基于PLC灌装机控制综合系统.docx

摘 要 PLC控制是现在工业上最常见自动化控制方法，因为其控制方便，能够承受恶劣环境，所以，在工业上优于单片机控制。PLC将传统继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体,专门为工业控制而设计,含有功效强、通用灵活、可靠性高、环境适应性强、编程简单、使用方便和体积小、重量轻、功耗低等一系列优点,所以在工业上应用越来越广泛。 本文关键讲述可编程控制器和灌装机中控制方法和原理，采取了新检测方法，实现了整个生产线自动化。 本论文具体叙述了灌装机控制系统设计步骤，经过对灌装机系统充足了解，以行业现实状况为出发点，结合其它行业自动控制技术应用情况，提出了基于PLC灌装机控制系统基础结构。用可编程控制器设计了多移阀开启、破瓶检测、破瓶捡出、自动压盖等过程自动控制。最终，简明介绍了组态软件，对模拟过程进行了具体叙述，并附有灌装机控制系统组态画面。本系统设计中完成了灌装机控制系统硬件配置和软件方面设计，并利用组态软件实现了实时监控系统设计。 采取PLC来控制生产线，实现了控制系统自动化，对劳动生产率提升，对液体质量和产量提升全部含有深远意义。关键词：灌装机控制系统；可编程控制器；组态软件Abstract PLC control is the most commonly used industrial automation control method,because of its convenient control to withstand an adverse environment,it is better than MCU control technology ,computer and communication technologies are integrated specifically for industrial control and design,have store function,common flexible,high reliability and environmental adaptability,and programming simple,easy to use and small size,light weight,a series of low-power advantages in industrial applications become more extensive. This paper introduces briefly the programmable logical controller and the century star monitoring software uses in the filling machine of controlling method and the principle, used the new examination method, and achieve the automation of the entire production line. This paper describes in detail the control system of the filling machine design steps, is based on the self-industry and the application of the other trade on auto-control technique, proposed the frame of the control system based on programmable logical controller. Design the control system of the filling machine based on the programmable logical controller and designs the control system, inspecting and picking out the broken bottle. the