飲料灌裝機PLC控制系統(tǒng)設計樣本

畢業(yè)設計（論文）題目：基于PLC汽水灌裝機控制系統(tǒng)設計系別：專業(yè)：學生姓名：指引教師：年6月15日摘要本論文簡介了可編程控制器與世紀星監(jiān)控軟件在汽水灌裝機中控制辦法和原理，采用了新檢測辦法，實現(xiàn)了整個生產(chǎn)線自動化。本論文詳細闡述了汽水灌裝機控制系統(tǒng)設計環(huán)節(jié)，通過對灌裝機系統(tǒng)充分理解，以行業(yè)現(xiàn)狀為出發(fā)點，結合其她行業(yè)自動控制技術應用狀況，提出了基于PLC汽水灌裝機控制系統(tǒng)基本構造。用日本OMRON系列可編程控制器設計了多移閥啟動、破瓶檢測、破瓶撿出、自動壓蓋等過程自動控制。最后，簡要簡介了世紀星組態(tài)軟件，附有汽水灌裝機控制系統(tǒng)組態(tài)畫面。本系統(tǒng)設計中完畢了汽水灌裝機控制系統(tǒng)硬件配備和軟件方面設計，并運用世紀星組態(tài)軟件實現(xiàn)了實時監(jiān)控系統(tǒng)設計，使得整個設計形象，實用。采用PLC來控制飲料生產(chǎn)線，實現(xiàn)了汽水灌裝機控制系統(tǒng)自動化，對勞動生產(chǎn)率提高，對飲料質量和產(chǎn)量提高都具備深遠意義。核心詞：灌裝機控制系統(tǒng)；可編程控制器；組態(tài)軟件

AbstractThispaperintroducesbrieflytheprogrammablelogicalcontrollerandthecenturystarmonitoringsoftwareusesinthecarbonateddrinksfillingmachineofcontrollingmethodandtheprinciple，usedthenewexaminationmethod，andachievetheautomationoftheentireproductionline.Thispaperdescribesindetailthecontrolsystemofthecarbonateddrinksfillingmachinedesignsteps，abriefintroductionofthecarbonateddrinksfillingmachinecontrolsystemandbaseontheself-industryandtheapplicationoftheothertradeonauto-controltechnique，proposedtheframeofthecontrolsystembasedonprogrammablelogicalcontroller.DesignthecontrolsystemofthecarbonateddrinksfillingmachinebasedontheprogrammablelogicalcontrolleranddesignsthecontrolsystembyOMRONforopeningvalve，inspectingandpickingoutthebrokenbottle.Atlast，thesimulationsoftwareofconfigurationbrieflyanddescribesimulationprocessindetail，therearecarbonateddrinksproductionlineconfigurationscreen.Thisdesigncompletesthecarbonateddrinksproductionlinehardwareconfigurationandsoftwaredesignandusescenturystarconfigurationsoftwaretomonitorreal-timesystem，toachievetheimageoftheentiredesignimageandpractical.Achievetheautomationofthecarbonateddrinksfillingmachine.Notonlyimprovethelaborproductivity，butalsohasfar-reachingsignificanceoftheimprovementofqualityandyield.Keywords：Carbonateddrinksfillingmachinecontrolsystem，ProgrammableLogicalController，Configurationsoftware目錄TOC\o"1-3"\u緒論1灌裝控制系統(tǒng)總體簡介1.1灌裝機重要類型1.1.1旋轉型灌裝機1.1.2直線型灌裝機1.2灌裝基本辦法簡介1.3灌裝機以及灌裝方式擬定1.3.1灌裝機擬定1.3.2灌裝方式擬定2汽水灌裝機控制系統(tǒng)設計方案2.1總體設計思路2.2汽水灌裝機控制系統(tǒng)詳細流程3汽水灌裝機控制系統(tǒng)硬件設計3.1PLC選型3.1.1選取PLC控制因素3.1.2PLC簡介3.1.3PLC型號選取3.2PLC硬件系統(tǒng)連接3.3灌裝機傳動原理3.4灌裝機重要硬件詳解3.4.1灌裝機供瓶機構3.4.2瓶升降機構3.4.3灌裝閥功能4汽水灌裝機控制系統(tǒng)軟件設計4.1系統(tǒng)程序指令簡介4.2可編程序控制器I/O分派4.3工作過程分析4.3.1正常灌裝流程4.3.2灌裝浮現(xiàn)次品流程4.3.3次品撿出器4.3.4貯料缸有關程序5監(jiān)控程序軟件設計5.1組態(tài)軟件簡介5.1.1組態(tài)軟件選取5.1.2世紀星組態(tài)軟件簡介5.1.3世紀星軟件構成5.2組態(tài)畫面詳細設計5.2.1組態(tài)圖形界面設計5.2.2組態(tài)變量設計5.2.3應用程序命令語言編輯5.2.4動畫連接6監(jiān)控系統(tǒng)通信實現(xiàn)6.1通信連接6.1.1CPM2A通信連接方式6.1.2CPM2A上位通信合同6.1.3編寫上位機通信程序6.1.4實現(xiàn)上位機對PLC監(jiān)控6.2計算機與PLC通信6.3世紀星與PLC通信6.4監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場調試6.4.1PLC系統(tǒng)現(xiàn)場調試6.4.2上位計算機系統(tǒng)現(xiàn)場調試結論致謝參照文獻附件A附錄B附件C附件D附件E

緒論（1）灌裝機械發(fā)展與現(xiàn)狀隨著當代科學技術發(fā)展，人民生活水平提高，人們消費習慣也隨之相應變化，同步對消費品包裝提出了更高規(guī)定。而液態(tài)產(chǎn)品包裝在包裝行業(yè)中占有很大比例，這是由于液體包裝涉及行業(yè)廣泛、品種繁多，如飲料方面汽水、果汁、牛奶、礦泉水、蒸餾水、啤酒、果酒等；調味品方面醬油、醋、味精液、果醬等；藥物方面針劑、糖漿、酊劑、氣霧劑等；農(nóng)藥乳劑、化工產(chǎn)品各種瓶裝、化妝品等，要滿足日益增長液體產(chǎn)品需要，就應大力發(fā)展液體產(chǎn)品包裝技術。人類自從采用容器盛裝液體后來，就產(chǎn)生了灌裝辦法。十九世紀末二十世紀初此前，普通使用水罐、水杓進行人工灌裝或直接將容器浸入液料中進行灌裝，大概在1980年美國Horix、Kiefer和U.S.BottLers等三家公司開始制造容器灌裝機械裝置。第一臺商業(yè)用灌裝機是Kiefer公司制造；Horix公司于19初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)回轉式灌裝機，其中U.S公司制造是純真空灌裝機，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時間。國內在解放前幾乎沒有灌裝機械，灌裝生產(chǎn)絕大某些處在手工操作，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，此外尚有許多羅馬尼亞灌裝線。隨后，國內廣東輕工機械廠、北京釀酒機械廠、上?；C械廠等許多家仿制了不少灌裝線，初步改進了灌裝生產(chǎn)落背面貌，但灌裝機械發(fā)展與國際先進水平差距仍很大[8]。