基于PLC与组态软件的冰激凌生产线设计

常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书SJ005-1CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY毕 业 设 计 说 明 书题目：基于PLC与组态软件的冰激凌生产线设计二级学院： 电子信息与电气工程学院 专 业： 自动化 班级： 10自二 学生姓名： 杨杨 学号： 10020633 指导教师： 高敏 职称： 讲师 评阅教师： 职称： 2014年 6月摘要PLC是“数字运算操作的电子设备”，主要是为了在工业环境中的应用而设计，是一种可以普遍的应用到各种类型的工业设备及生产过程。组态软件是一种软件，用于数据采集和过程控制功能，软件平台和开发环境监控层一级的自动化控制系统，熟练的使用组态方式可以为客户快速的建立工业自动控制系统的监控功能。从实际需求和工业生产的两种特性，开发了基于实际工作过程自动化生产线，具有在实际生产和开发的教学和练习十分重要的意义。该系统是做一些研究，在冰淇淋生产线的设计和组态软件的PLC。它提供的冰淇淋生产线的自动化和控制实际的解决办法，具有一定的参考，以大规模生产的冰淇淋。系统的构建思路和方法对于其它自动化系统的生产线也有一定的参考价值。关键词:PLC；组态软件；自动化生产线； AbstractPLC is theelectronic digital computing device operation, mainly used in industrial environments to the design,is a universally applied to all types of industrial equipment and processes.Configuration software is a software with data acquisition and process control functions,the software platform and development environment monitoring layer automatic level control system, skilled way customers can use the configuration quickly establish monitoring industrial automatic control system function.Features from the actual demand and industrial production of the two,developed automated production lines based on the actual working process,has great significance in the actual production and development and practice of teaching.The system is to do some research in ice cream production line design and configuration software on the PLC.It serves a practical solution for ice cream production line automation and control, with some reference to the mass production of ice cream.Ideas and methods to build the system for other production line automation systems also have some reference value.Keywords: PLC;configuration software;automated production lines;1常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书目录摘要Abstract第一章 绪论11.1 课题选题背景11.2 选题研究意义11.3 课题研究内容21.4本章小结2第二章 控制系统设计方案32.1 