畢業設計（論文）類型：□畢業設計說明書□畢業論文題目：基于PLC包裝機控制系統設計學生姓名：指導教師：專業：時間：目錄摘要 Abstract 第一章緒論 第一章緒論1.1課題研究的現狀1.1.1包裝機簡述現今人們對包裝行業的需求中對于食用物品的包裝要求十分嚴格，確保食品衛生質量安全可靠，在人們心目中是不可替代的，特別是隨著中國居民收入的增加和人民生活的逐步提高，促使包裝的發展，包裝食品行業也增加了對包裝機的要求。食品工業的發展在我國占很大比例，并且每年都在增長。隨著食品工業的快速發展，必將推動包裝行業的發展，因此包裝機械的轉型和創新是非常必要的。包裝機目前應用廣泛，普遍適用于大中型企業對包裝產品的加工包裝作業。一般包裝機由傳送機構、包裝機構、封裝機構、稱重等計量機構等組成，其功能也有很多種，復雜的包裝機可以集成多種產品的包裝，集成包裝成品的檢測和后期的裝箱包裝等操作。本次設計了三種規格的顆粒狀或者粉狀產品的自動包裝形式，常用顆粒狀包裝機外觀圖如下圖1-1所示。圖1-1顆粒狀包裝機外觀圖1.1.2國內外發展現狀的分析目前，我國的大部分包裝設備正在逐步小型化。“小”是主要特征之一。同時，包裝的速度和準確性要求達到很高的要求。因此，以前的手工包裝不僅生產效率低，而且技術水平高。它是落后的，包裝不易調整，阻礙了行業的發展，不再適合生產需要。隨著科學技術的不斷創新和發展，各種食品和零食的出現對包裝技術和設備提出了很高的要求。國外已有許多成熟產品，國外包裝技術發展迅速，在高速包裝，包裝多樣化，尤其是多層包裝方面取得了良好的效果。美國，意大利，德國等國家在技術和技術方面處于領先地位，可以生產出一批性能優良，操作簡便的包裝機。它廣泛用于各種食品工業。如今，包裝機越來越具有競爭力，未來包裝機的水平將大大提高，如高效率，高利用率，節能和低消耗。自動包裝機的發展趨勢：（1）資源利用率高資源的高利用有三個含義：提高資源的綜合利用；提高有效成分的提取率；減少營養素的流失。（2）產品節能新的節能技術和新產品已成為國內外包裝行業發展的重點。在包裝機械中，節能技術的廣泛使用在減少生產和提高經濟效率方面發揮著重要作用。（3）高科技實用在包裝機械方面，采用微電腦技術，真空技術，無菌包裝，膜分離技術，超高壓等新技術可以提高產品質量。（4）加強研發能力加快科研成果轉化為商業轉型，使科技真正成為解放生產力，促進社會進步的強大動力。1.2本次設計的內容及目的1.2.1本次設計的內容此次設計本次設計的基于PLC的包裝機控制系統硬件主要采用S7-200系列的可編程序邏輯控制器，通過順序控制和起保停電路的方式對系統程序進行編寫，并輸入至可編程序邏輯控制器中，通過預設的邏輯關系命令，驅動相應的負載端進行動作。各章主要內容如下：第一章為緒論，對包裝機控制系統進行了現狀分析，并介紹包裝機未來發展趨勢，同時簡單介紹了論文各章的主要內容。以及對控制系統選擇的確定，然后對PLC系統的特點組成及其發展趨勢做了簡要敘述，第二章是對系統硬件的設計。主要是對PLC的選型，各類傳感器等方面做了詳細分析。并繪制了硬件配置表。第三章是對軟件的設計，主要通過對控制流程的分析，繪制流程圖。根據PLC的選型以及流程圖分配輸入和輸出點，最后繪制I/O表。通過S7-200編程軟件對控制程序進行編寫，并繪制梯形圖。最后通過程序和I/O分配表，采用CAD軟件繪制PLC外部接線圖。第四章是包裝機控制系統控制程序的模擬調試，通過模擬仿真軟件對PLC進行模擬仿真，對程序進行修改、完善。1.2.2本次設計的目的本次設計的目的主要是通過平時對PLC的學習認知，通過自己所學的知識，系統的對包裝機控制系統進行設計，更多的是對所學知識的一種檢驗與查漏補缺。結合包裝機工作原理以及邏輯順序等，對包裝機控制系統進行全面設計，掌握復雜條件下對PLC起保停電路和順序控制的編程方式等知識。通過對包裝機控制系統控制系統硬件的選型與使用，掌握各種電器元件的原理以及使用方法，為以后的學習工作奠定基礎。通過對程序的編寫與程序的反復調試以及修改，更加熟悉程序的一般編寫方法和對程序調試方法的熟悉和認知。