（2）PLC在工業(yè)中應用狀況PLC（ProgrammableLogicalController，可編程序邏輯控制器）是以微解決器為基本，綜合了計算機和自動化技術而開發(fā)新一代工業(yè)控制裝置，按照IEC（國際電工協(xié)會）國標原則定義是，可編程序控制器又稱PC或PLC，它是以微型計算機為基本一種為用于工業(yè)環(huán)境而設計數(shù)字式電子系統(tǒng)，這種系統(tǒng)用可編程序存儲面向顧客指令內部寄存器，完畢規(guī)定功能，如：邏輯、順序、定期、計數(shù)、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)解決等，通過數(shù)字量輸入、輸出控制各種類型機械或生產(chǎn)過程。PLC產(chǎn)品在抗電磁、噪聲干擾、有害廢氣腐蝕、高溫、粉塵等方面有很高能力，能直接和現(xiàn)場各種單元、部件連接，結實耐用，可靠性方面PLC平均無端障時間可達5萬小時以上，操作與維修十分以便，功能日益擴大。因而，PLC廣泛應用于許多工業(yè)領域，固然技術日新月異、突飛猛進是PLC迅速擴展市場主線因素。國內應用PLC還處在初級階段，并且局限于鋼鐵、化工、汽車、機床、煤炭、電站等領域，其她行業(yè)應用尚未普及，中華人民共和國尚有遼闊應用領域等待開拓。國內飲料包裝設備在許多方面采用了PLC，并獲得了非常好效果，但仍有許多局限性與欠缺。（3）國內灌裝業(yè)缺陷國內飲料包裝設備還存在自動化限度低、速度慢、破瓶率高、系統(tǒng)運營不穩(wěn)定等缺陷。隨著集散控制系統(tǒng)日益完善，PLC在工業(yè)控制領域應用日益廣泛，使咱們運用先進控制技術改進自動汽水灌裝機控制系統(tǒng)，彌補其局限性成為也許。（4）汽水灌裝機控制系統(tǒng)方案設想與長處本課題目就是采用當代流行先進控制技術，設計汽水自動灌裝控制系統(tǒng)，通過軟、硬件功能組態(tài)實現(xiàn)汽水灌裝機系統(tǒng)自動化控制，體當前：（a）減少事故。通過監(jiān)控系統(tǒng)，可以對生產(chǎn)線中各設備運營狀況進行周密監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)異常，及時進行報警或停機，把事故控制在最小范疇內，從而提高運營可靠性。（b）提高經(jīng)濟效益。實行灌裝過程監(jiān)控后，可以實現(xiàn)大型汽水灌裝機控制系統(tǒng)全自動化，提高生產(chǎn)效率。（c）改進工作環(huán)境。實行監(jiān)控后，值班人員坐在控制室就可以隨時理解整個汽水灌裝機控制系統(tǒng)運營狀況，從以往人工操作、實時觀測中解脫出來。（5）論文重要構成本文第1某些對汽水灌裝機控制系統(tǒng)結識和灌裝設備簡介；第2某些簡介是汽水灌裝機控制系統(tǒng)工藝流程，一方面簡介了汽水灌裝機控制系統(tǒng)工作過程和傳動原理，另一方面簡介了汽水灌裝機控制系統(tǒng)其她幾種重要小部件；第3某些簡介是汽水灌裝機控制系統(tǒng)硬件設計，重要有PLC選型和PLC連接。第4某些簡介是汽水灌裝機控制系統(tǒng)軟件設計，重要是對PLC軟件和系統(tǒng)程序設計進行簡介，并結合汽水灌裝機控制系統(tǒng)詳細控制規(guī)定，對I/O進行分派；第5某些簡介世紀星組態(tài)畫面設計，一方面對該軟件進行了簡樸簡介，然后結合PLC控制原理與程序流程圖，實現(xiàn)組態(tài)畫面控制。第6某些是監(jiān)控系統(tǒng)通信實現(xiàn)和系統(tǒng)現(xiàn)場調試。1灌裝控制系統(tǒng)總體簡介1.1灌裝機重要類型按灌裝瓶重要運動形式分類1.1.1旋轉型灌裝機待灌瓶由傳送系統(tǒng)（普通經(jīng)洗瓶機由輸送帶輸入）或人工送入灌裝機進瓶機構，瓶子由灌裝機轉盤帶動繞主立軸旋轉運動進行持續(xù)灌裝，轉動近一周時瓶子己灌滿，然后由轉盤送入壓蓋機進行壓蓋，如圖1.1所示。圖1.1灌裝過程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、牛奶灌裝，此機重要由流體輸送（即供料系統(tǒng)）、容器輸送（即供瓶系統(tǒng)）、灌裝閥、大轉盤、傳動系統(tǒng)、機體、自控等某些所構成，其中灌裝閥是保證灌裝機能否正常工作核心。1.1.2直線型灌裝機灌裝瓶沿著平直直線運動，進行成排灌裝。如圖1.2，凡送來一排空瓶由推瓶板向前推送一次，到送至灌液管下方時，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1.2直線灌裝機工作原理圖這種灌裝機相對旋轉灌裝機來講，構造比較簡樸，制造以便，但占地面積比較大，并且是間歇運動，生產(chǎn)能力提高也受到一定限制，因而普通只用于無汽液料類灌裝，局限性較大。1.2灌裝基本辦法簡介各種液體產(chǎn)品物理性質和化學性質均不相似，在灌裝過程中，為了使產(chǎn)品特性保持不變，必要采用不同灌裝辦法。普通灌裝機常采用下列幾種灌裝辦法：（1）常壓法常壓法也稱純重力法，即在常壓下，液料依托自重流進包裝容器內。大某些能自由流動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，即在高于大氣壓條件下，一方面對包裝容器充氣，使之形成與貯液箱內相等氣壓，然后再依托被灌液料自重流進包裝容器內。這種辦法普遍用于含氣飲料，如啤酒、汽水、汽酒等灌裝。采用此種辦法灌裝，可以減少此類產(chǎn)品中所含CO2損失，并能防止灌裝過程中過量起泡而影響產(chǎn)品質量和定量精度。（3）真空法真空法是在低于大氣壓條件下進行灌裝，可按兩種方式進行：（a）壓差真空式即貯液箱內處在常壓，只對包裝容器抽氣使之形成真空，液料依托貯液箱與待灌容器間壓差作用產(chǎn)生流動而完畢灌裝，國內此種辦法較慣用。（b）重力真空式即貯液箱內處在真空，包裝容器一方面抽氣使之形成與貯液箱內相等真空，隨后液料依托自重流進包裝容器內，因構造較復雜，國內較少用。真空法灌裝應用面較廣，它即合用于灌裝粘度稍大液體物料，如油類、糖漿等。也合用于灌裝含維生素液體物料，如蔬菜汁、果子汁等，瓶內形成真空就意味著減少了液料與空氣接觸，延長了產(chǎn)品保質期，真空法還合用于灌裝有毒物料，如農(nóng)藥等，以減少毒性氣體外溢，改進勞動條件。（4）壓力法運用機械壓力或氣壓，將被灌物料擠入包裝容器內，這種辦法重要用于灌裝粘度較大稠性物料，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灌裝，這時靠汽水自身氣壓直接灌入未經(jīng)充氣等壓瓶內，從而提高了灌裝速度，形成泡沫因汽水中無膠體尚易消失，對灌裝質量有一定影響[7]。1.3灌裝機以及灌裝方式擬定1.3.1灌裝機擬定旋轉式灌裝機無論在生產(chǎn)效率還是在生產(chǎn)質量上都遠遠高于直線型灌裝機，對比直線性灌裝機，旋轉式灌裝機設備更高效化、自動化和節(jié)能化。今天旋轉式灌裝機自動灌裝機生產(chǎn)能力己達每分鐘瓶。因而本設計采用旋轉式灌裝機來進行研究。1.3.2灌裝方式擬定灌裝方式選取，除了考慮液體自身工藝性能如粘度、重度、含氣性、揮發(fā)性外，還必要考慮產(chǎn)品工藝規(guī)定、灌裝機機械構造等綜合因素。對于普通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液體含氧氣量，以便延長產(chǎn)品保質期，采用較大真空度—等壓法更有利。采用真空法其灌裝閥構造較簡樸，液漏損失小。但是真空法較之等壓法需增長設備成本，并且，氧氣量對碳酸飲料影響不大，在節(jié)能方面考慮，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防止灌裝過程中C02氣體損失，等壓灌裝即先向瓶子中充氣，使容器內壓力與貯液缸內壓力相等，再將貯液缸內液體灌入容器內。貯液缸是全封閉，它由貯液室、背壓氣室、回氣室三室構成。在往貯液缸輸送液體之前，先往貯液缸內通入壓縮氣體（無菌空氣或CO2，使貯液缸氣室保持一定壓力（0.1~-0.9MPa），該氣體壓力必要等于或稍高于液體物料中CO2溶解量飽和壓力，使飲料中CO2溶解。等壓灌裝法可以減少CO2損失，保持含氣飲料質量，并能防止灌裝中過量泛泡，保證灌裝計量精確。因此本系統(tǒng)在設計中選用等壓灌裝法。2汽水灌裝機控制系統(tǒng)設計方案2.1總體設計思路依照規(guī)定和當前生產(chǎn)線詳細狀況，并結合當前先進裝配系統(tǒng)設計方案，擬定了如下總體設計思路。采用可編程控制器(PLC)作為控制系統(tǒng)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)線監(jiān)控和產(chǎn)品數(shù)據(jù)記錄解決。整條汽水灌裝機控制系統(tǒng)由一臺PLC、灌裝機以及次品撿出器和批示燈等其他元件構成。