可编程控制器简介32.1.1可编程控制器的工作原理32.1.2可编程控制器的特点42.1.3可编程控制器的发展阶段42.1.4可编程控制器的发展趋势52.2 系统方案论证62.2.1 单片机控制方式62.2.2 工控机控制方式62.2.3 PLC控制方式72.3 系统工艺流程72.4本章小结10第三章 控制系统硬件设计113.1 可编程序控制器选型113.2 动力驱动电路设计123.3 I/O分配表133.4 PLC控制电路设计1433.5本章小结15第四章 下位机PLC程序设计164.1 控制系统工作流程164.2 控制系统PLC程序结构194.3 控制系统PLC程序设计204.3.1 系统故障处理程序段204.3.2系统总控程序段204.3.3 生产工序程序段214.4本章小结21第五章 上位机组态软件设计225.1 组态系统的建立225.2 系统设备的建立235.2.1 下位机设备建立235.2.2 下位机设备设置235.3 系统变量的建立245.3.1 数据词典配置245.3.2 系统变量集合255.4本章小结25第六章 总结26致谢27参考文献28附录1 系统原理图.29附录2 系统组态界面.31附录3 系统PLC程序.32第一章 绪论1.1 课题选题背景 随着人们生活水平的进步， 对冷饮品的需求和要求也逐步提升。不仅要求其在炎炎夏日能消暑解渴，而且对其营养价值、口味和工艺上也有了更高的要求。冰淇淋生产商，不同的营养价值，技术和品味是它的各种销售，这是现在不仅要生产出高品质的冰淇淋冰淇淋生产设备的直接结果，而且还要根据不同的需要生产出不同品种的冰激凌。当前国内的大多数冰激凌制造商都是在沿用欧美冰激凌机的工作方式，缺乏自我创新，而且生产设备一直停滞在传统的继电器-时间控制方式上。生产前的PLC继电器控制发生广泛应用于生活的各个领域，但控制方法的硬件结构更加复杂和困难进行修改的功能确定后，难以符合以后新产品更新换代的要求。并且经过长期的运行，继电器、线圈等设备将逐渐老化，出现触点磨损、反应不灵敏、接触不良等现象，造成整个控制系统无法达到生产的要求，严重影响产品的数量和质量。1.2 选题研究意义在冰激凌生产工业中，如何提升生产的质量和效率一直是人们高度关心的问题。随着自动化技术的进步和发展，生产冰淇淋的自动化程度也越来越高。机械结构比较简单冰淇淋生产线，但也更容易设计。而要完成生产线的自动化，必需要设计一种相对可靠的电气控制系统。PLC是用于工业自动化控制的专用计算机，是能直接用于工业环境的数字电子设备。PLC控制，操作简单，可靠性高，编程简单，维护性，灵活性等特点。增加，可实现多种复杂的控制系统中，控制功能;冰淇淋可以在软件生产线的自动化来实现，可靠性有了很大的提高，从而使控制系统结构简单，外部线路简化：在控制系统或采用PLC的改变更加容易;可以实现故障自动检测和报警显示，提高冰淇淋生产线的安全;可以用来群控调配和管理，很好地提高生产的质量和效率；在更改生产控制方案时，只需要修改程序，不用改动硬件线路的连接。从研究的设计，结合学校的PLC软件和硬件技术毕业后，设计浇注膜冰淇淋生产线系统，让我来解决实际工程问题的能力得到了锻炼1.3 课题研究内容膜型冰淇淋浇控制系统的产品线是一个相对复杂的控制系统。这样的系统需要自动和手动工作，该系统不仅具有手动切换输入信号，如手势手动按钮中，有接近开关，光电开关传感器信号。的输出信号具有一个接触器，供给继电器，指示灯，螺线管和其它开关的输出信号。对于一个实际的应用系统来说，不仅要考虑设计硬件电路和软件编程，还需要对电路设计的安全、紧急情况的处理、可靠性措施等。对于这些内容将在接下来的设计中涉及，本次课题的核心是PLC控制系统的软、硬件的设计方法。1.4本章小结对于本课题研究的背景、意义、内容等做一个简单的叙述，简单的介绍下本次课题所需要的用的一些设备、方法等。I控制系统设计方案第二章 控制系统设计方案2.1 可编程控制器简介可编程控制器（可编程Controller）简称PC。个人计算机也简单为PC，为了与之相区别，用PLC来表示可编程控制器。PLC是在原有的顺序控制器的基础上引入了通讯技术、自动控制技术、计算机技术和微电子技术而形成的新一代工业控制装置，目的是用来代替原有的继电器、计时、执行逻辑、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会（IEC）在1987年颁布了对PLC的如下定义：可编程控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、计数、顺序控制、算术运算和定时等操作指令，并通过模拟式或者数字式的输入和输出，来控制机械或者生产过程的各种不同的类型。