simulation software of configuration briefly and describe simulation process in detail, there are production line configuration screen. This design completes the carbonated production line hardware configuration and software design and uses century star configuration software to monitor real-time system, to achieve the image of the entire design image and practical. Not only improve the labor productivity, but also has far-reaching significance of the improvement of quality and yield. Keywords: Carbonated filling machine control system, Programmable Logical Controller, Configuration software目 录摘 要IAbstractII第1章 引 言11.1设计目标和意义11.2设计项目发展情况介绍21.2.1 可编程序逻辑控制器21.2.2 中国灌装业缺点31.3汽水灌装机控制系统方案设想和优点31.4论文关键组成3第2章 灌装控制系统总体介绍52.1 灌装机关键类型52.1.1 旋转型灌装机52.1.2 直线型灌装机52.2 灌装基础方法介绍63.3 灌装机和灌装方法确实定73.3.1 灌装机确实定73.3.2 灌装方法确实定7第3章 汽水灌装机控制系统设计方案93.1 总体设计思绪93.2 灌装机控制系统具体步骤9第4章 汽水灌装机控制系统硬件设计114.1 PLC选型114.1.1 选择PLC控制原因114.1.2 PLC介绍114.1.3 PLC型号选择124.2 PLC硬件系统连接134.3 灌装机传动原理144.4 灌装机关键硬件详解154.4.1 灌装机供瓶机构154.4.2 瓶升降机构154.4.3 灌装阀功效15第5章 汽水灌装机控制系统软件设计175.1 系统程序指令介绍175.2 可编程序控制器I/O分配175.3 工作过程分析185.3.1 正常灌装步骤185.3.2 灌装出现次品步骤215.3.3 次品捡出器225.3.4 贮料缸相关程序24第6章 监控程序软件设计256.1 组态软件介绍256.1.1 组态软件选择256.1.2 世纪星组态软件介绍256.1.3 世纪星软件组成256.2 组态画面具体设计266.2.1 组态图形界面设计266.2.2 组态变量设计276.2.3 应用程序命令语言编辑286.2.4 动画连接29第7章 监控系统通信实现317.1 通信连接317.1.1 CPM2A通信连接方法317.1.2 CPM2A上位通信协议317.1.3 编写上位机通信程序317.1.4 实现上位机对PLC监控327.2 计算机和PLC通信327.3 世纪星和PLC通信337.4 监控系统现场调试347.4.1 PLC系统现场调试347.4.2 上位计算机系统现场调试35结 论36参考文件37致 谢38附录 组态运行效果图39第1章 引 言 1.1设计目标和意义 伴随现代科学技术发展，人民生活水平提升，大家消费习惯也随之对应改变，同时对消费品包装提出了更高要求。而液态产品包装在包装行业中占有很大百分比，这是因为液体包装包含行业广泛、品种繁多，如饮料方面汽水、果汁、牛奶、矿泉水、蒸馏水、啤酒、果酒等；调味品方面酱油、醋、味精液、果酱等；药品方面针剂、糖浆、酊剂、气雾剂等；农药乳剂、化工产品多种瓶装、化妆品等，要满足日益增加液体产品需要，就应大力发展液体产品包装技术。另外中国液体包装设备还存在自动化程度低、速度慢、破瓶率高、系统运行不稳定等缺点。伴随集散控制系统日益完善，PLC在工业控制领域应用日益广泛，使我们利用优异控制技术改善灌装机控制系统，填补其不足成为可能。