瓶子在灌裝機中依次完畢：1、進氣，2、進液回氣；3、停止進液；4、排除余液等4個環(huán)節(jié)。同步生產(chǎn)線上各種檢測狀態(tài)傳感器所有接入到PLC中，由PLC依照傳感器檢測狀態(tài)通過編制好程序控制整個系統(tǒng)工作。操作時，在PLC上編制好程序作為系統(tǒng)工作條件。通過PLC上開關和批示燈等進行對系統(tǒng)功能操作和監(jiān)控系統(tǒng)工作過程[9]。2.2汽水灌裝機控制系統(tǒng)詳細流程系統(tǒng)采用了國際上較為先進灌裝設備—旋轉型全自動灌裝機。設計灌裝過程是：洗瓶機將瓶子里外洗凈并經(jīng)檢查后，由傳送帶送入自動灌裝機限位機構，依照規(guī)定規(guī)定按一定距離排列好，限位機構精確地將瓶送入瓶升降機構。升降機構把升降托盤頂起，瓶子隨之上升，當瓶口卡住閥門定心罩時打開多移閥氣門，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。完畢上述幾步之后，瓶子升降機構及時進入下降滑道，在下降滑道作用下，升降托盤被滑道強制下降，因而裝好瓶子隨之下降到最低位置，當轉過一定角度后，瓶子進入傳遞輪子區(qū)域，被傳遞輪子退出，送去進行上蓋并包裝，這樣就完畢了整個灌裝工作一種工作循環(huán)過程。系統(tǒng)設計流程圖如圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)設計流程圖3汽水灌裝機控制系統(tǒng)硬件設計3.1PLC選型3.1.1選取PLC控制因素可編程控制器是以微解決器為核心專用計算機，是專為工廠現(xiàn)場應用環(huán)境設計，運用它面向顧客編程語言，不但能實現(xiàn)邏輯控制，還能實現(xiàn)各種順序和定期控制以及復雜閉環(huán)控制；運用它內部大量輔助繼電器可以實現(xiàn)無觸點控制；運用它控制可靠性高、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營、編程容易且維護工作量小、還配有通訊接口和各種模塊特點，可以把它作為下位機放在自動生產(chǎn)線工作現(xiàn)場完畢各種控制任務。正是由于可編程控制器有這些優(yōu)良特性，再加上飲料灌裝過程中有大量順序控制，因此選用PLC來對灌裝設備進行控制。3.1.2PLC簡介可編程控制器是60年代末在美國一方面浮現(xiàn)，當時叫可編程邏輯控制器PLC（ProgrammableLogicController），目是用來取代繼電器。以執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數(shù)等順序控制功能。提出PLC概念是美國通用汽車公司。PLC基本設計思想是把計算機功能完善、靈活、通用等長處和繼電器控制系統(tǒng)簡樸易懂、操作以便、價格便宜等長處結合起來，控制器硬件是原則、通用。依照實際應用對象，將控制內容編成軟件寫入控制器顧客程序存儲器內，使控制器和被控對象連接以便。70年代中期后來，PLC已廣泛地使用微解決器作為中央解決器，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)模集成電路，這時PLC已不再是僅有邏輯（Logic）判斷功能，還同步具備數(shù)據(jù)解決、PID調節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能。國際電工委員會（IEC）頒布可編程控制器原則草案中對可編程控制器作了如下定義：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用了可編程序存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定期、計數(shù)和算術運算等操作指令，并通過數(shù)字式和模仿式輸入和輸出，控制各種類型機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌潢P于外圍設備，易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一種整體，易于擴充其功能設計[3]。

可編程控制器對顧客來說，是一種無觸點設備，變化程序即可變化生產(chǎn)工藝。當前，可編程控制器已成為工廠自動化強有力工具，得到了廣泛普及推廣應用。可編程控制器是面向顧客專用工業(yè)控制計算機，具備如下明顯特點：（1）可靠性高，抗干擾能力強：PLC采用當代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格生產(chǎn)工藝制造，內部電路采用了先進抗干擾技術，具備很高可靠性。同步在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外電路及設備也獲得故障自診斷保護。（2）編程直觀、簡樸：梯形圖語言圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相稱接近，只用PLC少量開關量邏輯控制指令就可以以便地實現(xiàn)繼電器電路功能。（3）適應性好：PLC產(chǎn)品在抗電磁、噪聲干擾、有害廢氣腐蝕、高溫、粉塵等惡劣條件有很高能力。能直接和現(xiàn)場各種單元相連接。（4）功能完善，接口功能強：除了邏輯解決功能以外，當代PLC大多具備完善數(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控制由于它高性能、成本低、并且對惡劣環(huán)境有很強適應能力而在工業(yè)控制廣泛應用中保持優(yōu)勢[2]。3.1.3PLC型號選取本設計選用OMRON公司CPM2A型PLC。能基本滿足系統(tǒng)設計規(guī)定。日本OMRON公司是世界上生產(chǎn)可編程序控制器（PC）知名廠家之一，OMRON大、中、小、微型機各具特色各有所長，在中華人民共和國市場上占有率位居前列，在國內顧客中享有較高名譽。1999年，OMRON在推出CS1系列同步，在小型機方面相繼推出CPM2A/CPM2C/CPM2AE、CQM1H等機型。CPM2A是CPM1A之后另一系列機型。CPM2A功能比CPM1A有新提高，例如，CPM2A指令條數(shù)增長、功能增強、執(zhí)行速度加快，可擴展I/O點數(shù)、PC內部器件數(shù)目、程序容量、數(shù)據(jù)存儲器容量等也都增長了；所有CPM2ACPU單元都自帶RS232C口，在通信聯(lián)網(wǎng)方面比CPM1A改進不少。CPM2A基本指令與CPM1A相似，都是14種，但CPM2A應用指令增長到105種、185條；CPM2A工作速度明顯加快，基本指令LD執(zhí)行時間為0.64us，應用指令MOV執(zhí)行時間為7.8us；程序容量增長到4096字；讀/寫DM增長到2048字；最大I/O點數(shù)可擴展到120點；內部器件數(shù)目也有增長，如內部輔助繼電器區(qū)（IR）928位，特殊繼電器區(qū)（SR）448位，定期器/計數(shù)器256位，輔助繼電器區(qū)（AR）384位[1]。3.2PLC硬件系統(tǒng)連接系統(tǒng)采用了OMRONCPM2A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)控制環(huán)節(jié)采用上位機和下位機構成，下位機直接控制汽水灌裝機控制系統(tǒng)中各個設備工作運營，上位機負責對系統(tǒng)工作運營狀況進行監(jiān)視，其中上位機通過COM端口用RS-232與PLC相連進行通信，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輸入端口上，系接線圖，如圖3.1所示[4]。圖3.1系統(tǒng)硬件連接圖3.3灌裝機傳動原理旋轉型自動灌裝機，所用動力都是電動機，其功率普通在1~3千瓦之間，電動機轉速普通是很高，而灌裝機轉速但是每分鐘幾轉，滿足不了灌裝工作規(guī)定，因而，它傳動就需要一套合理變速系統(tǒng)。有灌裝機上還采用調速電機，直接無級變速，但這種傳動對電機規(guī)定很高，必要防塵、防水等，并且價格也較貴。對于旋轉型灌裝機傳動某些規(guī)定有如下幾點：（1）傳動平穩(wěn)由于主機完畢灌裝任務是在一種灌裝機傳送帶上進行，它進瓶、出瓶精確地灌裝等都規(guī)定在平穩(wěn)工作條件下進行。