基于PLC和組態王的啤酒灌裝生產線系統設計

楊婷婷，劉龍龍

（滁州學院 電子與電氣工程學院，安徽 滁州 239000）

1 引言

隨著工業自動化生產的不斷發展，許多工業和企業正面臨著傳統生產線的改造問題.隨著我國的啤酒需求量日趨增大，原來傳統的啤酒灌裝生產流水線控制系統已經落伍，并且傳統系統在生產過程中經常會出現效率低、操作復雜、易出故障.為了提高產品的質量和市場競爭力，許多公司已經逐步開始采用自動化灌裝生產流水線取代傳統的晶體管邏輯控制系統.PLC（可編程序控制器）是一款基于微處理器的工業設備，它將傳統繼電器的控制系統與計算機技術相結合.近年來，PLC在工業自動化、機電一體化和傳統工業的轉變中得到了廣泛應用.PLC控制的使用極大地提高了生產的自動化程度.生產流水線自動化程度的提高使得監控裝置越來越多地應用在工業領域，方便用戶直觀地觀察生產流水線的運行情況.工業自動化組態軟件應運而生，它的應用解決了傳統工業控制軟件的缺陷和不足，實現遠程控制和實時監測.

本文主要使用Kingview軟件作為上位機，西門子S7-200 PLC作為下位機，模擬啤酒灌裝生產流水線的生產過程，實現啤酒灌裝生產流水線的清洗、灌裝、封蓋、檢測、計數等功能.通過組態界面的設計可以把啤酒罐裝的每個步驟做到實時監控，這樣一旦遇到系統故障或突然停機可以通過報警的形式顯示在組態內置的報警界面中，操作人員可以立刻發現并實施維修.將PLC和組態王兩者相結合能夠準確地對各種信息進行存儲和管理，便于查驗生產線中破瓶率和酒損率，從而提高啤酒罐裝的工藝和生產水平.

2 系統的控制要求

灌裝生產流水線主要由灌裝機、洗瓶機、壓蓋機、噴碼機、貼標機、裝箱機等部分組成.灌裝生產流水線實現的具體功能分析如下：

系統存在手動和自動控制方式：

（1）在手動模式下，選擇手動模式，手動控制各個設備啟停，包括洗瓶、灌裝、檢測、壓蓋、計數等功能.

（2）在自動模式下，按下開始按鈕，首先是機械手左移，下降，抓取空瓶，上升，右移，下降，松開空瓶，然后，將空瓶放至傳送帶上，到達清洗噴頭處進行清洗，完畢后到達灌裝位置，傳送帶停止，灌裝機開始工作4S，灌裝完成后檢測是否合格，檢測完畢后，合格品繼續由傳送帶運送，到達壓蓋位置，傳送帶停止，壓蓋機開始啟動2S，壓蓋完成后檢測是否合格，檢測完畢后合格品由傳送帶傳送，到達分揀位置，合格啤酒瓶推至合格區，不合格瓶推至不合格區，進行計數，合格品達到12瓶時，自動啟動包裝機5S，開始打包.

3 總體設計方案

根據控制要求，目前主要有三種方案.一是應用可編程邏輯控制器PLC控制；二是使用老式的線圈與繼電器組成的系統控制；第三就是使用價格低廉、應用普遍的單片機控制.

3.1 單片機與PLC的比較

1.PLC具備較強的可靠性，并且PLC抗干擾能力比單片機強.在工業生產控制現場中存在多種復雜的系統，不可避免地存在一些較強的干擾源，因此PLC具備的強抗干擾性能就顯得尤為重要，更加適合運用在工業控制現場.

2.對控制簡明單一的項目，采用PLC作為控制方案無疑是最可行、最可靠的，它的控制系統有很高的成功率，并且具備良好的可靠性.采取由單片機組成的系統能夠節約成本，但是這種控制技術需要的是高能力的科研人才和長期的工作經驗才能夠使運行系統可靠、穩定.

