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1、专科毕业设计（论文）设计题目： PLC及触摸屏在瓶装水灌装机电气控制中的应用 系 部： 电气工程系 专 业： 电气自动化 班 级： 工企电气 姓 名： 学 号： 指导教师： 职 称 讲 师 2009年6月 南京摘 要本论文论述了PLC及触摸屏在瓶装水灌装机电气控制中的应用。文中介绍了灌装系统的构成，工艺流程及实现运转的电气控制的要求，详细阐述了运用PLC进行电气控制的设计过程，并结合触摸屏技术完成瓶装水灌装机电气控制设计。本设计以瓶装水冲洗、灌装、旋盖一体机（三合一灌装机）为例，突出了西门子S7-200PLC及触摸屏技术在工业设计中的强大优势及不可估量的发展前景。关键词 三合一灌装机 PLC
2、触摸屏AbstractThis design introduced the PLC and touch screen installed in the filling systems electrical control. In this design, the composition of the filling system, process and operation of electrical control requirements and described in detail the use of PLC to electric control of the design pro
3、cess, combined with touch-screen technology completed the design of electrical control. The bottled water designed to wash, filling, Capping machine (three-in-one filling machine) as an example, highlights the SIEMENS S7-200 PLC and touch screen technology in the industrial design of the powerful ad
4、vantages and prospects for the development of inestimable.Keywords Three-in-one filling machine PLC Touch-screen目 录1. 引言 12. 工艺流程 13. 生产过程 14. 控制要求 2 4.1设备组成 2 4.2具体控制说明 25. 程序设计3 5.1 确定控制程序方案 3 5.2 PLC及触摸屏的选型 3 5.3 PLC输入输出信号对照表 3 5.4编写PLC与触摸屏程序 46. 操作方法及控制过程6 6.1灌装操作 6 6.2 CIP清洗操作 7 6.3 参数设置 8 6.4
5、显示系统 9 6.5 故障及排除方法 97. 系统的抗干扰措施10结 论 11致 谢 12参考文献 13附 录 14 PLC程序梯形图141. 引言现代饮料灌装技术按类型可分为无菌冷灌装、超洁净（中温）灌装、热灌装、瓶装水灌装、碳酸饮料灌装等。先进的技术水平及高生产效率、运行稳妥可靠是灌装技术发展的基本要求。因此，可编程控制器（PLC）控制技术在其电气控制中得到了广泛的应用。虽然PLC具备了可靠性高，组合灵活，编程简单，维修方便这些优点，但在人机对话、故障判断、线路修改方面有一些不便，所以结合触摸屏完成此设计。触摸屏是一种连接人类和机器的（主要为PLC）人机界面，被称为PLC的脸面。它是代替传
6、统的控制面板和键盘的智能化操作显示器。可用于参数的设置、数据的显示和储存，并可简化PLC的控制程序。1这样，灌装机的机械结构装置与PLC、变频调速、人机界面等现代自动控制技术手段完整的结合，形成机电一体化。本设计即以瓶装水冲洗、灌装、旋盖一体机（三合一灌装机）为例，介绍PLC与触摸屏在灌装设备电气控制中的应用。此套灌装设备的设计产量为10000瓶/小时。2. 工艺流程 物料 上瓶-风送道输瓶-冲洗、灌装、旋盖一体机-输送链输出 瓶盖-上盖机-理盖器 进瓶机构采用风送道与进瓶拨轮直连的进瓶方式，设有气动挡瓶装置。灌装机使用的罐装方式为重力灌装。采用整体液缸，液缸液位由浮球控制。旋盖机落盖导轨上设