PLC以及相关的外部设备的设计，都应该遵循容易和工业控制系统形成一个整体并且容易增添PLC功能的原则。PLC拥有通用性强、适应面广、使用方便、抗干扰能力好、可靠性高、编程简单等特点。可以预见到：在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必定会成为世界潮流。PLC程序不仅有生产厂家的系统程序，也有用户自己开发的应用程序。生产厂家的系统程序不仅提供运行平台，同时还为PLC程序的可靠运行以及信息与信息之间的转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求来设计。2.1.1PLC的工作原理PLC是一种存储器控制器，将控制系统的工作程序放在存储器中，用程序来完成控制逻辑和实现控制任务。在PLC的控制系统中，要完成某个控制任务，首先要求对具体的被控对象，剖析对控制系统的要求，接着编写出对应的控制程序，并用编程器将控制程序写入PLC的程序存储器当中。系统运行时，PLC顺次读取程序存储器当中的程序语句，对程序的内容进行解释并实行。按照输入设备的状态与其他条件，PLC将程序执行的结果输出到相应的输出设备，来实现对被控对象控制，使之工作。2.1.2可编程控制器的特点PLC选取现代大规模集成电路技术、生产工艺制造相当严格，内部电路的抗干扰性强，因此可靠性很高。比方说三菱公司生产的F系列PLC平均可达到30万小时无障碍。平均时间更长的则是使用冗余CPU的一些PLC。使用PLC构3成的控制系统和相同层次的继电接触器系统对于机外电路相比，开关接点和电气接线已降低到数百乃至数千分之一，也大大降低了系统的故障。另外，PLC拥有硬件故障的自检功能，故障时可以实时的发出警报信息。在应用软件中应用者还能够编入外围器件的故障自我诊断程序，使系统的外围电路和设备也获得故障自我诊断的保护，这样，整个系统的可靠性也就得到了提高。图形符号与表达方式是PLC的梯形图语言所拥有的，它与继电器的电路图很相似，PLC用少量的开关量逻辑控制指令就能够简单的达到继电器电路所要求的功能。不熟悉电子电路、不懂汇编语言和计算机原理的人用计算机从事工业控制也可以很方便。PLC梯形图语言设计的系统：维护方便、容易改造、修筑的工程量小，PLC用存储逻辑代替接线逻辑，使得外部控制设备的接线得到大大减少，也就使得控制系统的设计以及修筑的周期得到了大大的减少，同时能够更简单的进行维护。最主要的是加大了相同设备经过更改程序和更改生产过程的可能性，对于批量小、品种多的生产环境很适用。例如：超小型的PLC，体积小，重量轻，能耗低，重量比150g轻，底部直径比100mm小的新品种，功耗仅仅数瓦，因为体积小很容易装入机械内部，所以是实现机电一体化的理想控制设备。2.1.3可编程控制器的发展阶段尽管PLC的问世时间不长，但是随着微处理器的出现，PLC也随着大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断提高也快捷的发展，PLC发展的过程大体上可分三个阶段：PLC早期一般被称为可编程逻辑控制器。这个时候的PLC基本上就是继电器控制装置替代物的意思，只是实施原来由继电器实现的顺序控制、定时等功能。在硬件上，为了符合工业控制现场的需要在I/O接口电路上做了一定修改。而在软件上，梯形图作为大多数电气操作员工所熟练掌握的用继电器来控制线路的一种办法。所以，在性能上早期PLC要比继电器形式的控制装置好，其优点主要包括体积小、通俗易懂、安装方便、故障提醒、耗能低、反复使用等等。其中梯形图作为PLC特有的编程语言一直被采用至今。70年代时期，PLC出现了重大的改变是因为微型处理器的产生。微处理器被日本、德国、美国等国内的一部分厂家先后作为PLC的中央处理单元(CPU)。这样，大大增强了PLC的功能。在软件方面，不仅保持了其原有的计时、逻辑运算、计数等功能，还额外的增加了数据的处理和通讯、算术运算传送、自我诊断等功能；在硬件方面，不仅保持了其原有的开关模块，还额外的增加了远程I/O模块、模拟量模块、各种特殊功能模块。并且存储器的容量得到了扩大，增加了各种逻辑线圈的数量，此外数据寄存器的数量得到了一定的提供，扩大了PLC的应用范围。进入80年代中、后期，超大规模的集成电路技术得到了迅速发展，大幅度降低了微处理器的市场价格，提高了各种类型的PLC所采用的微处理器的普遍档次。