（2）傳動系統(tǒng)構造簡樸傳動系統(tǒng)簡樸，一方面可以減少功率消耗，另一方面設備精度易達到，同步維修以便。此外，在設計傳動系統(tǒng)時考慮到安裝、調試、保養(yǎng)以便性，要滿足人體工程學規(guī)定，給工人帶來以便，要盡量縮短維修時間，規(guī)定便于維修、保養(yǎng)。3.4灌裝機重要硬件詳解3.4.1灌裝機供瓶機構在自動灌裝機中，按照灌裝工藝規(guī)定，精確地將待灌瓶送入主轉盤升降機構托瓶臺上，是保證灌裝機正常而有秩序地工作核心。普通供瓶機構核心問題是瓶持續(xù)輸送和瓶定期供應。慣用持續(xù)輸送裝置有鏈帶傳送，普通采用不銹鋼或尼龍?zhí)箍随湈?，為了減少鏈帶與瓶底間摩擦，有時設法在鏈帶上加些肥皂水，以便潤滑。由洗瓶機出來瓶子由輸送帶送來后，為了防止擠壞、堵塞和精確地送入灌裝機，必要設法使瓶子單個地保持恰當間距送進灌裝機，當前瓶子定期送給普通采用分件供送螺桿或拔盤式等限位機構。3.4.2瓶升降機構在普通旋轉型灌裝機中，由拔瓶輪送來瓶子必要依照灌裝工作過程需要，先把瓶子升到規(guī)定位置，以便進行灌裝。然后再把己灌滿瓶子下降到規(guī)定位置，以便拔瓶輪將其送到傳送鏈帶上送走，這一動作是由瓶升降機構完畢。對于瓶升降機構規(guī)定是：運營平穩(wěn)、迅速、精確、安全可靠、構造簡樸。3.4.3灌裝閥功能灌裝閥是自動灌裝機執(zhí)行機構主體部件，它功能在于依照灌裝工藝規(guī)定，以最迅速度溝通或切斷貯液箱、氣室和灌裝容器之間流體流動通道，保證灌裝工藝過程順利進行。本設計中采用氣動式多移閥。多移閥構造：灌裝閥組件由液體閥、注氣管、氣閥、定心罩、排氣閥等構成。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，然后啟動氣閥對瓶內進行充CO2，充CO2由一只氣缸加壓產(chǎn)生，壓力大小取決于瓶子材料。通過這道程序，使汽水在灌裝過程中，CO2損失降到最低。當待灌瓶中氣壓達到與貯液箱內背壓相等時，液閥彈簧自動打開液門，完畢灌裝，此種閥長處是不但能保證碎瓶時不漏液，還能保證瓶上有孔洞破瓶及充氣局限性時不漏液，使灌裝可以穩(wěn)定進行[5]。4汽水灌裝機控制系統(tǒng)軟件設計4.1系統(tǒng)程序指令簡介（1）定期器指令（TIM）系統(tǒng)設計中使用了十個定期器，用來控制瓶子在灌裝機內各個某些計時工作，當定期器輸入端為從“OFF”變?yōu)椤癘N”時，定期器開始工作，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”，定期輸出也變?yōu)椤癘FF”，即恢復原狀態(tài)，本次系統(tǒng)設計定期器就是運用此功能，實現(xiàn)了定期器自復位功能。（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)器值進行一次清空。當計數(shù)輸入（CP）和復位（R）同步來屆時，復位輸入優(yōu)先。系統(tǒng)中計數(shù)器指令與定期器指令編號不能重復使用，兩者數(shù)量和為512個。4.2可編程序控制器I/O分派開關量I/O模塊選取：開關量I/O模塊不同，直接關系到I/O點數(shù)多少，對PLC應用范疇會產(chǎn)生影響，選取時重要考慮點數(shù)、外部電路性質和構造、電壓形式和范疇等。如果是無源輸入信號例如按鈕、行程開關等，可以依照現(xiàn)場與PLC距離遠近來選取電壓高低。輸出模塊所起作用是將PLC內部低電平控制信號隔離、轉換為外部所需輸出信號，以驅動PLC外部負載。在選取時應注意，模塊與外部接線方式、輸出電壓額定限度、外部輸出點同步接通影響、選取輸出方式等。I/O地址分派目是讓主CPU模塊可以訪問其她模塊，進行數(shù)據(jù)互換。在進行I/O地址分派時，要特別注意不要產(chǎn)生地址沖突錯誤。設計本控制系統(tǒng)共使用了9個輸入點，13個輸出點，I/O分派如表4.1所示[4]。表4.1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4.3工作過程分析本設計選取是旋轉式灌裝機，旋轉式灌裝機在第一某些已做過詳細簡介，這里就不再進行簡介。灌裝方式選取是等壓灌裝法，等壓法灌裝工藝過程是：1、進氣，2、進液回氣；3、停止進液；4、排除余液。4.3.1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，使瓶子以相似間距進入灌裝機）和灌裝機啟動（200.00）。在灌裝機啟動前提下，按下傳送帶啟動按鈕（0.01），灌裝機進瓶傳送帶啟動（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，導致?lián)頂D和堆疊，防止送瓶出錯。梯形圖如圖4.1所示。圖4.1灌裝機和傳送帶啟動環(huán)節(jié)（2）瓶子進入傳送帶后來，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）后來，托盤活塞給托盤升降機構一種壓力，托盤開始帶著瓶子上升（200.02），最大上升時間為6S（tim000）。此過程即為圖4.9中T1汽水瓶上升環(huán)節(jié)。梯形圖如圖4.2所示。圖4.2瓶子隨托盤上升環(huán)節(jié)（3）在托盤上升6S內，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時間屆時，氣閥打開，開始對瓶子充CO2，最大充氣時間為6S。此過程相應圖4.10中T2充氣環(huán)節(jié)。啟動充CO2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4.3所示。圖4.3對瓶內充CO2環(huán)節(jié)（4）當最大充氣時間6S內，氣閥檢測到氣壓（0.04），則停止充CO2，在6S時液閥啟動（200.4），開始灌裝。灌裝時間為6S。啟動灌裝條件有2條：（1）最大充氣時間6S到；（2）氣閥檢測到瓶子內對外氣壓?？梢詫崿F(xiàn)破瓶不灌液。此過程相應圖4.10中T3灌裝環(huán)節(jié)。梯形圖如圖4.4所示。圖4.4灌裝環(huán)節(jié)（5）灌裝完畢（tim002）后來，托盤開始下降（200.05），下降過程中同步關閉液閥，回氣管工作（201.03），啟動排氣和除余液操作。下降完畢瓶子再轉過一定角度由傳遞輪子送出，同步瓶子托盤向前繼續(xù)行進進入下一種循環(huán)。此過程相應圖4.10中T4托盤下降環(huán)節(jié)。圖4.5排氣除余液環(huán)節(jié)4.3.2灌裝浮現(xiàn)次品流程（1）次品為爆瓶時（接正常灌裝流程（2）環(huán)節(jié)）當最大托盤時間上升6S屆時，注液口定心中罩沒檢測到壓力（瓶子為爆瓶，高度局限性），則托盤開始下降（200.06），同步次品提示燈亮，托盤下降時間為6S（tim005）。下降完畢托盤等待進入下一次循環(huán)。同步次品檢出器啟動。（詳見下方次品撿出器簡介）。梯形圖如圖4.6所示。圖4.6解決爆瓶環(huán)節(jié)（2）次品為破瓶時（接正常灌裝流程（3）環(huán)節(jié)）當最大充氣時間6S屆時，氣閥沒有檢測到氣壓（破瓶，CO2充不滿），則停止充CO2，同步瓶子托盤開始下降（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)，同步次品檢出器啟動（詳見下方次品撿出器簡介）。梯形圖如圖4.7所示。圖4.7解決破瓶環(huán)節(jié)4.3.3次品撿出器（1）次品撿出器有關簡介如圖4.8，瓶子在上升后來，瓶子底離下轉盤有一定距離，本系統(tǒng)所設計這個次品檢出器就在層位。圖4.8瓶子在灌裝過程中展開示意圖如圖4.9，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處外圍。