7、有防止反盖通过及反盖取出机构，同时装有一组光电开关，当落盖导轨上无盖时会自动停止机器运转，可以有效的避免无盖瓶的出现。理盖器设有缺盖检测机构，用于控制瓶盖提升机启停。出瓶输送链传动电机采用变频调速，与三合一灌装机保持同步，可有效防止瓶子翻倒。3. 生产过程1风送道中的瓶子通过拨瓶星轮传送至三合一灌装机的冲瓶机上。冲瓶机的回转盘上装有卡瓶口式不锈钢瓶夹，瓶夹夹住瓶颈沿导轨翻转180使瓶口向下。在冲瓶机的特定区域，特制喷嘴喷出冲瓶水，对瓶子内壁进行冲洗，同时对瓶子外壁也进行冲洗。瓶子经冲洗、沥干后在瓶夹夹持下沿导轨再翻转180使瓶口向上。洗净后的瓶子通过拨瓶星轮由冲瓶机导出并传送至灌装机。进入灌装
8、机的瓶子由瓶颈托板卡住瓶口保持，并通过升降机构在凸轮作用下实现上升与下降。灌装机采用重力灌装方式，瓶口上升顶开灌装阀开始灌装，当物料上升到堵住回气孔位置时结束灌装。灌装结束后瓶口下降离开灌装阀，瓶子通过过渡拨轮进入旋盖机。旋盖机上的止旋刀卡住瓶颈部位，保持瓶子直立并防止旋转。旋盖头在旋盖机上保持公转并自转，在凸轮作用下实现抓盖、套盖、旋盖、脱盖动作，完成整个封盖过程。落盖导轨上设有防止反盖通过及反盖取出机构，同时装有一组光电开关，当落盖导轨上无盖时会自动停止机器运转，可以有效的避免无盖瓶的出现。同时，落盖导轨上还设有旋盖机进瓶检测开关，与落盖导轨和拨盖盘连接处的锁盖气缸连锁控制瓶盖的排出，保证
9、无瓶时停止喂盖，减少盖子的损耗。理盖器设有缺盖检测机构，用于控制瓶盖提升机启停，当检测到理盖器内缺少瓶盖，上盖电机会自动启动，将上盖机中事先存放的瓶盖用电机通过管道，输送至理盖器内。成品瓶通过出瓶拨轮从旋盖机传送到出瓶输送链上，由输送链传送出三合一灌装机。输送链电机采用变频调速，与灌装机主机速度保持一致，可有效的避免倒瓶现象的出现。4. 控制要求4.1 设备组成：1. 主要执行机构：主机 进瓶风机 理盖电机 上盖电机 盖传动电机 冲瓶泵 灌装泵 输送电机挡盖阀 挡瓶阀 进液阀 冲瓶阀2. 检查机构： 1).接近开关：工位 有瓶 缺盖 灌装罐高、低液位检测2).光电开关：无盖 堵瓶4.2 具体控
10、制说明：1. 进瓶风机一台，独立启停。2. 冲瓶气动蝶阀一台，冲瓶泵一台，手动时独立启停，自动时与三合一灌装机同步，启动时先开阀后开泵，停止时先停泵后关阀。3. 灌装气动蝶阀一台，灌装泵一台，手动时独立启停，自动时受灌装缸高低液位控制，启动时先开阀后开泵，停止时先停泵后关阀。4. 上盖器由理盖器缺盖信号启停，启动时先风机后微型电机，停止时先微型电机后风机。5. 灌装机落盖导轨上设光电开关一组，无盖时报警并停机。6. 出瓶输送一台，变频调速与三合一主机同步，主机停止时可独立慢速启动。7. 出瓶输送设光电开关一个，检测到满瓶信号，2-3秒后信号仍持续，灌装机停机。5. 程序设计5.1 确定控制程序
11、方案1. 运行方式：系统一般都工作在自动运行方式，但为了便于设备单动作执行、调试和检修，再设置一个手动运行方式。2. 紧急停止：考虑到设备的安全运行，所以设置设备的急停按钮。当出现故障时，按下急停按钮所有正在进行动作的设备全部停止。故障排除之后，除过载以外，主机重新自动运行。过载故障排除后，需按下急停或主机按钮进行复位，主机方可重新开始运行。3. 故障检测：系统要能够自动检测各个执行机构是否出现故障。故障又分为两类，一类故障时主机停止运转，二类故障不停机，只是暂时切断故障部分，故障解除后系统照常运行。出现故障以后要能在触摸屏上显示出来，并且报警装置发出报警蜂鸣。5.2 PLC及触摸屏的选型根据
