物料灌装混合控制系统的设计项目报告

'机械工程技术综合实践项目设计报告基于PLC的啤酒灌装混合控制系统的设计小组成员姓名：学院：机电学院专业：机械工程及自动化指导教师：时间：2015年11月16日11 一．工程项目设计要求1.工程项目背景夏天到了，天气炎热，国内市场对啤酒的需求急剧增加；且目前由于国内自动化水平的提高，市场要求建立对啤酒灌装的自动化生产线的呼声呼之欲出；在这个背景下我们将为此建立啤酒灌装混合控制系统。2.工程项目内容实现自动控制啤酒的灌装并监视其灌装的环节及生产线的安全稳定运行。2.1手动/自动控制基于啤酒灌装生产线为中型控制系统，项目要求实现手动、自动控制两种工作模式。2.1.1手动模式手动模式用于设备的调试和系统复位，包括：允许通过点动按钮使传送带正向或反向运行，用来调试设备；允许按下计数值清零按钮对计数统计值进行复位。正向点动/反向点动按钮在手动模式下，正向点动/反向点动按钮用于调试设备。按下正向点动按钮，传送带正向运行，松手后传送带停止运行；按下反向点动按钮，传送带反向运行，松手后传送带停止运行。工件计数统计要求控制系统可以实现工件的计数统计，包括空瓶数、成品数和废品数。成品数显示在操作面板的数码管上。模拟量检测11 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。2.1.2自动模式自动控制模式下，应对灌装阀门进行定时控制和液位检测以保证啤酒容量一致；在灌装生产线中对空瓶、满瓶数进行计数统计，以统计生产箱数及生产合格率；启动按钮在自动模式下，按下启动按钮，启动生产线运行。啤酒灌装工艺流程为：（1）按下启动按钮，电动机正转，传送带正向运行。（2）空瓶子到达灌装位置时电动机停止转动，灌装阀门打开，开始灌装物料。（3）灌装时间到，灌装阀门关闭，电动机正转，传送带继续运行，直到下一个空瓶子到达灌装位置。停止按钮在自动模式下，按下停止按钮，停止生产线运行，电动机停止转动，传送带停止运行，灌装阀门关闭。急停按钮当设备发生故障时，按下急停按钮停止生产线的一切运行。2.1.3注意切换模式只有在设备停止运行的状态下，才允许切换手动/自动模式。为了维修方便必须有手动模式，当生产线出现故障时可手动操作检查故障点；2.2就地/远程控制为实现无人工厂及日后维护必须建立就地/远程控制；物料灌装自动生产线模型设计了就地和远程两种控制方式。就地控制是用操作面板上的按钮和开关来控制设备的运行。远程控制是通过网络用HMI的监控系统来控制设备的运行。2.3故障报警11 当设备发生故障时，控制系统能够立即响应，操作面板上相应的故障报警灯会闪亮。按下故障应答按钮后，如果故障已经排除则故障报警灯不亮；如果故障依然存在则故障报警灯常亮。2.4PROFIBUS-DP网络构建现场总线PROFIBUS-DP网络，实现物料灌装自动生产线上的I/O信号通过PROFIBUS-DP网络与控制柜中的CPU进行通信。2.5上位机监控为方面掌握全局将需要对项目进行上位监控；可对下位生产线进行监视及控制，实时掌握生产线的运作情况；出现报警可及时反馈并维修，保证生产线的正常运行。2.物料灌装自动生产线信号分析表1数字量输入信号序号名                 称1启动按钮2停止按钮3正向点动按钮4反向点动按钮5手动/自动模式选择开关6就地/远程控制选择开关7计数值清零按钮8故障1信号源9故障2信号源10故障3信号源11故障应答按钮12急停按钮13空瓶位置接近开关14灌装位置接近开关15成品位置接近开关11 表2数字量输出信号序号名             称1生产线运行指示灯2手动模式指示灯3自动模式指示灯4就地控制指示灯5远程控制指示灯6故障1报警指示灯7故障2报警指示灯8故障3报警指示灯9急停指示灯10灌装罐进料阀门11灌装罐排料阀门12物料灌装阀门13终端指示灯14传送带正向运行15传送带反向运行16蜂鸣器174位数码显示（占16位）表3模拟量输入信号序号     名                称1灌装罐液位传感器2灌装罐温度传感器11 二、工程项目设计方案1.