圖4.9旋轉灌裝機工作循環(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時氣閥啟動，開始充CO2，充氣正常瓶子到達C點時啟動液閥開始灌裝，到達D點灌裝完畢后開始下降，因此當正常灌裝時，D點時瓶子還在上方。（b）當浮現(xiàn)爆瓶時，B點瓶子隨著托盤開始下降，C點瓶子下降完畢。當浮現(xiàn)破瓶浮現(xiàn)時，C點瓶子隨著托盤開始下降，D點瓶子下降到最低處。因此當浮現(xiàn)爆瓶和破瓶時，在D點瓶子會被次品檢出器撿出。（2）次品撿出器有關程序次品撿出器啟動后，如果在最大次品撿出時間內（tim110）內，沒有檢測到次品壓力，則在tim110時間到后來，次品撿出器停止。如果在最大次品撿出時間內（tim110）內，檢測到次品壓力，則停止tim110計時，啟動tim009將次品送出去。梯形圖如圖4.10所示。圖4.10次品撿出器工作環(huán)節(jié)4.3.4貯料缸有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)應當不斷止，因此將貯料缸程序當做一種單獨程序。梯形圖如圖4.11所示。圖4.11貯料缸環(huán)節(jié)5監(jiān)控程序軟件設計5.1組態(tài)軟件簡介5.1.1組態(tài)軟件選取當前自動化控制方面軟件品種繁多，但其構成某些大同小異。組態(tài)軟件由系統(tǒng)管理、梯形圖生成，計算公式生成（構造化文本語言生成）、歷史庫生成、圖形生成、報表生成等構成。運用系統(tǒng)管理組態(tài)定義系統(tǒng)硬件配備，只有硬件配備擬定后，才干進行背面組態(tài)。選取一種性能優(yōu)良組態(tài)軟件對于整個控制管理系統(tǒng)成功開發(fā)、以便調試、可靠運營至關重要。由北京世紀長秋軟件有限公司推出世紀星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世紀星組態(tài)軟件較易掌握，且擁有良好口碑。因此本設計在開發(fā)灌裝監(jiān)控畫面流程時采用了世紀星7.22版。5.1.2世紀星組態(tài)軟件簡介世紀星組態(tài)軟件全稱是“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)智能型人機接（HMI）軟件系統(tǒng)，以Windows98//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、中科院等單位參加了世紀星組態(tài)軟件核心模塊開發(fā)研制工作，在開發(fā)和設計過程中，采用國際先進組態(tài)理念，吸取當前國內外先進組態(tài)軟件先進成果，在最大地滿足和以便顧客思想指引下，采用了一系列獨特技術，從而使產(chǎn)品在面向市場幾年時間里，有了許多成功應用實例[1]。5.1.3世紀星軟件構成世紀星組態(tài)軟件由開發(fā)系統(tǒng)和運營系統(tǒng)兩某些構成。開發(fā)系統(tǒng)和運營系統(tǒng)是各自獨立Windows32位應用程序，均可單獨使用；兩者又互相依存，在開發(fā)系統(tǒng)中設計開發(fā)工程和畫面應用程序必要在運營系統(tǒng)中才干運營。

世紀星組態(tài)軟件開發(fā)系統(tǒng)是其應用程序集成開發(fā)環(huán)境。開發(fā)者在這個環(huán)境中完畢工況畫面設計、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)具備先進完善圖形生成功能；數(shù)據(jù)庫中有各種數(shù)據(jù)類型，相應于控制對象特性，對數(shù)據(jù)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樸操作辦法。

世紀星組態(tài)軟件運營系統(tǒng)是一種實時運營環(huán)境，用于顯示畫面開發(fā)系統(tǒng)中建立動畫圖形畫面，并負責數(shù)據(jù)庫與I/O服務程序數(shù)據(jù)互換。它通過實時數(shù)據(jù)庫管理從工業(yè)控制對象采集到各種數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)變化用動畫方式形象地表達出來，同步完畢報警、歷史數(shù)據(jù)記錄、趨勢曲線等監(jiān)視功能。5.2組態(tài)畫面詳細設計世紀星7.22版開發(fā)系統(tǒng)是應用程序集成開發(fā)環(huán)境，咱們可以在這個環(huán)境下完畢界面設計、數(shù)據(jù)庫構造、動畫連接定義等。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”中編寫有關匯編語言；（5）對監(jiān)控圖形界面中圖形建立動畫連接；（6）運營和調試。5.2.1組態(tài)圖形界面設計設計圖形界面即用抽象圖形畫面來模仿實際灌裝過程和相應灌裝設備。構造數(shù)據(jù)庫即創(chuàng)立一種詳細數(shù)據(jù)庫，用此數(shù)據(jù)庫中變量反映工控對象各種屬性，如灌裝機貯液缸內液位。動畫連接就是用動畫模仿工業(yè)現(xiàn)場各個設備運營狀況。運營和調試則是用世紀星組態(tài)軟件仿真PLC來提供現(xiàn)場模仿數(shù)據(jù)，以保證各動態(tài)點處在對的連接狀態(tài)。汽水灌裝機控制系統(tǒng)流程畫面就是依照灌裝工藝過程及工藝規(guī)定，用抽象圖形畫面來模仿其實際灌裝過程和相應灌裝設備，重要用來顯示各動態(tài)信息，特別是重要工藝參數(shù)、以以便操作人員及時掌握現(xiàn)場狀況，并發(fā)現(xiàn)問題，及時解決問題。依照碳酸飲料灌裝工藝，在灌裝機前方有洗瓶機，洗瓶機出來瓶子在到達灌裝機后來，在機器旋轉過程中，完畢對空瓶上升充氣、進液、回氣排余液、下降、送出等一系列過程，還設計了浮現(xiàn)次品時，次品撿出工作環(huán)節(jié)。本組態(tài)畫面是嚴格依照系統(tǒng)自動控制規(guī)定，結合控制流程圖，畫出詳細汽水灌裝機控制系統(tǒng)動態(tài)畫面，如圖5.1所示。該動態(tài)畫面設計有設計美觀，形象逼真等特點，并且實物也盡量完整繪制了出來。圖5.1灌裝系統(tǒng)組態(tài)圖形界面5.2.2組態(tài)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)軟件核心，是一種實時數(shù)據(jù)庫，它是若干變量集合。數(shù)據(jù)庫中每一變量涉及變量名、數(shù)據(jù)類型、變量取值范疇、當前值、連接設備（對I/O類型變量）等。運營時系統(tǒng)維護一種實時數(shù)據(jù)庫，各個功能模塊隨機訪問數(shù)據(jù)庫。在運營本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫中保存是本系統(tǒng)所有變量實時數(shù)據(jù)。運營系統(tǒng)時數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)同輸入數(shù)據(jù)以及汽水灌裝機控制系統(tǒng)工作現(xiàn)場傳送來數(shù)據(jù)進行實時解決，再將數(shù)據(jù)送回汽水灌裝機控制系統(tǒng)工作現(xiàn)場，同步更新變量數(shù)據(jù)庫中變量實時數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)所用到內存型變量重要是內存實數(shù)變量和內存離散變量這2種，變量定義如圖5.2所示。圖5.2灌裝控制系統(tǒng)變量定義5.2.3應用程序命令語言編輯按照系統(tǒng)設計規(guī)定，通過定義變量，編寫程序，從而實現(xiàn)各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)所相應瓶子運營狀態(tài)。在本設計中，由于世紀星特殊功能，即除了在定義動畫連接時支持連接表達式外，還容許定義類似于C語言命令語言來驅動應用程序，因此自動控制系統(tǒng)在使用連接表達式同步使用“應用程序命令語言”來控制系統(tǒng)狀態(tài)，使系統(tǒng)更加靈活。系統(tǒng)組態(tài)編程如圖5.3所示。圖5.3灌裝控制系統(tǒng)組態(tài)編程5.2.4動畫連接動畫連接就是建立畫面圖素與數(shù)據(jù)庫變量相應關系。這樣，灌裝系統(tǒng)中數(shù)據(jù)，例如貯料缸液位、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)庫中變量變化。動畫連接引入是人機接口軟件一次突破，它把程序員從重復圖形編程中解放出來，為程序員提供了原則工控圖形界面，增強了圖形顯示效果。動畫連接環(huán)節(jié)：一方面在組態(tài)圖形界面中雙擊你想要進行動畫連接圖形，浮現(xiàn)如圖5.4操作界面。圖5.4動畫連接操作界面另一方面在該操作界面中選取想要進行移動方式，如“水平”，再在空白處填入與之相應表達式。最后擬定“水平方向移動距離”。