降低事故。经过监控系统，能够对生产线中各设备运行情况进行周密监视，发觉异常，立即进行报警或停机，把事故控制在最小范围内，从而提升运行可靠性。提升经济效益。实施灌装过程监控后，能够实现对灌装机控制系统全自动化，提升生产效率。改善工作环境。实施监控后，值班人员坐在控制室就能够随时了解整个灌装机控制系统运行情况，从以往人工操作、实时观察中解脱出来。因为PLC含有对使用环境适应性强特征，同时其内部定时器资源十分丰富，液体物体灌装机发展很快，早已经有些人工手动灌装发展实现机械自动化灌装，且自动化水平日益提升。伴随科技进步，现在越来越多将PLC应用于灌装机系统中。另外因为PLC其抗干扰能力强，可靠性高，编程简单，性价比高等优点被广泛应用于多种工业控制领域。利用PLC实现对罐装机控制，结构简化，维护方便，能够节省调整时间，增加设备柔性，同时运行稳定可靠【】。1.2设计项目发展情况介绍人类自从采取容器盛装液体以后，就产生了灌装方法。十九世纪末二十世纪初以前，通常使用水罐、水杓进行人工灌装或直接将容器浸入液料中进行灌装，大约在1980年美国Horix、Kiefer和U.S.BottLers等三家企业开始制造容器灌装机械装置。第一台商业用灌装机是Kiefer企业制造；Horix企业于1920年首次制造了重力灌装机，用于灌装番茄酱，这家企业至今仍生产灌装机，二十年代初这几家企业着手生产回转式灌装机，其中U.S企业制造是纯真空灌装机，二十世纪以来。灌装机械工业发展快速，那时灌装速度取决于人工将瓶子对准灌装阀，等候瓶子灌装完成所需时间。中国在解放前几乎没有灌装机械，灌装生产绝大部分处于手工操作，很落后。70年代初，上海、北京、广州、青岛、烟台等地引进三十多条灌装线，其中有西德Seitz厂产品、意大利Simonazi企业、美国Merer企业、日本三菱企业，另外还有很多罗马尼亚灌装线。随即，中国广东轻工机械厂、北京酿酒机械厂、上海化工机械厂等很多家仿制了不少灌装线，初步改善了灌装生产落后面貌，但灌装机械发展和国际优异水平差距仍很大。1.2.1 可编程序逻辑控制器 PLC （Programmable Logical Controller，可编程序逻辑控制器）是以微处理器为基础，综合了计算机和自动化技术而开发新一代工业控制装置，根据IEC（国际电工协会）国家标准标准定义是，可编程序控制器又称PC或PLC，它是以微型计算机为基础一个为用于工业环境而设计数字式电子系统，这种系统用可编程序存放面向用户指令内部寄存器，完成要求功效，如：逻辑、次序、定时、计数、数字运算、数据处理等，经过数字量输入、输出控制多种类型机械或生产过程。PLC产品在抗电磁、噪声干扰、有害废气腐蚀、高温、粉尘等方面有很高能力，能直接和现场多种单元、部件连接，坚固耐用，可靠性方面PLC平均无故障时间可达5万小时以上，操作和维修十分方便，功效日益扩大。所以，PLC广泛应用于很多工业领域，当然技术日新月异、突飞猛进是PLC快速扩展市场根本原因。中国应用PLC还处于初级阶段，而且局限于钢铁、化工、汽车、机床、煤炭、电站等领域，其它行业应用还未普及，中国还有宽广应用领域等候开拓。中国饮料包装设备在很多方面采取了PLC，并取得了很好效果，但仍有很多不足和欠缺。1.2.2 中国灌装业缺点中国饮料包装设备还存在自动化程度低、速度慢、破瓶率高、系统运行不稳定等缺点。伴随集散控制系统日益完善，PLC在工业控制领域应用日益广泛，使我们利用优异控制技术改善自动汽水灌装机控制系统，填补其不足成为可能。1.3汽水灌装机控制系统方案设想和优点本课题目标就是采取现代流行优异控制技术，设计液体自动灌装控制系统，经过软、硬件功效组态实现液体灌装机系统自动化控制，表现在： （1）降低事故。经过监控系统，能够对生产线中各设备运行情况进行周密监视，发觉异常，立即进行报警或停机，把事故控制在最小范围内，从而提升运行可靠性。 （2）提升经济效益。实施灌装过程监控后，能够实现大型液体灌装机控制系统全自动化，提升生产效率。（3）改善工作环境。实施监控后，值班人员坐在控制室就能够随时了解整个液体灌装机控制系统运行情况，从以往人工操作、实时观察中解脱出来。