12、控制说明及控制方案，得出需要用到的输入信号共17个，输出信号共15个。由于点数不多，所以用中小型PLC可以实现，在此选用SIEMENS公司S7-200系列的CPU 226单机。同时，根据接口的需求，选择Pro-face公司的GP2501-LG41-24V触摸屏。PLC与触摸屏之间使用RS232通讯。5.3 PLC输入输出信号对照表输入信号对照表信号名称内部地址信号名称内部地址ESTOPIO.O主机过载I1.6工位I0.1出瓶输送电机过载PM2I1.7有瓶I0.2冲洗泵过载I2.0无盖I0.3灌装泵过载I2.1输入信号对照表（续）缺盖I0.4理盖器过载I2.2堵瓶I0.5上盖风机过载I2.3液位
13、高I0.6进瓶输送电机过载PM1I2.4液位低I0.7正转I2.6反转I2.7输出信号对照表信号名称内部地址信号名称内部地址MAIN_MOTERQ0.0进瓶输送PM1Q1.0主机反转Q0.1放盖Q1.1减速Q0.2冲洗阀Q1.2加速Q0.3进液阀Q1.3冲洗泵Q0.4出瓶输送PM2Q1.4灌装泵Q0.5盖传动Q1.5理盖器Q0.6总报警Q1.6上盖风机Q0.7 5.4 编写PLC与触摸屏程序：为了便于程序的编写，可在分配好输入输出点后画出系统的功能流程图。（图见5.4.1）功能流程图十分直观的显示出电气控制的动作步骤，先后顺序及各步间的关联，也清晰的表示了各执行机构工作所需的条件。此时再由功能
14、流程图进行PLC程序的编写，同步进行触摸屏程序的编辑。在触摸屏程序中，需要建立初始画面、运行画面、参数画面、CIP画面、确定及退出画面、报警信息画面等。各个触摸屏画面中的控制按钮在PLC程序中都对应着一个动作按钮，并且每个按钮所指的设备或动作也需要设置在PLC程序中的监测地址。这样，系统的运行状态便可在触摸屏上得到反映。PLC程序及触摸屏程序中所使用的地址及其功能如图5.4.2所示。图5.4.1 系统功能流程图 图5.4.2 PLC程序及触摸屏程序中所使用的地址及其功能下面详细介绍设备的操作方法及控制过程。6. 操作方法及控制过程该设备主机由冲洗、灌装和封盖三部分组成，一个电机拖动。该机分两种
15、工作状态：手动和自动。6.1 灌装操作图6.1.1 初始画面设备上电时进入的画面为初始画面，画面如图6.1.1：在初始画面触摸“运行”键，进入主菜单画面图6.1.2。图6.1.2 主菜单画面1. 手动手动操作用于调试和维护。在主菜单画面，先触摸“手动”键，然后触摸相应的键，即可单独进行控制，当需要停止时，再次触摸该键，该执行机构便停止工作。2. 自动在操作画面，触摸“自动”键，会出现自动启动画面（如图6.1.3）触摸“是”键，“主机”、“进瓶”、“出瓶”、“理盖”、“上盖”、“冲洗泵”、“进液阀”等电气执行机构将在PLC程序的控制下自动运行。 “进液阀”根据灌装缸液位的高低自动的开闭，高液位时
16、关闭进液体阀，低液位时打开进液阀。主机运转根据滑道有无盖和堵瓶自动工作，无盖时延时停机，有盖时自动重新启动，堵瓶时延时停机，不堵瓶时自动重新启动，挡瓶阀手动控制，同时还设有过载安全保护。 图6.1.3 自动启动 图6.1.4 自动停止在自动运行中，触摸“自动停止”键，出现自动停止确认画面（图6.1.4），触摸“是”键设备停止运转；触摸“否”键设备继续运行。6.2 CIP清洗操作CIP是Clean-in-place的缩写，是指使用合格的清水、碱液、酸液对灌装系统及内部管道进行清洗的一个自动控制程序单元。可根据灌装需要，配置不同类型的清洗模块。这里所介绍的是瓶装水灌装系统中最常用的CIP方式。它具
17、有单独的管道，CIP消毒液经该管道由CIP液罐送至灌装阀，灌装阀在CIP过程中一直处于打开状态，灌装机自动进行清洗。该过程同样可以在触摸屏上控制启停。在主菜单画面，触摸“CIP清洗”键，在确认生产已经结束需要进行清洗后，出现确认进入CIP画面（图6.2.1），触摸“是”键进入CIP操作画面（图6.2.2）；触摸“否”键返回到操作画面。触摸“开始清洗”键，开始清洗。触摸“开始清洗”键，主机、出瓶同时启动。清洗时，主机、出瓶还可以手动控制启停。CIP状态下，主机无盖不停机，挡瓶阀、放盖阀关闭。触摸速度加减键控制CIP清洗速度。触摸“停止清洗”键，即停止清洗。触摸“返回”键，出现确认退出CIP画面（