而且，各制造厂商纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片，进一步提高了微处理器的处理速度。通过这样，PLC的软、硬件功能又一次产生了巨大的改变。2.1.4可编程控制器的发展趋势向大容量、高速度方向发展:当PLC拥有更大的存储容量和更好的响应速度，可以提高PLC的处理能力。目前，有可达0.1ms/k步左右扫描速度的PLC。PLC的一个很重要的性能指标是扫描速度。向超小型、超大型两个方向发展:当前PLC比较多是中小型PLC，PLC的多品种发展可以满足市场的多种需求，特别是向超小型和超大型两个方向发展。现在有使用32位微处理器、多CPU并行工作和大容量存储器的超大型PLC，其I/O点数可达到14336点，功能强大。PLC大力研发智能模块，加强联网通信能力:高速计数模块、远程I/O模块、温度控制模块、通信和人机接口模块等近年来开发出的功能模块，可以适应各种自动化控制系统。智能I/O模块带有CPU和存储器的，不仅使得PLC的功能扩展了，而且可以灵活方便的使用，PLC的应用范围也扩大了。加强外部故障的检测与处理能力:根据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，输出设备占30%，输入设备占45%，线路占5%，CPU占5%I/O接口占15%，。后二项共20%的故障属于PLC的内部故障，它的检测和处理可以通过PLC本身的软、硬件来实现；而其余80%的故障属于PLC的外部故障。因此，检测外部故障的专用智能模块成为PLC的生产厂家研制和发展的重点，以便系统的可靠性再一次提升。编程语言繁复化:PLC的编程语言和功能随着PLC的系统结构的不断发展也越加的丰富和不断的提高。梯形图语言适用于绝大部分PLC的使用，但面向顺序控制的步进编程语言可以更加的适应各种各样的控制要求，于是面向过程控制的流程图语言、面向顺序控制的步进编程语言和与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等便出现了。所以PLC进步的一种趋势是多种编程语言的互补、并存与发展。511112.2 系统方案论证2.2.1 单片机控制方式单片机也称为单片机微型计算机，一个完整的微型计算机是把定时器/计数器、中央处理器、输入输出接口电路、存储器等微型计算机的各个部件制作在一块集成电路芯片上。 单片机在工业控制中占据有很重要的地位是因为其在一块小芯片上就集成了一台计算机所具备的功能。其具有结构紧凑、抗干扰能力强、超小型化等优点。对于智能化仪器仪表、实时工业测量控制和家用电器控制等应用系统很适用。 当前，市场上单片机的种类相当繁多，也各有各的特点，如凌阳公司的SPCE061A16位单片机，美国得克萨斯州INSTRUMENTS公司的MSP430系列单片机、MCS-51系列和ARM嵌入式单片机等，在不同的领域中都有着很好的应用。单片机控制系统用于系统控制是完全可行的。2.2.2 工控机控制方式 工控机也就是工业控制计算机，英文简称IPC，但现在还有另一种的说法是产业电脑或者工业电脑。工程机便是特地为工业现场所设计的。而工业现场特点有灰尘非常多，剧烈的震动，另有还有极大的电磁力干扰等。而且一般的工厂都是连续作业（全年基本上是没有休息的）。因此，工控机与普通计算机比较需要具有下面特点：1）机箱采用钢结构，有很好的防磁、防冲击防尘的能力。2）机箱内有私用的底板，底板上有PCI和ISA插槽。3）机箱内有特定的电源，电源有比较好的抗干扰能力。4）要求具有长时间的工作能力。工控机作为系统控制用来设计自动售货控制系统实属大材小用，是因为控制系统的环境相对于工业控制的环境要好得多，而且控制系统对连续长时间工作的能力要求不是很高。而且在同层次的情况下工控机的价格比PC机要高的多，这样系统的成本就增加了，整体的性价比降低了。2.2.3 PLC控制方式自二十世纪六十年代传统继电器控制装置被可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)取代以来，PLC得到了快速发展，在世界各国都得到了普遍的应用。通过模仿原先的继电器的控制原理是PLC得到了起步，仅仅开关量逻辑控制PLC在二十世纪的七十年代是汽车制造行业开始应用的。它的操作的指令是顺序控制、存储执行逻辑运算、定时、计数和运算等；控制各类机械或生产过程是通过数字输入和输出的操作。