1.4论文关键组成本文第1部分对灌装机控制系统认识和灌装设备介绍；第2部分介绍是汽水灌装机控制系统工艺步骤，首先介绍了灌装机控制系统工作过程和传动原理，其次介绍了灌装机控制系统其它多个关键小部件；第3部分介绍是灌装机控制系统硬件设计，关键有PLC选型和PLC连接。第4部分介绍是灌装机控制系统软件设计，关键是对PLC软件和系统程序设计进行介绍，并结合灌装机控制系统具体控制要求，对I/O进行分配；第5部分介绍世纪星组态画面设计，首先对该软件进行了简单介绍，然后结合PLC控制原理和程序步骤图，实现组态画面控制。第6部分是监控系统通信实现和系统现场调试。第2章 灌装控制系统总体介绍2.1 灌装机关键类型2.1.1 旋转型灌装机 待灌瓶由传送系统（通常经洗瓶机由输送带输入）或人工送入灌装机进瓶机构，瓶子由灌装机转盘带动绕主立轴旋转运动进行连续灌装，转动近一周时瓶子己灌满，然后由转盘送入压盖机进行压盖，图2.1所表示。图2.1 灌装过程俯视图 这种灌装机在食品、饮料行业应用最广泛，如汽水、果汁、啤酒、牛奶灌装，此机关键由流体输送（即供料系统）、容器输送（即供瓶系统）、灌装阀、大转盘、传动系统、机体、自控等部分所组成，其中灌装阀是确保灌装机能否正常工作关键。2.1.2 直线型灌装机 灌装瓶沿着平直直线运动，进行成排灌装。图2.2，凡送来一排空瓶由推瓶板向前推送一次，到送至灌液管下方时，阀门打开进行灌装，间歇进行操作。I：定量灌装，：上盖，：将盖拧紧，：贴商标，：待装盒装箱1：推瓶板，2：限位拨盘，3，11，13：传送带，4：传送盘，5：瓶子，6：上盖机构，7：料斗，8：拧紧机构，9：商标盒，10：浆糊盒，12：推料板，14：贮液箱，15：灌装管图2.2 直线灌装机工作原理图 这种灌装机相对旋转灌装机来讲，结构比较简单，制造方便，但占地面积比较大，而且是间歇运动，生产能力提升也受到一定限制，所以通常只用于无汽液料类灌装，不足较大。2.2 灌装基础方法介绍 多种液体产品物理性质和化学性质均不相同，在灌装过程中，为了使产品特征保持不变，必需采取不一样灌装方法。通常灌装机常采取下列多个灌装方法：（1）常压法 常压法也称纯重力法，即在常压下，液料依靠自重流进包装容器内。大部分能自由流动不含气液料全部可用此法灌装，比如白酒、果酒、牛奶、酱油、醋等。（2）等压法 等压法也称压力重力式灌装法，即在高于大气压条件下，首先对包装容器充气，使之形成和贮液箱内相等气压，然后再依靠被灌液料自重流进包装容器内。这种方法普遍用于含气饮料，如啤酒、汽水、汽酒等灌装。采取此种方法灌装，能够降低这类产品中所含CO2损失，并能预防灌装过程中过量起泡而影响产品质量和定量精度。（3）真空法真空法是在低于大气压条件下进行灌装，可按两种方法进行：（a）压差真空式即贮液箱内处于常压，只对包装容器抽气使之形成真空，液料依靠贮液箱和待灌容器间压差作用产生流动而完成灌装，中国此种方法较常见。（b）重力真空式即贮液箱内处于真空，包装容器首先抽气使之形成和贮液箱内相等真空，随即液料依靠自重流进包装容器内，因结构较复杂，中国较少用。真空法灌装应用面较广，它即适适用于灌装粘度稍大液体物料，如油类、糖浆等。也适适用于灌装含维生素液体物料，如蔬菜汁、果子汁等，瓶内形成真空就意味着降低了液料和空气接触，延长了产品保质期，真空法还适适用于灌装有毒物料，如农药等，以降低毒性气体外溢，改善劳动条件。 （4）压力法利用机械压力或气压，将被灌物料挤入包装容器内，这种方法关键用于灌装粘度较大稠性物料，比如灌装番茄酱、肉糜、牙膏、香脂等。有时也可用于汽水一类软饮料灌装，这时靠汽水本身气压直接灌入未经充气等压瓶内，从而提升了灌装速度，形成泡沫因汽水中无胶体尚易消失，对灌装质量有一定影响。3.3 灌装机和灌装方法确实定3.3.1 灌装机确实定 旋转式灌装机不管在生产效率还是在生产质量上全部远远高于直线型灌装机，对比直线性灌装机，旋转式灌装机设备更高效化、自动化和节能化。今天旋转式灌装机自动灌装机生产能力己达每分钟瓶。所以本设计采取旋转式灌装机来进行研究。3.3.2 灌装方法确实定灌装方法选择，除了考虑液体本身工艺性能如粘度、重度、含气性、挥发性外，还必需考虑产品工艺要求、灌装机机械结构等综合原因。