控制器的选用根据工程项目设计要求，需要选用合适的控制器1.1控制器类型的选用目前市场上主要有单片机及PLC控制器。第一，在功能上，PLC控制器优于单片机、扩展模块多，功能更加强大，生产效率更高，能为企业创造的利润更高。第二，在应用上，WinCC监控远程显示比单片机的显示模块更方便操作且功能更强大。第三，基于自己对PLC更擅长的情况选择PLC作为本项目的控制器。1.2控制器品牌的选用国内PLC控制器主要有西门子PLC、施耐德PLC、三菱PLC及欧姆龙的PLC。因西门子PLC控制器有明显优点选用西门子PLC作为本项目的控制器。具体优点如下：第一，西门子PLC抗干扰能力比较强，也比较耐用，维护率，损坏率比较低；第二，西门子PLC的dp通信效果好；第三，西门子PLC的软件STEP7比较好用；第四，技术支持服务比较好；第五，网上资料比较多；第六，在学校的设备中西门子PLC较多；2.控制器具体型号的选定第一，根据本项目的需求，因本次项目中属于中型控制任务，在满足控制任务的需求同时考虑到经济简便的因素选择中型控制器，中型控制器中有西门子300系列；第二，根据学校实验室现有的设备中西门子300系列PLC比较富足第三，本学期正在学习西门子300系列PLC11 第四，监控系统采用WinCC监控系统，能够通过直观的画面对系统进行实时监控，而且可以实现上、下位的远程操作控制，使用方便。第五，因此，西门子300系列PLC控制器作为本次项目的控制器，本组项目选用通用型300系列PLC进行控制。它可靠性更高、应用灵活、编程方便、扩展模块多、功能完善、适用性强，在复杂的工业环境下有较强的抗干扰能力。3.硬件组态3.1硬件模块在本项目中，所采用的机架型号为6ES7390-1AE80-0AA0，机架以组态的形式出现，每一行代表一个插槽，表示相应的模块，用于安装硬件模块。1号槽为PLC的电源模块。2号槽所采用的PLC的CPU型号为314C-2DP，它与PC通信的接口MPI的地址为2，用于下载和监视程序，由于本项目不需要扩展机架，所以3号槽是空的。4号插槽配置了一个数字量输入/输出模块DO32XD024V/0.5A，用到了输出地址，其输出地址是从2.0到5.0，操作面板上的指示灯、各继电器和两个电动截止阀连接到此模块上。5号插槽配置了一个模拟量输入模块AI8X12Bit，其输入地址是从200到215，系统中的各个传感器连接到此模块上。6号插槽配置了一个模拟量输出模块AO4X12Bit，其输出地址是从200到207，该项目中具体的硬件组态设计见图3-1。图1硬件组态图2硬件组态11 2.I/O分配根据项目任务要求分析，完成硬件组态之后，将I/O模块上的地址分配给PLC啤酒灌装自动化生产线上的传感器和执行器。具体啤酒灌装自动化生产线的I/O地址分配表见表4表5。表4啤酒灌装自动化生产线的I/O地址分配表4.表5啤酒灌装自动化生产线的I/O地址分配表3.硬件接线图具体硬件接线图如下图图3、图4.、图5所示11 图3数字量输入模块32DI的接线图图4数字量输出模块32DO的接线图图5数字量输入/输出模块8DI/8DO的接线图11 6.程序设计6.1程序结构框图在本项目设计中，整个物料混合系统包括现场硬件设备和远程控制两大部分，啤酒灌装系统设计分为就地/远程选择模式、手/自动运行模式选择。