進而提高自己的學習能力和知識儲備，和發現問題、解決問題的一種方法，為以后的工作奠定更加堅實的基礎。1.3系統控制的選擇比較目前在控制領域較為常見的控制系統主要有：以單片機為主要控制方式的系統、以微小型計算機為控制手段的系統、以微處理可編程邏輯控制器（PLC）為主要控制手段的方式。以單片機的控制方式的包裝機控制系統控制系統雖然價格成本較為便宜，但是使用眾多電子元器件，電子元器件越多帶了的系統穩定性大大降低，損壞和故障率也大大提高，增加了系統的不穩定性，而且在后期維修維護管理方面，工作量較大，檢查故障點較難。單片機采用C語言的編程方式，對維護維修人員具有更高的要求，其編程方式較為難理解，而且不直觀簡明的，對初學者很難理解。所以本次設計不予采用。以PC微小型電子計算機為控制手段時，其系統龐大，而且成本較為昂貴。在系統便捷和可操作性上較為繁瑣，其系統往往需要和電腦終端連接，給使用者和操作者帶來了不簡潔性，不適合本次包裝機控制系統規模小、互換性高的要求。以PLC為控制方式的自動化控制系統在目前的自動化控制領域較為常見，因其采用集成的電子控制器，具有眾多功能，比如集成了計時器、計數器、邏輯運算指令、可擴展溫度濕度等模擬量的控制模塊，不僅可以簡單的完成多種功能操作，而且大大減少了電子元器件的使用率，使得系統更加簡潔、方便。在編程方面采用梯形圖的編程方式，簡單明了適用于初學者或者傳統的電力工作者管理或者維護，不僅編寫程序直觀明了而且后期檢查維修方便，對程序進行上傳下載即可，并且優越的可擴展性能對以后的升級改造具有很重要的意義。經過以上分析對比，本次對包裝機控制系統的設計采用可編程邏輯控制器（PLC）為主要控制器的控制方式。1.4PLC定義及簡述可編程序邏輯控制器是在工控行業內較為常用的一種控制方式，其英文名稱為：ProgrammableLogicController，簡稱PLC。因其優越的穩定性和可擴展性受到設計人員的青睞，成為工業控制行業不可或缺的控制單元。目前較為常見的PLC品牌有西門子、三菱、歐姆龍、臺達等品牌，隨著我國技術水平的不斷提高一些國產的PLC品牌也層出不窮并得到設計師們的認可，比如信捷、上海永宏等品牌。PLC采用可編程序的邏輯控制存儲區，在其內部儲存并執行設計師編寫的邏輯運行程序，比如常見的順序邏輯控制、計數計時程序、邏輯運算等程序及其操作指令，并通過單一的數字式或者模擬量進行對輸入信號的采集和輸出信號的控制，可以控制自動化機械設備、給水量以及溫度等各行業的生產過程性控制。它可以集成眾多外圍設備以及模塊，與控制程序形成一個整體，從而形成整合控制系統。在控制執行機構單元方面可以和步進電機、伺服電機、氣缸、液壓缸、電機馬達等等執行機構連接，實現對執行機構的有效控制，從而實現對產品或者工況需求的自動化控制，提供工業控制解決方案。1.5PLC的基本結構組成PLC的硬件組成單元主要包括：中央處理單元、存儲器、計數器、計時器、電源等單元。中央處理單元作為可編程序邏輯控制器的控制中樞。主要的任務有：診斷程序的語法及編程錯誤、檢查電源的正常狀態、監視檢測存儲器及其警戒定時器的狀態信息。當執行RUN時，以循環掃描的方式對各輸入裝置的狀態和數據進行檢索，存入I/O映像區，然后對用戶編寫的程序進行逐條讀取，當所有程序讀取完成后將I/O映像區的數據或者狀態輸出至相應輸出單元，然后進行下一次循環，如此循環往復，直到程序運行結束。其內部掃描循環主要包括以下幾個過程：，輸入采樣、用戶程序執行、輸出刷新三個過程。這三個過程作為一個掃描周期，在PLC的運行過程中處理器根據固有的頻率通過以上三個過程對PLC內部進行循環掃描。其內部掃描循環方式主要如下圖1-1所示：圖1-1PLC內部循環方式過程圖存儲器主要包含三部分：（1）系統程序存儲區、（2）用戶編寫的程序儲存區、（3）系統RAM存儲區。存儲器的主要作用是存儲程序、系統以及系統運行的周期掃描程序。計時器、計數器主要是PLC內部對時間以及次數的累計，在用戶編寫程序時可以調用，但每個品牌的plc都有其固定的存儲單元，不可亂用。PLC主要硬件系統結構如圖1-2所示:圖1-2PLC系統硬件結構示意圖