对于通常食用液料如瓶装牛奶、瓶装酒类、碳酸饮料等，能够采取真空等压法，也可直接采取等压法。真空等压法是灌装前对瓶内抽取真空，然后再充入CO2进行等压灌装。为了降低灌装时酒料类液体含氧气量，方便延长产品保质期，采取较大真空度等压法更有利。采取真空法其灌装阀结构较简单，液漏损失小。不过真空法较之等压法需增加设备成本，而且，氧气量对碳酸饮料影响不大，在节能方面考虑，可直接采取等压灌装法。碳酸饮料采取等压灌装法能够有效预防灌装过程中C02气体损失，等压灌装即先向瓶子中充气，使容器内压力和贮液缸内压力相等，再将贮液缸内液体灌入容器内。贮液缸是全封闭，它由贮液室、背压气室、回气室三室组成。在往贮液缸输送液体之前，先往贮液缸内通入压缩气体（无菌空气或CO2，使贮液缸气室保持一定压力（0. 1 -0. 9MPa ），该气体压力必需等于或稍高于液体物料中CO2溶解量饱和压力，使饮料中CO2溶解。等压灌装法能够降低CO2损失，保持含气饮料质量，并能预防灌装中过量泛泡，确保灌装计量正确。所以本系统在设计中选择等压灌装法。第3章 汽水灌装机控制系统设计方案3.1 总体设计思绪依据要求和现在生产线具体情况，并结合现在优异装配系统设计方案，确定了以下总体设计思绪。采取可编程控制器(PLC)作为控制系统主控制元件，传感器作为检测元件组成生产、控制系统。一台上位计算机经过通讯网络和PLC相连，用于生产线监控和产品数据统计处理。整条液体灌装机控制系统由一台PLC、灌装机和次品捡出器和指示灯等其它元件组成。瓶子在灌装机中依次完成：1、进气，2、进液回气；3、停止进液；4、排除余液等4个步骤。同时生产线上多种检测状态传感器全部接入到PLC中，由PLC依据传感器检测状态经过编制好程序控制整个系统工作。操作时，在PLC上编制好程序作为系统工作条件。经过PLC上开关和指示灯等进行对系统功效操作和监控系统工作过程9。3.2 灌装机控制系统具体步骤 系统采取了国际上较为优异灌装设备旋转型全自动灌装机。设计灌装过程是：洗瓶机将瓶子里外洗净并经检验后，由传送带送入自动灌装机限位机构，依据要求要求按一定距离排列好，限位机构正确地将瓶送入瓶升降机构。升降机构把升降托盘顶起，瓶子随之上升，当瓶口卡住阀门定心罩时打开多移阀气门，充气等压，然后打开液门，进行灌液，灌液完成后进行压力释放，然后关闭液门、气门。完成上述几步以后，瓶子升降机构立即进入下降滑道，在下降滑道作用下，升降托盘被滑道强制下降，所以装好瓶子随之下降到最低位置，当转过一定角度后，瓶子进入传输轮子区域，被传输轮子退出，送去进行上盖并包装，这么就完成了整个灌装工作一个工作循环过程。系统设计步骤图图3.1所表示。图3.1 系统设计步骤图第4章 汽水灌装机控制系统硬件设计4.1 PLC选型4.1.1 选择PLC控制原因可编程控制器是以微处理器为关键专用计算机，是专为工厂现场应用环境设计，利用它面向用户编程语言，不仅能实现逻辑控制，还能实现多种次序和定时控制和复杂闭环控制 ；利用它内部大量辅助继电器能够实现无触点控制；利用它控制可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、在恶劣环境下能长时间不间断运行、编程轻易且维护工作量小、还配有通讯接口和多种模块特点，能够把它作为下位机放在自动生产线工作现场完成多种控制任务。正是因为可编程控制器有这些优良特征，再加上饮料灌装过程中有大量次序控制，所以选择PLC来对灌装设备进行控制。4.1.2 PLC介绍可编程控制器是60年代末在美国首先出现，当初叫可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），目标是用来替换继电器。以实施逻辑判定、计时、计数等次序控制功效。提出PLC概念是美国通用汽车企业。PLC基础设计思想是把计算机功效完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统简单易懂、操作方便、价格廉价等优点结合起来，控制器硬件是标准、通用。依据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器用户程序存放器内，使控制器和被控对象连接方便。