如圖5.5所示。圖5.5動畫連接舉例圖圖5.5中表達式“生產(chǎn)線移動6”在應用程序命令語言中與之相應程序為：“IF(傳播工序==6)&&(啟動生產(chǎn)線==1)&&(產(chǎn)品質量==0)&&(產(chǎn)品質量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；傳播工序=0；”即當“傳播工序==6”、“啟動生產(chǎn)線==1”、“產(chǎn)品質量==0”、“產(chǎn)品質量1==0”這4個條件同步成立時，“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。相應圖形移動就6監(jiān)控系統(tǒng)通信實現(xiàn)6.1通信連接6.1.1CPM2A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)規(guī)定多級功能。復合型PLC網(wǎng)絡中，上位鏈接系統(tǒng)處在最高位，負責整個系統(tǒng)監(jiān)控優(yōu)化。上位機與CMP2A6.1.2CPM2A上位通信合同CPM2A數(shù)據(jù)是以幀格式發(fā)送，正文最多122個字符。當命令塊內容不不大于一幀時，由起始幀、中間幀、及成果幀構成。起始幀最多131個字符，中間幀及結束幀最多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、分界符構成。結束幀由正文FCS、結束符構成。上位機每發(fā)送完一幀，在收到PLC發(fā)回分界符后再發(fā)送下一幀。命令塊中校驗碼FCS是8位二進制數(shù)轉換成2位ASCⅡ字符。這8位數(shù)據(jù)是將一幀數(shù)據(jù)中校驗碼前所有字符ASCⅡ碼位按持續(xù)異或成果。轉換成字符時，按照8位十六進制數(shù)轉換成相應數(shù)字字符。PLC接受到上位機發(fā)送命令幀后，自動產(chǎn)生響應塊，響應碼表達上位機命令出錯信息。響應碼00表達PLC正常完畢上位機命令。6.1.3編寫上位機通信程序在上位鏈接系統(tǒng)中，通信普通都是由上位機發(fā)起，按PLC原則通信進行連接。上位機給PLC發(fā)送操作指令，PLC按照指令執(zhí)行相應操作，同步給上位機返回數(shù)據(jù)。串口通信流程如圖6.1所示。圖6.1通信流程6.1.4實現(xiàn)上位機對PLC監(jiān)控編寫通信程序建立了上位機與PLC連接，PLC任何工作方式下都可以通過“讀”指令讀取PLC狀態(tài)，從而對PLC進行監(jiān)視。只有當PLC工作方式為監(jiān)視狀況下才可以通過上位機對PLC進行控制，因此在需要上位機實行控制系統(tǒng)里面PLC都必要設立為監(jiān)視工作方式。6.2計算機與PLC通信上面所提到組態(tài)監(jiān)控軟件，為顧客提供了一種簡捷易控制操作平臺。安裝了組態(tài)軟件后不但可以直觀看到系統(tǒng)正運營在哪個階段，更可以很簡樸對系統(tǒng)進行控制。不需要操作人員對系統(tǒng)有多進一步理解，不但提高了系統(tǒng)廣泛應用性也提高了操作人員安全性。要使組態(tài)軟件能對PLC運營起到監(jiān)控作用，PLC與計算機之間必要實現(xiàn)聯(lián)接通訊。一方面要在設備安裝向導中安裝上相應型號PLC，然后通過設備驅動中多串口參數(shù)設定對相應串口進行參數(shù)設定，實現(xiàn)計算機與PLC聯(lián)接。串口選用是COM2，其中波特率選用9600，數(shù)據(jù)位設為7，停止位設為2，奇偶校驗采用是偶校驗，通訊方式選取RS232，通訊超時定為500ms。這樣就完畢了計算機與PLC之間聯(lián)接通訊。上位機要可以通過PLC監(jiān)控下層設備狀態(tài)，就要實現(xiàn)上位機與PLC間通信，普通工業(yè)控制中都是采用RS-232C實現(xiàn)。上位機一方面向PLC發(fā)送查詢數(shù)據(jù)指令（事實上是查詢PLC中端子狀態(tài)和DM區(qū)值等），PLC接受了上位指令后，進行校驗（FCS校驗碼），看其與否對的，如果對的，則向上位機傳送數(shù)據(jù)（包括首尾校驗字節(jié)）。否則，PLC回絕向上位機傳送數(shù)據(jù)。上位接受到PLC傳送數(shù)據(jù)，也要判斷對的與否，如果對的，則接受，否則，回絕接受。為了使世紀星系統(tǒng)與PLC進行通信，需要使用通信驅動程序來和既有PLC進行通信。上位機通過RS-232C與下位機通信，用已經(jīng)完畢組態(tài)圖形顯示系統(tǒng)運營狀態(tài)，發(fā)出控制命令控制該系統(tǒng)運營并監(jiān)視解決。下位機向上位機傳遞設備實時狀態(tài)，接受并執(zhí)行上位機實時控制指令。在與上位機通信中斷狀況下，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)場設備控制。世紀星采用歐姆龍HostLink合同通過串口實現(xiàn)PLC與計算機數(shù)據(jù)互換。世紀星把下位機看作是外部設備，在開發(fā)過程中依照“設備配備向導”提示一步步完畢連接過程。在運營期間，世紀星通過驅動程序來和外部設備進行數(shù)據(jù)互換，涉及采集數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)、指令。每一種驅動程序都是一種COM對象，這種方式使通信程序和世紀星構成一種完整系統(tǒng)，既保證了運營系統(tǒng)高效率，也使系統(tǒng)安全、穩(wěn)定。6.3世紀星與PLC通信串行通訊方式，這是世紀星與PLC之間最慣用一種數(shù)據(jù)互換方式。串行通訊方式使用“世紀星計算機”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”串口。如果您計算機擁有各種串口，您可以同步與各種I/O設備。世紀星最多可與32個串口設備相連。最簡樸狀況下，使用世紀星計算機只與一種I/O設備相連。I/O設備使用原則RS-232電纜與計算機主機背面串口連接。如圖6.2所示。圖6.2世紀星與PLC相連當外部控制某些完畢了之后，為了能更清晰和直觀看見程序運營過程及系統(tǒng)當前所處狀態(tài)，還需要一種組態(tài)監(jiān)控軟件來協(xié)助咱們來完畢這一點。世紀星與PLC通信，先要在世紀星上完畢PLC新設備添加，一方面選取“設備安裝向導”→“PLC”→“歐姆龍”→“HOSTLINK合同”→“串口”單擊“下一步”→“完畢”。這在“驅動設備管理”里就有了添加好新PLC設備。采用是PPI通信方式，在完畢PLC設備添加后，在“變量字典”里找到事先定義好I/O離散型變量，選取“新設備”欄后，找到相應寄存器類型填寫通道號及序號即完畢，將整個汽水灌裝機控制系統(tǒng)設備連接起來，運營正常并且通信順暢[10]。6.4監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場調試6.4.1PLC系統(tǒng)現(xiàn)場調試準備階段：為了保證如期完畢任務，對改造前期工作我做了細致準備工作。一方面按照工期進度設計、制造新控制柜以及機械改造某些元件加工，編制好PLC控制程序，將編制好程序傳送至PLC中。現(xiàn)場調試：所有控制柜安裝、接線完畢后一方面進行了PLCI/O測試，對PLC系統(tǒng)中所有輸入/輸出點進行了逐個手工測試。隨后又對檢測傳感器、A/D轉換模塊進行了測試和校準工作。所有測試完畢后進行了聯(lián)機調試工作，各操作均在手動狀況下進行單獨檢測，辦法為在各檢測環(huán)節(jié)進行合格與不合格選取，觀測檢測后汽水瓶子運營狀況，調節(jié)計數(shù)器復位接線，使顯示個數(shù)與系統(tǒng)設計運營汽水瓶子個數(shù)一致。6.4.2上位計算機系統(tǒng)現(xiàn)場調試由于上位計算機調試工作不影響生產(chǎn)線生產(chǎn)因此調試是在停產(chǎn)結束，生產(chǎn)線啟動后進行。一方面進行了與PLC通信測試，隨后進行了板卡數(shù)據(jù)測試，最后進行了測試和聯(lián)機調試工作。在上位計算機監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)機調試完畢后，按照實際生產(chǎn)規(guī)定記錄了瓶子原材料總數(shù)和灌裝成品數(shù)，有籌劃地記錄出汽水成品占生產(chǎn)出總數(shù)比例，從而計算汽水生產(chǎn)成本。