1.6PLC的發展趨勢分析（1）產品規模越來越大，功能越來越全面，在大型PLC的發展方向上，逐步向大型、功能自由擴展、高速度運算等方向發展。（2）在小型PLC領域逐步向體積小、應用便捷、可操作性強等方面發展。（3）編程語言逐步統一化，適合各大品牌的PLC之間相互傳輸信息，相互控制。（4）開始實現私人定制，以實現不同行業PLC的不同需求。（5）網絡化，實現目前大數據下快速分享與控制的目的。（6）越來越強的容錯技術，使系統更加穩定。（7）硬件及綜合性服務解決方案更加完善，實現控制的多樣性。第二章控制系統硬件的設計2.1包裝機控制系統控制的要求本次設計控制系統主要由按鈕開關、稱重單元、超聲波熱熔封口單元、限位開關、工作指示、三相異步電動機，PLC控制器等部分組成。本次設計的系統工作原理：本次設計的包裝機分為三個型號產品規格的包裝，分為大袋100克、中袋80克和小袋50克的粉末顆粒狀物品的包裝，在工人選擇需要包裝的產品規格后，啟動自動運行程序，這時電機帶動裝有封裝薄膜的料帶滾輪滾動，當送料機構觸碰到限位開關后，停止電機的運行。此時落料電磁閥動作開始落料，知道電子稱重裝置達到相應設定值后輸出信號切斷出料電磁閥的控制信號，再次基礎上設置了補償的時間繼電器部分，為了避免不可避免的誤差帶來的產品包裝重量的不足，隨后超聲波熱熔機構動作進行封袋包裝，并以此成型后實現包裝的落料動作，封口包裝的擠壓時間采用時間繼電器的計時方式此處設定為2秒，然后完成一個成品包裝的制作，循環上文敘述的動作完成下一件產品的封裝，循環往復最終實現產品的自動包裝。2.2包裝機控制的系統組成包裝機控制系統控制系統的主要系統組件有：起主要控制做用的可編程序邏輯控制器（PLC），采集信號和信號輸入功能的行程開關，其重量稱重和信號輸入功能的電子稱重單元、起執行作用的電動機、超聲波熱熔封裝機構。包裝機構等主要控制組件。其系統組成結構簡圖如下2-1所示。圖2-2包裝機控制系統的結構簡圖2.3硬件選型2.3.1PLC選型常用的PLC品牌主要有三菱和西門子，在此次控制系統中，主要采用順序循環控制的方式對包裝機進行產品包裝的動作設計，在西門子的編程方式中主要運用模塊的方式對邏輯程序進行編程，較三菱進行運動控制程序簡潔，所以本次對包裝機系統控制采用西門子plc，選擇S7-200的小型plc系列完全滿足控制條件，其型號主要有221、222、224、226等CPU型號，本次選擇具有14路輸入10路輸出的224型號作為控制器，其中兼容2個RS485通訊接口，可以兼容多種外圍設備，支持多種通信協議，比如PPI、MPI等自由通訊方式。表2-1S7-200PLC參數表特性CPU221CPU222CPU224CPU224XPCPU226本機I/O

?數字量

?模擬量6入/4出-8入/6出-14入/10出-14入/10出2入/1出24入/16出-最大擴展模塊數量

0個模塊2個模塊7個模塊7個模塊7個模塊數據存儲區2048字節2048字節8192字節10240字節10240字節掉電保持時間50小時50小時100小時100小時100小時程序存儲器：

?可在運行模式下編輯

?不可在運行模式下編輯4096字節4096字節4096字節4096字節8192字節12288字節12288字節16384字節16384字節24576字節高速計數器?單相?雙相4路30KHz2路20KHz4路30KHz2路20KHz6路30KHz4路20KHz4路30KHz

2路200KHz3路20KHz1路100KHz6路30KHz