70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也全部采取了中、大规模甚至超大规模集成电路，这时PLC已不再是仅有逻辑（Logic）判定功效，还同时含有数据处理、PID调整和数据通信功效。国际电工委员会（IEC）颁布可编程控制器标准草案中对可编程控制器作了以下定义：可编程控制器是一个数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采取了可编程序存放器，用来在其内部存放实施逻辑运算，次序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并经过数字式和模拟式输入和输出，控制多种类型机械或生产过程。可编程控制器及其相关外围设备，易于和工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功效设计3。 可编程控制器对用户来说，是一个无触点设备，改变程序即可改变生产工艺。现在，可编程控制器已成为工厂自动化强有力工具，得到了广泛普及推广应用。可编程控制器是面向用户专用工业控制计算机，含有以下显著特点：（1）可靠性高，抗干扰能力强：PLC采取现代大规模集成电路技术，采取严格生产工艺制造，内部电路采取了优异抗干扰技术，含有很高可靠性。同时在应用软件中，应用者还能够编入外围器件故障自诊疗程序，使系统中除PLC以外电路及设备也取得故障自诊疗保护。（2）编程直观、简单：梯形图语言图形符号和表示方法和继电器电路图相当靠近，只用PLC少许开关量逻辑控制指令就能够方便地实现继电器电路功效。（3）适应性好：PLC产品在抗电磁、噪声干扰、有害废气腐蚀、高温、粉尘等恶劣条件有很高能力。能直接和现场多种单元相连接。（4）功效完善，接口功效强：除了逻辑处理功效以外，现代PLC大多含有完善数据运算能力，可用于多种数字控制领域。即使计算机控制技术已经产生，不过PLC控制因为它高性能、成本低、而且对恶劣环境有很强适应能力而在工业控制广泛应用中保持优势2。4.1.3 PLC型号选择本设计选择OMRON企业CPM2A型PLC。能基础满足系统设计要求。日本OMRON企业是世界上生产可编程序控制器（PC）著名厂家之一，OMRON大、中、小、微型机各具特色各有所长，在中国市场上拥有率位居前列，在中国用户中享受较高声誉。1999年，OMRON在推出CS1系列同时，在小型机方面相继推出CPM2A/CP M2C/CPM2AE、CQM1H等机型。CPM2A是CPM1A以后另一系列机型。CPM2A功效比CPM1A有新提升，比如，CPM2A指令条数增加、功效增强、实施速度加紧，可扩展I/O点数、PC内部器件数目、程序容量、数据存放器容量等也全部增加了；全部CPM2ACPU单元全部自带RS232C口，在通信联网方面比CPM1A改善不少。CPM2A基础指令和CPM1A相同，全部是14种，但CPM2A应用指令增加到105种、185条；CPM2A工作速度显著加紧，基础指令LD实施时间为0.64us，应用指令MOV实施时间为7.8us；程序容量增加到4096字；读/写DM增加到2048字；最大I/O点数可扩展到120点；内部器件数目也有增加，如内部辅助继电器区（IR）928位，特殊继电器区（SR）448位，定时器/计数器256位，辅助继电器区（AR）384位1。4.2 PLC硬件系统连接系统采取了OMRONCPM2A型号PLC，其主机上有12点输入，8点输出。汽水灌装机控制系统控制步骤采取上位机和下位机组成，下位机直接控制汽水灌装机控制系统中各个设备工作运行，上位机负责对系统工作运行情况进行监视，其中上位机经过COM端口用RS-232和PLC相连进行通信，而PLC需先接入220V交流电源，再将开启停止按钮和各个限位开关经过24V直流电源连接到PLC输入端口上，系接线图，图3.1所表示4。 图4.1 系统硬件连接图4.3 灌装机传动原理 旋转型自动灌装机，所用动力全部是电动机，其功率通常在13千瓦之间，电动机转速通常是很高，而灌装机转速不过每分钟几转，满足不了灌装工作要求，所以，它传动就需要一套合理变速系统。有灌装机上还采取调速电机，直接无级变速，但这种传动对电机要求很高，必需防尘、防水等，而且价格也较贵。 