3.2 PLC與線圈控制的比較

線圈控制需要外部繼電器的接線，整個系統復雜，并且安裝費時費力.當出現故障時，不便于查找故障電路，需要花費大量時間去布置電路完成電路的設計改造.線圈-繼電器的控制方式故障率較高，運行不太穩定，需要長期更換接觸器，麻煩而且浪費資金費用，采用PLC控制可以完全解決這一系列問題.

3.3 方案選擇

PLC本身具備的可擴展性更是增強了自身的實用性，利用梯形圖進行程序設計直觀而簡單易懂，安裝、維修簡單，線路改造便捷.PLC性能好，適用于存在干擾現象的生產現場.因此本次課題設計選定西門子S7-200型PLC.

4 PLC控制部分設計

4.1 硬件設計

4.1.1 PLC型號選擇

西門子S7-200具有設計緊湊、擴展性好、價格低廉、指令系統強大等優點.為了滿足本系統的控制要求,需要24個數字量輸入和16個數字量輸出的PLC，所以本次設計選用西門子S7-200系列CPU226 PLC作為該系統的控制器.

4.1.2 I/O分配及外部接線圖

根據啤酒灌裝生產流水線系統的控制要求和I/O點數確定I/O分配表如表1所示.

表1 I/O分配表

4.2 軟件設計

自動控制模式下，系統主要包括清洗、灌裝、檢測、封蓋，程序流程圖如圖2所示.

5 組態監控畫面設計

Kingview6.55軟件是工業自動控制系統最常用的監控軟件，它可以充分利用Windows的圖形編輯功能，構成可視化的監控畫面，直觀地了解控制設備的狀態，并可以生成各種報表.建立一個新的組態網工程的一般過程是設計圖形界面、定義設備、構造數據庫、建立動畫連接、運行和調試等.

啤酒灌裝生產線系統設計分成上位機和下位機.Kingview 6.55被用作上位機軟件來建立監控畫面，直觀地顯示整個自動控制過程.PLC作為下位機軟件，主要實現數據采集.

圖2 程序流程框圖

5.1 PLC與組態王的通訊連接

打開組態王軟件，點擊啟動組態王工程管理器，選擇菜單“文件新建工程”或單擊“新建”按鈕,彈出新建工程向導對話框，按照向導提示輸入工程名稱描述等，完成新建工程.

本設計所使用的PLC是西門子S7-200型PLC.所以在與組態王通訊的設置上要按相應的要求選擇西門子S7-200系列的PLC.

5.2 構建數據詞典

數據庫是“Kingview”軟件的核心部分，工人可以通過計算機發布相應命令，并且工業生產的現場情況可以實時在監控畫面中顯示.上位機和下位機的連接需要數據庫.因此，需要設置相應輸入輸出變量，包括變量名、變量類型、初始值和最大最小值等等，完成上位機和下位機之間的聯系.

5.3 系統運行與調試

首先建立組態王和PLC之間的連接，將“啤酒罐裝生產流水線控制系統”程序下載入PLC中，打開“啤酒罐裝生產流水線控制系統”監控畫面，如圖3示.具體實現功能如下：

1．通過機械手工作抓取空啤酒瓶，將其放在傳送帶上由傳送帶運輸到清洗工位，清洗機進行清洗工作.

2．清洗完成后由傳送帶將空啤酒瓶運送到灌裝工位.

3．當啤酒瓶位于灌裝設備位置后，灌裝機進行灌裝工作.

4．當罐裝機灌裝結束后，傳送帶將灌裝后的啤酒瓶運送至封蓋機位置.

5．由封蓋設備對啤酒瓶進行封蓋處理，在此過程中傳送帶停止工作.

圖3 啤酒罐裝生產流水線監控畫面

6 總結

本文提出一種基于PLC和組態王的啤酒罐裝生產流水線控制系統，實現全自動控制.首先對啤酒罐裝生產流水線控制系統進行總體分析，選擇合適的PLC型號，進行輸入輸出分配，并根據啤酒罐裝生產流水線工作流程設計程序流程框圖，并運用組態王軟件設計監控畫面，完成在線監控.仿真表明，該系統可以實現啤酒瓶的清洗、灌裝、封蓋、打包等功能，具有可靠性高、故障低的特點.