4路20KHz脈沖輸出（DC）2路20KHz2路20KHz2路20KHz2路100KHz2路20KHz模擬電位器11222實時時鐘配時鐘卡配時鐘卡內置內置內置通訊口1×RS-4851×RS-4851×RS-4852×RS-4852×RS-485浮點數運算有有有有有I/O映象區256128入/128出256128入/128出256128入/128出256128入/128出256128入/128出布爾指令執行速度0.22μs/指令0.22μs/指令0.22μs/指令0.22μs/指令0.22μs/指令外形尺寸（）90×80×6290×80×62120.5×80×62140×80×62190×80×622.3.2限位開關的選型在本次系統控制設計中，限位開關的主要作用是通過送帶機構和限位開關的接觸使限位開關動作并接通信號將信號傳入PLC作為控制送料袋電機停止的時間點。本次限位開關的選擇電壓根據PLC輸出輸入24V確定，本次選擇的纖維開關的主要參數型號為：正泰YBLX-ME/8108其主要參數如下所示：品牌：正泰型號：YBLX-ME/8108額定控制電流：0.8A（AC）0.16A（DC）操作方式：可調機械滾子臂圖2-3限位開關外觀圖2.3.2電子稱重裝置的選型本次設計的電子稱重裝置需要重量設定單元和信號輸出的功能，當達到設定重量后需要發出一個輸出信號給PLC控制器，作為系統的輸入端，從而確定裝料動作的完成。本次設計的電子稱重裝置型號為：KX3190-C8+。其主要參數如下：產品型號：KX3190-C8+輸入電壓：24V轉換速度：每秒80次準確度：3級通訊接口：RS232、RS485外控輸入：開關量使用溫度：0-40攝氏度圖2-4電子稱重裝置外觀圖2.4本次系統設計的主要硬件清單表2-2主要電氣設備清單名稱型號規格PLCS7-200224稱重裝置KX3190-C8+按鈕開關LA38-11D/2094,DC24V行程開關YBLX-ME/81083包裝機控制系統PLC程序的編寫3.1包裝機的控制簡述本次設計的包裝機分為三個型號產品規格的包裝，分為大袋100克、中袋80克和小袋50克的粉末顆粒狀物品的包裝，在工人選擇需要包裝的產品規格后，啟動自動運行程序，這時電機帶動裝有封裝薄膜的料帶滾輪滾動，當送料機構觸碰到限位開關后，停止電機的運行。此時落料電磁閥動作開始落料，知道電子稱重裝置達到相應設定值后輸出信號切斷出料電磁閥的控制信號，再次基礎上設置了補償的時間繼電器部分，為了避免不可避免的誤差帶來的產品包裝重量的不足，隨后超聲波熱熔機構動作進行封袋包裝，并以此成型后實現包裝的落料動作，封口包裝的擠壓時間采用時間繼電器的計時方式此處設定為2秒，然后完成一個成品包裝的制作，循環上文敘述的動作完成下一件產品的封裝，循環往復最終實現產品的自動包裝。3.2繪制控制流程圖在程序的軟件設計中，流程圖的繪制十分重要，它能簡明扼要的表示出程序控制的主要步驟以及順序，可以使程序編寫時更加調理有效，所以繪制控制流程圖十分有必要，本設計的控制流程圖如下所示.圖2-5控制流程圖3.3配置I/O表在對包裝機控制系統進行思考后，計算輸入輸出點的數量并分配選擇，對其輸入輸出點留有一定的設計余量，為了以后對程序進行升級或者功能改進。對此我們對I、O點進行分配，并繪制表格如下：表3-1I/O分配表名稱功能編號名稱功能編號SB1啟動按鈕I0.0KM1包裝袋電動機Q0.0SB2停止按鈕I0.1YV1出料電磁閥Q0.1SA1行程開關I0.2YV2封袋并落料Q0.2SA2電子秤輸出I0.3HL1大袋指示燈Q0.3SB3大袋選擇I0.4HL2中袋指示燈Q0.4SB4中袋選擇I0.5HL3小袋指示燈Q0.5SB5小袋選擇I0.6HL4運行指示燈Q0.63.4接線圖本次設計中主要的接線為PLC外部接線圖，在外部接線圖的繪制過程當中，使用的軟件和方法不一，具有多種方法，本次設計外部接線原理圖采用CAD軟件繪制，其作圖方式相對較為簡單，原理清晰，適用范圍較廣。