对于旋转型灌装机传动部分要求有以下几点：（1）传动平稳 因为主机完成灌装任务是在一个灌装机传送带上进行，它进瓶、出瓶正确地灌装等全部要求在平稳工作条件下进行。（2）传动系统结构简单 传动系统简单，首先能够降低功率消耗，其次设备精度易达成，同时维修方便。另外，在设计传动系统时考虑到安装、调试、保养方便性，要满足人体工程学要求，给工人带来方便，要尽可能缩短维修时间，要求便于维修、保养。4.4 灌装机关键硬件详解4.4.1 灌装机供瓶机构 在自动灌装机中，根据灌装工艺要求，正确地将待灌瓶送入主转盘升降机构托瓶台上，是确保灌装机正常而有秩序地工作关键。通常供瓶机构关键问题是瓶连续输送和瓶定时供给。 常见连续输送装置有链带传送，通常采取不锈钢或尼龙坦克链带，为了降低链带和瓶底间摩擦，有时设法在链带上加些肥皂水，方便润滑。 由洗瓶机出来瓶子由输送带送来后，为了预防挤坏、堵塞和正确地送入灌装机，必需设法使瓶子单个地保持合适间距送进灌装机，现在瓶子定时送给通常采取分件供送螺杆或拔盘式等限位机构。 4.4.2 瓶升降机构 在通常旋转型灌装机中，由拔瓶轮送来瓶子必需依据灌装工作过程需要，先把瓶子升到要求位置，方便进行灌装。然后再把己灌满瓶子下降到要求位置，方便拔瓶轮将其送到传送链带上送走，这一动作是由瓶升降机构完成。对于瓶升降机构要求是：运行平稳、快速、正确、安全可靠、结构简单。4.4.3 灌装阀功效 灌装阀是自动灌装机实施机构主体部件，它功效在于依据灌装工艺要求，以最快速度沟通或切断贮液箱、气室和灌装容器之间流体流动通道，确保灌装工艺过程顺利进行。本设计中采取气动式多移阀。 多移阀结构：灌装阀组件由液体阀、注气管、气阀、定心罩、排气阀等组成。 功效：瓶子经过传输轮子进入灌装机，接着瓶子沿着瓶子托盘开始上升，直到瓶口卡入定心罩，定心罩将罐对中并预压密封，然后开启气阀对瓶内进行充CO2，充CO2由一只气缸加压产生，压力大小取决于瓶子材料。经过这道程序，使汽水在灌装过程中，CO2损失降到最低。当待灌瓶中气压达成和贮液箱内背压相等时，液阀弹簧自动打开液门，完成灌装，此种阀优点是不仅能确保碎瓶时不漏液，还能确保瓶上有孔洞破瓶及充气不足时不漏液，使灌装能够稳定进行5。第5章 汽水灌装机控制系统软件设计5.1 系统程序指令介绍 （1）定时器指令（TIM）系统设计中使用了十个定时器，用来控制瓶子在灌装机内各个部分计时工作，当定时器输入端为从“OFF”变为“ON”时，定时器开始工作，直到计时到计数器所设定值，计时器目前值为00000，计数器为“ON”。若输入继续为“ON”，输出保持为“ON”；若输入变为“OFF”，定时输出也变为“OFF”，即恢复原状态，此次系统设计定时器就是利用此功效，实现了定时器自复位功效。（2）计数器指令（CNT） 系统设计中使用了二个计数器，用来进行加数操作，当计数输入端（CP）信号从“OFF”、变为“ON”时，计数值加1，此时计数器内值是1，以此相加，直到计数器目前值为计数器设定值时，计数器为“ON”；当计数复位端（R）为“ON”时，计数器为“OFF”，且目前返回到初始设定值。复位端采取自复位，当计数器计数到计数器设定值时则对计数器值进行一次清空。当计数输入（CP）和复位（R）同时来到时，复位输入优先。系统中计数器指令和定时器指令编号不能反复使用，二者数量和为512个。5.2 可编程序控制器I/O分配 开关量I/O模块选择：开关量I/O模块不一样，直接关系到I/O点数多少，对PLC应用范围会产生影响，选择时关键考虑点数、外部电路性质和结构、电压形式和范围等。假如是无源输入信号比如按钮、行程开关等，能够依据现场和PLC距离远最近选择电压高低。输出模块所起作用是将PLC内部低电平控制信号隔离、转换为外部所需输出信号，以驱动PLC外部负载。在选择时应注意，模块和外部接线方法、输出电压额定程度、外部输出点同时接通影响、选择输出方法等。I/O地址分配目标是让主CPU模块能够访问其它模块，进行数据交换。在进行I/O地址分配时，要尤其注意不要产生地址冲突错误。设计本控制系统共使用了9个输入点，13个输出点，I/O分配如表5.1所表示4。