因此，在程序中必然涉及到OB1主程序，主要用来调用各个子程序，包括手动运行程序、自动运行程序、急停处理程序等；为了方便数据的统一采集和处理，减少CPU的负担，程序中用了OB35；具体程序流程图如下图图6所示。主程序OB1的程序结构流程图读取当前运行模式调用模拟量处理程序FC70手动/自动模式？自动调用手动程序FC20调用自动程序FC30调用故障处理程序FC50调用急停处理程序FC10手动6.2程序调试过程中遇到的问题与解决方法1）问题：CPU不启动解决方法：首先检查组态是否完成；再检查硬件组态是否载入；若前者都满足仍然无法启动，则检查CPU工作模式，进行暖启动。2）问题：电机不动，泵不工作解决方法：首先通过万用表测电机与泵是否有故障，发现没有故障；然后通过运行程序发现电机没有输入转速，改变变频器给电机的转速，促使电机正常运转。11 3）问题：当A液位>85%时，A液位的上限灯不亮？解决方法：首先通过检查程序与地址，查找过后发现没有错误。然后检查硬件问题，发现只有电压没有电流，因此判断是仪器的灯出了问题。4）问题：未达到供料值时，搅拌电机仍然工作？解决方法以：再系统开始运行时首先把搅拌电机复位。7.HMI监控系统设计7.1HMI组态在设计HMI监控画面之前，HMI组态是必不可少的环节，为了将WinCC与所设计的程序实现数据通信连接，必须要安装与自动化系统相匹配的通信驱动程序，并至少创建一个过程连接。在此之后还要进行系统参数MPI设置，选择WinCC项目与所连接的PLC之间的通信协议为MPI，所使用的硬件设备为PCAdapter(MPI)。地址是2-0-0-2.检查WinCC与PLC之间是否建立联系，先打开编程软件将程序启动，再打开wincc查看“工具-驱动联系-确定”；要检查它们两者之间的连接情况是否为“确定”，否则，检查连接电缆、PLC硬件组态参数等，确保两者之间正确无误的连接。7.2建立组态变量在设计HMI监控画面之前，HMI组态也是必不可少的环节；只有建立组态变量才能实现上位与下位的连接；实现远程控制。因上位上能直接控制I信号，因此必须将M信号代替I信号进行远程控制。且必须在程序中添加对应的M信号。在添加M信号的同时不能影响就地控制。7.3设计监控画面7.3.1监控画面说明在HMI组态画面中需要建立初始画面，运行控制画面，趋势图画面，报警画面共四个画面。1）初始画面是整个系统的整体概述。2）运行画面是整个系统的主体部分；它监视并控制整个生产线的运行，实现远程控制整个生产线。11 3）趋势图画面是监视啤酒液位灌装的实时容量，以保证生产的产品质量。4）报警画面是监视程序的异常状态并对异常情况进行文本报警。7.3.2调试中遇到的问题及解决的办法1）操作面板上的指示灯在WinCC画面中不能实现实时显示？解决方法：将相应的指示灯的变量与WinCC画面显示连接在一起，并打开动态对话框，在此窗口中选择数据类型为“位”，在“位选择”对话框中，选择第0位，并且在“表达式/公式的结果”设置“闪烁背景激活”属性，问题得到解决。三．设计体会第一，认识了团队合作的力量，要完成一个项目不是一个人的事情。一个人的精力和能力是有限的，必须有团队的支持与帮助；分工合作一起完成。第二，通过这次的实践操作，深刻认识到了自己的不足。求实就是脚踏实地，求真务实，谦虚谨慎，戒骄戒躁，对知识的掌握要弄懂弄通，对技术的掌握要严守规范，严谨细致。第三，遇到不懂得要及时解决，寻求帮助。特别感谢老师们对我们的帮助！总之，这次的实训给予了我们不同的学习方法和体验，让我们深切的认识到实践的重要性。在以后的学习过程中，我会更加注重自己的操作能力和应变能力，设计组成员签字11'