生产过程的工艺条件是由用户编制的控制程序（事前存入PLC的用户程序存储器中）表达的。通过存储程序的内容逐条执行来运行，从而完成工艺流程所要求的操作。I/O点可以由一个PLC的控制器来接收几千个。对于类似喷泉控制系统的，被控对象的设备连锁、回路比较少，比较合适采用PLC。PLC因为采用了通用监控软件，所以比较容易设计组态软件。另外PLC通常都支持现场总线，会有利地保障了系统通信，实现上位机的远程监控会更加适合。目前适用于系统控制的中小型PLC有着繁多的种类，价格较为低廉。会有更多的选择空间供设计者选择。相比于工控机，系统的整体造价会低的多，而且系统的稳定性不会有所降低。所以最佳设计用PLC来实现系统控制的设计，本文中系统控制是由PLC控制系统来进行实现的。2.3 系统工艺流程 浇模型冰淇淋生产线是采用PLC作为主控制器，用户依据其生产过程来编写程序，然后下载到PLC中，通过PLC内部的用户程序对整个生产线的生产过程来控制，不需要人工参与，浇模型冰淇淋生产线的结构示意图如图2.1所示。图2.1 浇模型冰淇淋生产线的结构示意图冰淇淋的生产过程主要包括老化、配料、均质、硬化和凝冻等几个部分，如果生产出的冰淇凌的成分和形态都比较复杂的话，那么它的生产过程就远远超过以上介绍的这几个部分。在如图2.1所示的结构中，每一个设备完成12个工作部分，或者几个设备共同完成一个工序。该生产线的主要任务是按照一定的比例将各种不同的原料混入到容器中，搅拌器将这些原料混合搅拌成一种均匀的溶液，接着经过均质、老化等处理过程的处理后，冰淇淋混合液的制作也就完成了，再经过浇注的工序，将冰淇淋液灌入到冰淇淋模型中，再经过凝冻、硬化等处理过程后，冰淇淋的第一部分制作也就完成了，然后通过机械手的操作，将刚刚完成的冰淇淋转移到另外一条流水生产线上，进行再次加工，最后将冰淇淋再次进行凝冻、硬化等处理后，就可以送入包装机进行包装。整个工作过程主要包括配料、均质、老化、浇注、机械手操作、凝冻、硬化和包装。浇模型冰淇淋生产线的工作过程示意图如图2.2所示。图2.2 浇模型冰淇淋生产线的工作过程示意图1. 配料：按照一定比例将各种不同的原料配好后，送入搅拌机进行搅拌，实现对原料的初加工。2. 均质：将混合后的原料送入均质机中，为了提高料液的乳化能力，使产品达到均匀一致；将较大的脂肪球粉碎成很小的脂肪球，使脂肪球直径从48um降到12um，使得产品的组织变得细腻；为了使产品润滑、松软，并且提高膨胀率，必须提高混合料的液黏度；以上这些必须进行高温处理。3. 老化：将混合液保持在24的低温中，冷藏一定时间后，使之物理上成熟，称为成熟或老化。将经过均质处理后的混合液迅速降低至老化温度即老化处理。4. 浇注原料：将老化后的冰淇淋混合液添加到冰淇淋模型中，用来进行下一步的处理。5. 凝冻：使混合液变成半固体的状态，也就似乎通过制冷剂的作用继续降低温度，并利用搅拌器的刮刀将筒壁的混合液刮下后与空气混合使体积膨胀，使液体变成半固体状态。6. 硬化：将半成品的冰淇淋进行速冻硬化，速冻温度一般在-25左右。7. 转移操作：主要是通过机械手动作来完成，将冰激凌进行转移到加工处理或包装。8. 包装：将制作完成的冰淇淋送入包装里进行包装处理，最后送入冷库储存。2.4本章小结这章主要描述可编程控制器的简介、工作原理、发展阶段、发展趋势和本次课题的系统方案论证、系统方案设计。在系统方案论证中对单片机控制方式、工控机控制方式和PLC控制方式进行比较，选出最好的控制方式即PLC控制方式。系统方案设计也就是本次课题的整个方案设计。37常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书第三章 控制系统硬件设计3.1 可编程序控制器选型本设计PLC选择三菱FX2N-48MR型PLC，FX2N系列是FX系列PLC家族中较先进的系列。FX2N系列PLC的特殊功能模块有程式执行更快、适合世界各国不同的电源、全面补充了通信功能以及满足单个需要，你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力可以由它为你提供。该机型在各方面都相当于FX系列中最高档次的小型PLC，是一种高速度、小型化，具有强大的通信能力和丰富的功能指令。基本单元、扩展模块、扩展单元和特殊功能单元是构成FX2N系列PLC的几个部分。FX2N系列PLC性能表见表3.1所示。