量設計變量數(shù)據(jù)庫又稱變量字典，它是世紀星組態(tài)軟件的核心，是一個實時數(shù)據(jù)庫，它是若干變量的集合。數(shù)據(jù)庫中的每一變量包括變量名、數(shù)據(jù)類型、變量取值范圍、當前值、連接的設備（對I/O類型變量）等。運行時系統(tǒng)維護一個實時數(shù)據(jù)庫，各個功能模塊隨機訪問數(shù)據(jù)庫。在運行本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫中保存的是本系統(tǒng)所有變量的實時數(shù)據(jù)。運行系統(tǒng)時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)同輸入的數(shù)據(jù)以及汽水灌裝機控制系統(tǒng)工作現(xiàn)場傳送來的數(shù)據(jù)進行實時處理，再將數(shù)據(jù)送回汽水灌裝機控制系統(tǒng)工作現(xiàn)場，同時更新變量數(shù)據(jù)庫中變量的實時數(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應用程序命令語言編輯按照系統(tǒng)的設計要求，通過定義變量，編寫程序，從而實現(xiàn)各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)所對應的瓶子的運行狀態(tài)。在本設計中，由于世紀星的特殊功能，即除了在定義動畫連接時支持連接表達式外，還允許定義類似于C語言的命令語言來驅(qū)動應用程序，所以自動控制系統(tǒng)在使用連接表達式的同時使用“應用程序命令語言”來控制系統(tǒng)狀態(tài)，使的系統(tǒng)更加靈活。系統(tǒng)的組態(tài)編程如圖6.3所示。圖6.3灌裝控制系統(tǒng)組態(tài)編程6.2.4動畫連接動畫連接就是建立畫面的圖素與數(shù)據(jù)庫變量的對應關系。這樣，灌裝系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，比如貯料缸液位、瓶子個數(shù)等，當它們變化時，通過I/O接口，將引起實時數(shù)據(jù)庫中變量的變化。動畫連接的引入是人機接口軟件的一次突破，它把程序員從重復的圖形編程中解放出來，為程序員提供了標準的工控圖形界面，增強了圖形顯示效果。動畫連接的步驟：首先在組態(tài)的圖形界面中雙擊你想要進行動畫連接的圖形，出現(xiàn)如圖6.4的操作界面。圖6.4動畫連接操作界面其次在該操作界面中選擇想要進行的移動方式，如“水平”，再在空白處填入與之對應的表達式。最后確定“水平方向移動距離”。如圖6.5所示。圖6.5動畫連接舉例圖圖6.5中表達式“生產(chǎn)線移動6”在應用程序命令語言中與之對應的程序為：“IF(傳輸工序==6)&&(啟動生產(chǎn)線==1)&&(產(chǎn)品質(zhì)量==0)&&(產(chǎn)品質(zhì)量1==0)THEN生產(chǎn)線移動6=生產(chǎn)線移動6+2；IF生產(chǎn)線移動6>300THEN生產(chǎn)線移動6=300；傳輸工序=0；”即當“傳輸工序==6”、“啟動生產(chǎn)線==1”、“產(chǎn)品質(zhì)量==0”、“產(chǎn)品質(zhì)量1==0”這4個條件同時成立時，“生產(chǎn)線移動6”在每個掃描周期依次加2。直到滿足“生產(chǎn)線移動6=300”時停止加2。對應的圖形移動就是該圖形在每個掃描周期依次向左移動2個象素，直到移動到300個象素時停止不再移動。第7章監(jiān)控系統(tǒng)通信的實現(xiàn)7.1通信連接7.1.1CPM2A的通信連接方式CPM2A有三種通信聯(lián)系方式：上位連接系統(tǒng)，同位連接系統(tǒng)，ComPoBus通信系統(tǒng)。工廠自動化系統(tǒng)中常把三種系統(tǒng)復合起來一起使用來實現(xiàn)工廠自動化系統(tǒng)要求的多級功能。復合型PLC網(wǎng)絡中，上位鏈接系統(tǒng)處于最高位，負責整個系統(tǒng)的監(jiān)控優(yōu)化。上位機與CMP2A的通信有兩種方式：上位機命令與PLC通信命令。上位機命令方式上位機處于主動，命令由上位機發(fā)往PLC。采用上位機命令方式能方便的實現(xiàn)上位機對PLC的監(jiān)控。7.1.2CPM2A的上位通信協(xié)議CPM2A的數(shù)據(jù)是以幀的格式發(fā)送的，正文最多122個字符。當命令塊內(nèi)容大于一幀時，由起始幀、中間幀、及結(jié)果幀組成。起始幀最多131個字符，中間幀及結(jié)束幀最多128個字符。起始幀由設備號、命令碼、正文、FCS、和分界符構成。中間幀有正文、FCS、分界符組成。結(jié)束幀由正文FCS、結(jié)束符組成。上位機每發(fā)送完一幀，在收到PLC發(fā)回的分界符后再發(fā)送下一幀。命令塊中的校驗碼FCS是8位二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成的2位ASCⅡ字符。這8位數(shù)據(jù)是將一幀數(shù)據(jù)中校驗碼前的所有字符的ASCⅡ碼位按連續(xù)異或的結(jié)果。轉(zhuǎn)換成字符時，按照8位十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成對應的數(shù)字字符。PLC接收到上位機發(fā)送的命令幀后，自動產(chǎn)生響應塊，響應碼表示上位機命令的出錯信息。響應碼00表示PLC正常完成上位機命令。7.1.3編寫上位機通信程序在上位鏈接系統(tǒng)中，通信一般都是由上位機發(fā)起的，按PLC標準通信進行連接。