表5.1 系统I/O明细表输入地址输入设备输出地址输出设备00000灌装机和传输轮子开启按钮01002传输轮子和灌装机开启00001传送带开启按钮01003进瓶传送带开启00002灌装机瓶子托盘压力检测器01004瓶子托盘上升00003定心中罩压力检测器01005气阀打开00004气阀气压检测器01006灌装阀打开00005系统停止按钮01007瓶子托盘下降00006次品捡出器压力检测器01008次品提醒灯亮00007最低液压力检测器01009次品捡出器开启00008最高液压力检测器01010次品传送带开启01011进料阀门打开01012回气管开启01013压盖机开启01014包装机开启5.3 工作过程分析 本设计选择是旋转式灌装机，旋转式灌装机在第一部分已做过具体介绍，这里就不再进行介绍。 灌装方法选择是等压灌装法，等压法灌装工艺过程是：1、进气，2、进液回气；3、停止进液；4、排除余液。5.3.1 正常灌装步骤（1）按下灌装机开启按钮（0.00），传输轮子（限位作用，使瓶子以相同间距进入灌装机）和灌装机开启（200.00）。在灌装机开启前提下，按下传送带开启按钮（0.01），灌装机进瓶传送带开启（200.01），此处作用是为了预防在灌装机开启前便有瓶子进入传送带，造成拥挤和堆叠，预防送瓶犯错。梯形图图5.1所表示。图5.1 灌装机和传送带开启步骤（2）瓶子进入传送带以后，经过传输轮子将瓶子等间距送入瓶子托盘升降机构，当托盘检测到压力（0.02）以后，托盘活塞给托盘升降机构一个压力，托盘开始带着瓶子上升（200.02），最大上升时间为6S（tim000）。梯形图图5.2所表示。图5.2 瓶子随托盘上升步骤（3）在托盘上升6S内，假如注液口定心中罩检测到压力（0.03），则托盘停止上升，然后当6S时间到时，气阀打开，开始对瓶子充CO2，最大充气时间为6S。此过程对应图4.10中T2充气步骤。开启充CO2条件有2条：（1）托盘上升时间6S到；（2）注液口中罩检测到压力。能够实现爆瓶或无瓶不充气。梯形图图5.3所表示。图5.3 对瓶内充CO2步骤（4）当最大充气时间6S内，气阀检测到气压（0.04），则停止充CO2，在6S时液阀开启（200.4），开始灌装。灌装时间为6S。开启灌装条件有2条：（1）最大充气时间6S到；（2）气阀检测到瓶子内对外气压。能够实现破瓶不灌液。此过程对应图4.10中T3灌装步骤。梯形图图5.4所表示。图5.4 灌装步骤（5）灌装完成（tim002）以后，托盘开始下降（200.05），下降过程中同时关闭液阀，回气管工作（201.03），开启排气和除余液操作。下降完成瓶子再转过一定角度由传输轮子送出，同时瓶子托盘向前继续行进进入下一个循环。此过程对应图5.5中T4托盘下降步骤。图5.5 排气除余液步骤5.3.2 灌装出现次品步骤（1）次品为爆瓶时（接正常灌装步骤（2）步骤） 当最大托盘时间上升6S到时，注液口定心中罩没检测到压力（瓶子为爆瓶，高度不足），则托盘开始下降（200.06），同时次品提醒灯亮，托盘下降时间为6S（tim005）。下降完成托盘等候进入下一次循环。同时次品检出器开启。（详见下方次品捡出器介绍）。梯形图图5.6所表示。图5.6处理爆瓶步骤（2）次品为破瓶时（接正常灌装步骤（3）步骤）当最大充气时间6S到时，气阀没有检测到气压（破瓶，CO2充不满），则停止充CO2，同时瓶子托盘开始下降（200.07）， 次品提醒灯亮，托盘下降时间为6S（tim006），下降完成托盘等候进入下一次循环，同时次品检出器开启（详见下方次品捡出器介绍）。梯形图图5.7所表示。图5.7 处理破瓶步骤5.3.3 次品捡出器 （1）次品捡出器相关介绍图5.8，瓶子在上升以后，瓶子底离下转盘有一定距离，本系统所设计这个次品检出器就在层位。图5.8 瓶子在灌装过程中展开示意图图5.9， 本系统设计灌装机，托盘从T1耗时6S，T2耗时6S，T3耗时6S。次品捡出器并设在D处外围。图5.9 旋转灌装机工作循环图（a）即当正常灌装时，瓶子在A点伴随托盘开始上升，抵达B时气阀开启，开始充CO2，充气正常瓶子抵达C点时开启液阀开始灌装，抵达D点灌装完成后开始下降，所以当正常灌装时，D点时瓶子还在上方。（b）当出现爆瓶时，B点瓶子伴随托盘开始下降，C点瓶子下降完成。当出现破瓶出现