圖3-2PLC外部接線圖3.5程序編寫3.5.1梯形圖編寫圖3-3梯形圖3.5.2語句表LDFirst_Scan_On:SM0.1RQ0.0,1RQ0.1,1RQ0.2,1RQ0.3,1LDI0.0OM0.0ANI0.1=M0.0=Q0.6LDM0.0OM1.1OT40ANI0.3ANI0.2ANI0.1=Q0.0=M1.1LDM0.0AI0.4OM0.1ANI0.5ANI0.6=M0.1=Q0.3LDM0.0AI0.5OM0.2ANI0.4ANI0.6=M0.2=Q0.4LDM0.0AI0.6OM0.3ANI0.5ANI0.4=M0.3=Q0.5LDM0.1OM0.2OM0.3ANI0.1AI0.2RQ0.0,1LDI0.2OM1.2ANT37ANT38ANT39=Q0.1=M1.2LDI0.2AM0.1TONT37,100LDI0.2AM0.2TONT38,50LDI0.2AM0.3TONT39,20LDT37OT38OT39ANT40ANI0.1=Q0.2LDT37OT38OT39TONT40,204程序仿真4.1環境要求由于PLC是專為工業生產環境設計的控制裝置，因此通常不需要采取任何特殊措施，并且可以直接在工業環境中使用。但是，如果環境過于苛刻，電磁干擾特別嚴重，或者安裝和使用不當，PLC將無法保證正常，安全，可靠的運行。因此，討論PLC設計和調試非常重要。1.PLC控制安裝和接線1.輸入接線（1）輸入接線不應超過30m。但是，如果環境干擾小并且電壓降不大，則輸入布線可以更長。（2）輸入和輸出線不能使用相同的電纜，輸入和輸出線應分開。2.電源接線電源是PLC引入干擾的主要方式之一。PLC應盡可能使用電壓波動小，波形失真小的電源，這對提高PLC的可靠性非常有幫助。3.接地正確選擇接地點和完善接地系統接地通常有兩個目的，一個用于安全，另一個用于抑制干擾。完善的接地系統是PLC控制系統抗電磁干擾的重要措施之一。系統接地方式有：浮動模式，直接接地模式和電容器接地。對于PLC控制系統，它是一個高速低電平控制裝置，應直接接地。良好的接地是確保PLC可靠運行的重要條件，可避免意外的電壓沖擊危險。4.2程序調式在程序調試過程中出現了一系列的問題，但最終都一一解決了。在使用指令編程時，剛開始由于對STL指令掌握的不是很好，所以犯了不少錯誤，加上設計本身存在的一些問題，所以在調試程序時，輸出型號動作不符合控制要求。經過不斷查閱資料，研究、改進，最終程序調試成功。程序運行良好，動作正確、符合控制要求。如圖4-1程序載入，PLC打開RUN模式啟動程序。圖4-1程序調試畫面首先對參數進行設定，通過不斷的對程序的調試與修改，使系統的狀態更加穩定，有序的執行梯形圖指令，使程序的調節更加穩定、準確。程序調試是一個查漏補缺的過程，在期間多次對程序進行修改。系統啟動輸入I0.0，送帶機構電機和工作運行指示輸出。模式選擇，大袋選擇I0.4；中袋選擇I0.5；小袋選擇I0.6；行程開關接通后，送帶電機停止運行，并進行裝料電子稱重裝置動作后，計時補償，補償結束后進行封口包裝致謝通過畢業設計，是對我大學學習專業課程知識的檢驗，通過對基于S7-200PLC的包裝機控制系統的設計，查閱相關資料，了解PLC可編程序邏輯控制器的用途以及未來發展的趨勢有了更細致的認識。從而提高了運用所學知識的能力，全面鍛煉了我駕御知識的能力,使我對大學以來所學的理論知識進行了系統化、條理化、全面化的回顧,讓我明白了如何運用自己所學的知識，同時又學到了其他獲取知識的方法；從而使我獲得了一次大規模檢索相關資料的機會，提高了運用網絡和對專業計算機軟件輔助的能力。而這些知識都將化作寶貴的財富,為我以后所要從事的工作打下堅實的基礎。畢業設計的完成，即使這個畢業設計并不完美，我也懂得了學習是一個長期積累的過程，我不僅收獲了知識而且也鍛煉了品質，通過這次認真而又細致的畢業設計，我對待事情的態度更加嚴謹更加有耐心，并且我更希望把所做的事情做好做完美，我想這將是一種很重要的財富。時光飛逝大學的學習生活到了這個季節將要畫上一個圓滿的句號（更多的是對老師同學的不舍與感謝），而對于我的人生來說這還只是一個逗號，同時也是我以后人生的一個開端。在此我要特別感謝我的指導老師的熱情關懷和悉心教導，在我編寫論文之際給與了很大的幫助以至于我不會在設計的過程中迷失方向，失去前進動力。在論文的編寫、選題方面得到了老師無私的幫助，不厭其煩的幫助進行論文的修改和改進，直到