上位機給PLC發(fā)送操作指令，PLC按照指令執(zhí)行相應的操作，同時給上位機返回數(shù)據(jù)。串口通信流程如圖7.1所示。圖7.1通信流程7.1.4實現(xiàn)上位機對PLC的監(jiān)控編寫通信程序建立了上位機與PLC的連接，PLC的任何工作方式下都可以通過“讀”指令讀取PLC的狀態(tài)，從而對PLC進行監(jiān)視。只有當PLC的工作方式為監(jiān)視的情況下才可以通過上位機對PLC進行控制，所以在需要上位機實施控制的系統(tǒng)里面PLC都必須設置為監(jiān)視工作方式。7.2計算機與PLC通信上面所提到的組態(tài)監(jiān)控軟件，為用戶提供了一個簡捷易控制的操作平臺。安裝了組態(tài)軟件后不但可以直觀的看到系統(tǒng)正運行在哪個階段，更可以很簡單的對系統(tǒng)進行控制。不需要操作人員對系統(tǒng)有多深入的了解，不僅提高了系統(tǒng)的廣泛應用性也提高了操作人員的安全性。要使組態(tài)軟件能對PLC的運行起到監(jiān)控作用，PLC與計算機之間必須實現(xiàn)聯(lián)接通訊。首先要在設備安裝向?qū)е邪惭b上相應型號的PLC，然后通過設備驅(qū)動中的多串口參數(shù)設定對相應的串口進行參數(shù)設定，實現(xiàn)計算機與PLC的聯(lián)接。串口選用的是COM2，其中波特率選用9600，數(shù)據(jù)位設為7，停止位設為2，奇偶校驗采用的是偶校驗，通訊方式選擇RS232，通訊超時定為500ms。這樣就完成了計算機與PLC之間的聯(lián)接通訊。上位機要能夠通過PLC監(jiān)控下層設備的狀態(tài)，就要實現(xiàn)上位機與PLC間的通信，一般工業(yè)控制中都是采用RS-232C實現(xiàn)。上位機首先向PLC發(fā)送查詢數(shù)據(jù)的指令（實際上是查詢PLC中端子的狀態(tài)和DM區(qū)的值等），PLC接收了上位的指令后，進行校驗（FCS校驗碼），看其是否正確，如果正確，則向上位機傳送數(shù)據(jù)（包含首尾校驗字節(jié)）。否則，PLC拒絕向上位機傳送數(shù)據(jù)。上位接收到PLC傳送的數(shù)據(jù)，也要判斷正確與否，如果正確，則接收，否則，拒絕接收。為了使世紀星系統(tǒng)與PLC進行通信，需要使用通信驅(qū)動程序來和現(xiàn)有的PLC進行通信。上位機通過RS-232C與下位機通信，用已經(jīng)完成的組態(tài)圖形顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)，發(fā)出控制命令控制該系統(tǒng)的運行并監(jiān)視處理。下位機向上位機傳遞設備的實時狀態(tài)，接受并執(zhí)行上位機的實時控制指令。在與上位機通信中斷的情況下，PLC也能獨立通過控制繼電器、接觸器等電氣元件實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的控制。世紀星采用歐姆龍HostLink協(xié)議通過串口實現(xiàn)PLC與計算機的數(shù)據(jù)交換。世紀星把下位機看作是外部設備，在開發(fā)過程中根據(jù)“設備配置向?qū)А钡奶崾疽徊讲酵瓿蛇B接過程。在運行期間，世紀星通過驅(qū)動程序來和外部設備進行數(shù)據(jù)交換，包括采集數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)、指令。每一個驅(qū)動程序都是一個COM對象，這種方式使通信程序和世紀星構成一個完整的系統(tǒng)，既保證了運行系統(tǒng)的高效率，也使系統(tǒng)安全、穩(wěn)定。7.3世紀星與PLC通信串行通訊方式，這是世紀星與PLC之間最常用的一種數(shù)據(jù)交換方式。串行通訊方式使用“世紀星計算機”的串口，I/O設備通過RS-232串行通訊電纜連接到“世紀星計算機”的串口。如果您的計算機擁有多個串口，您可以同時與多個I/O設備。世紀星最多可與32個串口設備相連。最簡單的情況下，使用世紀星的計算機只與一個I/O設備相連。I/O設備使用標準的RS-232電纜與計算機主機后面的串口連接。如圖6.2所示。圖7.2世紀星與PLC相連當外部控制部分完成了之后，為了能更清楚和直觀的看見程序的運行過程及系統(tǒng)現(xiàn)在所處的狀態(tài)，還需要一個組態(tài)監(jiān)控軟件來幫助我們來完成這一點。世紀星與PLC的通信，先要在世紀星上完成PLC新設備的添加，首先選擇“設備安裝向?qū)А薄癙LC”→“歐姆龍”→“HOSTLINK協(xié)議”→“串口”單擊“下一步”→“完成”。這在“驅(qū)動設備管理”里就有了添加好的新PLC設備。采用的是PPI的通信方式，在完成PLC設備添加后，在“變量字典”里找到事先定義好的I/O離散型變量，選擇“新設備”欄后，找到對應的寄存器類型填寫通道號及序號即完成，將整個汽水灌裝機控制系統(tǒng)的設備連接起來，運行正常并且通信順暢[10]。7.4監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試7.4.1PLC系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試準備階段：為了保證如期完成任務，對改造的前期工作我做了細致的準備工作。首先按照工期進度設計、制造新的控制柜以及機械改造部分的元件加工，編制好PLC控制程序，將編制好的程序傳送至PLC中。現(xiàn)場調(diào)試：全部控制柜的安裝、接線完成后首先進行了PLCI/O測試，對PLC系統(tǒng)中所有的輸入/輸出點進行了逐個手工測試。隨后又對檢測傳感器、A/D轉(zhuǎn)換模塊進行了測