18、图6.2.3），触摸“是”键进入灌装操作画面，触摸“否”键返回到CIP操作画面。此画面消息框内，可以显示设备运行信息和报警信息。图6.2.1 确认进入CIP画面图6.2.2 CIP操作画面图6.2.3 确认退出CIP画面6.3 参数设置在主画面触摸“参数”键，进入参数设置画面，如（图6.3.1）所示：在此画面中可以设定“上盖”时间，“放盖工位”，“堵瓶延时”等参数。设置完毕触摸“返回”键回到主画面。图6.3.1 参数设置画面6.4 显示系统正常显示：触摸屏操作画面上除工作状态显示以外，还可以实时显示主机运转速度，主机运转速度可随时按左右的上下箭头进行加减速。班产量累计显示，每班生产结束，按“清
19、零”键可清零重新计数。如果遇到紧急情况，可以直接拍电箱上的急停按钮。故障报警：当料斗缺盖、滑道无盖时，操作画面上相应的出现故障提示对话框（图6.4.1）。当一台或一台以上电机发生过载时，消息框中显示报警信息，同时，设备不可以执行手动、自动操作。排除故障后，报警信息消失，设备才能启动。图6.4.1 报警画面6.5 故障及排除方法1. 无盖：当故障信息提示落盖导轨无盖时，灌装机自动停止工作，有盖后重新自动开始运行，故障报警信息消失。排除方法：检查盖斗是否无盖以及光电开关的工作情况，根据不同情况分别进行处理。2. 缺盖：当盖斗盖量不足时，对话框会提示盖斗缺盖，此时，上盖器工作进行自动补盖。若补盖一定
20、时间后仍然缺盖，那么就需要检查上盖器系统。3. 堵瓶：当故障信息提示堵瓶时，灌装机自动停止工作，不堵瓶后重新自动开始运行，故障报警信息消失。排除方法：检查是否堵瓶以及光电开关的工作情况，根据不同情况分别进行处理。4. 过载：1).主机过载：当主电机过载引起变频器或断路器跳开，主电机停止工作。排除方法：检查断路器的电流设置是否合适，重新合上断路器，若变频器显示过载，则需要断开变频器电源进行复位。此时，按下“主机”键，灌装机继续运行。2).其他过载：主机意外的其它电机过载，故障信息对话框提示过载，但主机继续运行，排除方法同主机过载，过载排除之后，刚才过载的电机将继续运行。7. 系统的抗干扰措施系统
21、用到PLC、变频器，必须采用一些抗干扰措施，否则会使系统工作不稳定甚至无法工作。首先对PLC本身应按规定的接线标准和接地条件进行接地，并且避免和变频器用共同的接地线，且在接地时使二者尽可能分开。其次为了防止电源条件不好引起的干扰，在PLC的电源模块及输入、输出模块的电源线上，接入噪声滤波器和降低噪声用的变压器等，而且在变频器的一侧也应采取相应的措施。由于变频器和PLC安装于同一操作电柜中，所以与变频器有关的电线和与PLC有关的电线尽可能分开，并通过使用屏蔽线和双绞线提高抗噪声干扰的能力。2结 论本设计所用的控制系统，是在现代灌装机械中得到广泛应用的电气控制技术。此系统运行稳定，安全可靠，操作方
22、便，自动化程度高，充分的发挥了PLC功能强、编程简单、故障率低、易维护保养等优点，同时也体现出了PLC与触摸屏人机界面相结合后更为强大的自动化便捷控制，大大的提高了设备的生产效率。该设计现已投入实际生产中连续运行使用。经检测，达到控制要求及标准产量。致 谢大学生活随着此片论文的完成，也即将结束。回顾此次论文撰写的全过程，心中颇有感慨。 本文是在季明丽老师的悉心指导下完成的。她渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。在此，谨向季明丽老师表示衷心的感谢！ 同样感谢给了我实习机会的江苏新美星包装机械有限公司。三个月的实习时间，让我学以致用，将在学校学习到的书本知识与实际很好的结合起来，使我对本专业有了更清晰的认识。可以说，没有这个实习机会，也就没有这篇设计的诞生。感谢江苏海事职业技术学院，在学校学习专业知识与做人道理的过程是我人生中至关重要的经历，它让我收获颇多。在校三年的学习期间，得到很多校领导、专业课程老师、辅导员的关怀、教导，在此也表示深深的感谢，此篇设计的顺利完成，与他们日常的辛勤工作与严谨的教学态度是密不可分的。参 考 文 献1 GP系列软件操作手册2 彭增良，PLC与变频器连接时应注意的问题J。电气时代，2004(8):90-9附 录PLC程序梯形图