供管理人員對系統(tǒng)進行監(jiān)控和公司管理。結論本課題從實際應用角度出發(fā)，綜合國內液體包裝設備現(xiàn)狀以及存在問題，并針對灌裝生產(chǎn)設備生產(chǎn)率低、自動化限度低、缺少實時監(jiān)控等缺陷，運用當前較為完善控制方式，提出基于PLC汽水灌裝機控制系統(tǒng)。并對系統(tǒng)各個功能進行了詳盡描述，依照生產(chǎn)現(xiàn)場實際需要進行了相應軟硬件設計。本課題著重于全自動等壓灌裝機研究控制某些實現(xiàn)做了如下工作：（1）運用工控軟件—世紀星組態(tài)開發(fā)系統(tǒng)開發(fā)了汽水灌裝機控制系統(tǒng)監(jiān)控界面（涉及：灌裝生產(chǎn)監(jiān)測、參數(shù)設定、運營狀況），并運用世紀星內部仿真PLC實現(xiàn)了監(jiān)控畫面動態(tài)連接。（2）運用OMRON系列PLC可編程控制器通過軟件編寫，實現(xiàn)了灌裝機氣閥啟動與關閉、液閥關閉與啟動、破瓶檢測、破瓶撿出、自動壓蓋等，并用模仿實驗加以驗證。由于經(jīng)驗局限性，本程序還存在如下某些有待加以研究與開發(fā)：灌裝機貯液缸內液位、壓力控制方面有關程序偏簡樸，如果加入計算機控制系統(tǒng)較為成熟控制辦法—PID調節(jié)技術來進行控制會更好。由于本人水平有限，所做研究、開發(fā)工作不夠進一步，但愿可以得到各位教師批評指正。致謝本課題是在劉英英教師悉心指引下完畢。從大二至今，在我受教于劉教師三年中，劉教師不但在學業(yè)上循循善誘、誨人不倦，并且為人師表，以自己嚴謹治學態(tài)度、高深學術造詣，使我受益匪淺。劉教師敏銳學術洞察力、嚴謹治學態(tài)度使我在大學學習期間受益匪淺。我由本來對畢業(yè)設計內容懵懂逐漸發(fā)展到當前對畢業(yè)設計內容完全認知，完全是在劉英英教師協(xié)助下完畢。在教師指引下，我避免了許多盲目查詢，避開了許多錯誤結識，讓我從迷茫中找到突破口，迅速并且對的找到本次畢業(yè)設計定位點，繼而展開PLC程序編寫與調試，在教師指引下，通過三次程序調試，順利完畢了系統(tǒng)各個控制規(guī)定。世紀星組態(tài)軟件是咱們接觸新課程，咱們完全是自己摸索。但是在劉英英教師點撥下，讓我在短時間內迅速地掌握了這門軟件，順利地完畢了汽水灌裝機在此課題完畢過程中，我還得到金亞鈴教師以及李姿教師協(xié)助。在此向她們表達衷心感謝。同步還要感謝大學4年來教誨過咱們各位教師，是你為我打下了自動化堅實基本，正是這種基本，才干使我順利完畢畢業(yè)設計。感謝敬愛導員廣麗華教師，同步還感謝在我大學學習期間與我朝夕相處同窗們，從她們身上使我學到了諸多諸多寶貴東西。在此對你們表達深深謝意。最后，感謝母校培養(yǎng)，祝愿母校蒸蒸日上，在將來獲得更高層次發(fā)展。參照文獻[1]世紀星組態(tài)軟件7.2顧客手冊.北京世紀佳諾科技有限公司，:35~162[2]林小峰.可編程控制器原理及應用.高等教誨出版社，1994[3]田瑞庭.可編程控制器應用技術.機械工業(yè)出版社，1994[4]于慶廣.可編程控制器原理及系統(tǒng)設計.清華大學出版社，[5]宋爾濤.楊仲林.包裝自動控制原理及過程自動化.印刷工業(yè)出版社，1998[6]王冬梅.啤酒生產(chǎn)流水線自動控制系統(tǒng)研究與開發(fā).西安理工大學研究生論文，[7]高德.包裝機械設計.化學工業(yè)出版社，[8]亞文.國內飲料灌裝線現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢.中華人民共和國包裝報，:78~99[9]邢海龍.夏田.灌裝機PLC控制系統(tǒng)設計與研究.化工自動化及儀表，:03期[10]史建民,黃有方,趙婉瑩.基于MemobusRTU通信合同PLC數(shù)據(jù)優(yōu)化組合傳送辦法.上海海運學院學報，:52~58附件A英語原文DesignofPIDTemperatureControllingSystemBasedonVirtualInstrumentTechniqueZhangLin，SongYinAbstract：Inthispaper，figureprogramminglanguageLabVIEWofNationalInstrumentCompanyOfU.S.isregardedasthedevelopingplatform，combiningPIDcontroltoolkit，thedesignprocessofatemperaturecontrolsystemisintroduced，whichincludesthedesignofhardwareandsoftware.Theexperimentindicatesthatthedesignedcontrolsystemhasmanyfunctionssuchasautomatictemperaturecontrol.friendlyinterface.measurementwithhighprecision，Verysafeandcrediblework，andsimplyoperationandsoon.Keywords：VirtualInstrument，PID，dataacquisition，temperaturecontrol1IntroductionFigureprogramminglanguageLabVIEWhasbeenappliedwidelyintheautomaticmeasuresystemwiththedevelopmentofVirtualInstrumentTechnique.Ithaspowerfulfunctionindataacquiringandprocessing，datadisplayetc.，aswellasprovideadditionalPIDcontroltoolkitsothatdesignerscanemploythetoolkittodesignPIDcontrolsysteminLabVIEWsoftwaresurroundingconveniently.ThispaperpresentsatemperaturecontrolsystembasedonPIDalgorithmwiththehelpofLabVIEW7.1.Thissystemhassuchcharacteristicsashighmeasureprecision，smalltemperaturefluctuation，safeandtrustiness，easilymanipulationetc.Intheprocessofthedesignofthesystem，becauseoftheuseofFigureprogrammingsoftwareandthedataacquiringcardrecentlymadebyNIcompanyofU.S.，timeofsystemestablishmenthasbeenreducedgreatly.2SystematicHardwareDesignThissystemismainlytoacquirethedataofenvironmenttemperatureandmakeauto-control.ItshardwarebuildupisshownasFig.1.Itismainlycomposedoftemperaturemeasurecircuit，temperaturecontrolcircuit，apieceofmultifunctiondataacquiringcardbasedonPCIbusandsomecorrelatedsoftware.Itsworkingprocesscanbedescribedasfollows：firstly，temperaturesignalistransferredtovoltagesignalsbysensor.Secondly，signalissentintotheP.C.throughadjustingcircuitanddataacquiringcard.Thirdly，acquireddataisanalyzedandprocessedbyPIDarithmeticinPIDtoolkitinLabVIEWprogramrunningintheP.C.，andthenthecomputingresultistransmittedout.Fourthly，outputsignalistransferredthroughD/Achannelindataacquiringcardagaintotheoutsidetemperaturecontrolcircuit.Lastly，temperatureisrectifiedtothesetpoint.AllprocessofcontrolcanbedisplayedandMonitoredintheP.C.Fig.1Blockdiagramoftemperaturecontrollingsystem2.1DataacquiringcardDataacquiringcardismainlytotransmitnecessarydatasignalsandcontrolsignalstothecircuitandcomponentsneedingtobecontrolledaswellasreceivestatesignalsfrommeasuredobject.Moreover，italsofinishesthefunctionsofdatatransformingandstorage.ThissystemchoosePCI-6221dataacquiringcardofNIcompanyascorepartofsystemhardware，syntheticallyconsideringthenumberofA/DandD/Achannel，samplingrate，inputprecision，A/DandD/Atransformingrate，distinguishingratioandprecisionetc.Thiscardsupportstheinputofbothunipolaritandbipolaranalogsignals，corresponsivelyaswellassignalinputrangefrom–10to10Vand0~20V.Italsoprovides16channelsof16-bitanalogsignalinput，eachofwhichhasasamplingrateupto250kS/s.Italsoprovides2channelsof16-bitanalogysignaloutputaswellasanoutputrateupto833kS/s.And24-wireTTLdigitI/Oand32-bittimeretc.aregiventoo.2.2DesignoftemperaturemeasuringcircuitTemperaturemeasurecircuitismainlymadeupoftemperaturesenorandsignaladjustingcircuit，whichisusedtomeasurethespottemperature.Afterprocessedbyadjustingcircuitandthroughanalogychannelofdataacquiringcard，theoutputsignaloftemperaturesenorissentintoP.C.，inwhichtemperaturemeasurevalueiscomputedandgetbyLabVIEWprogram.AdjustingcircuitisusedtofilterandamplifythesignalsfromanalogyinputchanneltomeetthedemandsofdataacquiringcardA/Dconverter’electricparameter.Thedesignoftemperaturemeasurecircuit，whereLEDispowerindicationandDZ1isIN154voltageregulatortube.Rtisaminustemperatureparameterthermalresistorresistance(R=1KΩin25℃)，whichmeanstheratiobetweentemperatureandresistancevalueisinverse.A1andA2areboth8-pinplasticdualin-linepackagelowpoweramplifierLM358.DZ1isconnectedwithA1aftersharingvoltagesbyR3，R4andR5.AdjustingR5cangetneededworkingvoltagefromA1.R6，R7，R8andRtcomposedameasuringelectricbridge.ItsoutputisconnectedwithA2differenceamplifier.Afteramplified，theoutputissenttothecard.Itstemperaturemeasurerangesfrom0℃to100℃2.3DesignoftemperaturecontrollingcircuitThiscircuitismainlyconsistedofisolation，synchronization，springandloadparts，whichisshownasFig.2.Itisworkedbasedonthepostulatethatactualvoltageinheaterischangedbychangingangleofcurrentflowofthyristor，sothatthesurroundingtemperaturecanbechangedtomeettheactualdemand.ThegenerationandoutputoftemperaturecontrolsignalisfinishedbyprogramcontrollingdataacquiringcardandP.C.ControllingquantityiscomputedbyPIDarithmeticandsentoutbyP.C.dataacquiringcardtocontrolsurroundingtemperature.Inoneperiodofsquarewavegeneratedbysimulatingfan-outAOofdataacquiringcard，iftheoutputishigh，thyristorworkstomaketheheatingbarwork，otherwise，theheaterRLwillstopworkingandthetemperatureisfixedinthesetpoint.InordertogetridoftheworrythatP.C.componentsandacquiringcardwillbedestroyedbyaccidentallymistakesoroutsidecircuittroubles，electricisolationbetweenacquiringcardandcontrollingdeviceisusuallyneeded.Consideringthattheoutputsignalsofacquiringcardneedstospringthefollowingcircuits，small，low-power，strongant-jamming，low-noisephoto-electricitycoupleddeviceMOC3041，integratingthefunctionsasisolation，zerocrossingdetection，zerocrossingtrigger，isemployed，whichcansupplyenoughelectriccurrenttohigh-powerthyristor.Fig.2Temperaturecontrollingcircuit3SystemATICSoftwareDesignThesoftwarepartofsystemismainlytocompletesuchfunctionsasdataacquiringandcontrolling，measuringresultsanalysisandrecord，aswellasprovideaconvenientoperatinginterface.Systemsoftwarecomprisessuchmainmodulesassystemmaincontrollingmodule，dataacquiringmodule，PIDcontrollingmodule，PIDparametermodule，datarecordingmoduleandgraphicsuseroperatinginterfacemodule.Usingmodule