表3.1 FX2N系列PLC性能表名称性能规格运算控制方式中断命令、存储程序反复运算方式输入输出控制方式批处理方式程序语言步进梯形图+方式继电器符号程序存储器最大存储容量16K步，有磁盘保护功能内置存储器容量9K步可选存储卡盒RAM8K指令种类顺控先进梯形图步进梯形图指令，2条顺控指令27条应用指令128种298个运算处理速度基本指令0.08/指令应用指令1.52-数百/指令输入输出点数扩展并用时输入点数X0-X287184点（8进制）扩展并用时输出点数Y0-Y287184点（8进制）扩展并用时总点数256点定时器100ms200点10ms46点 图3.1 FX2N系列PLC3.2 动力驱动电路设计 动力驱动电路如图3.2所示，电路主要由驱动电机、PLC控制电源、传感器电源构成。电路中QS为隔离开关、QF为低压断路器用于风组的短路保护、KM为开关控制接触器、FR为过载继电器、FU为熔断器。图3.2 驱动电路电路图3.3 I/O分配表表3.2 I/O地址分配表编号地址功能注释编号地址功能注释SB01X00系统启动按钮KV01Y00配料机和均质机的连接阀 SB02X01系统停止按钮KV02Y01均质机和老化机的连接阀 SQ01X02机械手的上限位开关KV03Y02凝冻机和硬化设备的连接阀 SQ02X03机械手的下限位开关KA01Y03配料机的继电器 SQ03X04机械手的左限位开关KA02Y04均质机的继电器 SQ04X05机械手的右限位开关KA03Y05老化缸的继电器 SQ05X06机械手的抓紧限位开关KA04Y06凝冻机的继电器 SQ06X07机械手的松开限位开关KA05Y07包装机的继电器 SQ07X10传送带1末端的光电开关KM01Y10传送带 1的电动机 SQ08X11传送带2起始的端光电开关KM02Y11传送带 2的电动机 SQ09X12浇注机的处光电开关KV04Y12机械手的上升汽缸 SQ10X13添加辅料的处光电开光KV05Y13机械手的下降汽缸 SQ11X14包装机的处光电开关KV06Y14机械手的左旋汽缸 SQ12X15配料机容器的高位传感器KV07Y15机械手的右旋汽缸 SQ13X16配料机容器的低位传感器KV08Y16机械手的抓紧汽缸 SQ14X17浇注机容器的高位传感器KV09Y17机械手的松开汽缸 SQ15X20浇注机容器的低位传感器KA06Y20浇注机的吸浆继电器 SB03X21气泵的启动按钮KA07Y21浇注机的灌浆继电器 SB04X22气泵的停止按钮KV10Y22配料机的原料入口阀门FR01X23气泵电机的故障输入HL01Y23系统的就绪指示FR02X24传送带1电机的故障输入HL02Y24系统的故障指示FR03X25传送带2电机的故障输入HL03Y25系统的运行指示X26KM03Y26气泵的电动机 3.4 PLC控制电路设计 控制系统电路如图3.3所示，电路主要由三菱公司的FX2N-48RM系列PLC为核心，电路由PLC的输入、PLC的输出及电源构成，电路详细功能见3.3节PLC输入输出地址分配表。图3.3 PLC控制系统电路图3.5本章小结本章是对课题硬件部分的一个设计，包括硬件电路图、PLC的选型、PLC控制电路的设计和I/O分配表。下位机PLC程序设计第四章 下位机PLC程序设计4.1 控制系统工作流程（1） 钮按下启动按后，生产线开始工作。（2） 将配好的原料先送到搅拌机进行搅拌，同时计时器开始计时。（3） 计时器时间到了后，连接阀打开，将混合液送入均质机中。（4） 混合液进入均质机后启动均质机，计时器开始计时。（5） 计时器时间到后，连接阀打开，将混合液送入老化缸。（6） 混合液进入老化缸后启动老化缸，计时器开始计时。（7） 计时器时间到后，连接阀打开，将处理好的冰激凌混合液吸入凝冻机里进行凝冻处理，计时器开始计时。（8） 计时器时间到后，将凝冻好后的冰激凌液吸入浇注机里进行浇注处理。（9） 浇注完成后，送到硬化处理过程，计时器开始计时。（10） 计时器时间到后，对半成品的冰激凌机械手进行转移操作。（11） 转移好后，辅料添加机对冰激凌进行处理。（12） 操作完成后，进行硬化处理过程。（13） 硬化处理结束后，送到包装机进行包装处理。（14） 如果没有收到停止信号，则循环（2）至（12）步；如果收到停止信号，则停止所有设备。 图4.1a 控制系统工作流程图a图4.1b 控制系统工作流程图b图4.1c 控制系统工作流程图c4.2 控制系统PLC程序结构 控制系统PLC程序主要由系统故障处理程序段、系统总控程序段和生产工序程序段构成，其各单元程序段详细功能如下。主程序系统故障处理程序段系统总控程序段生产工序程序段图4.2 控制系统PLC程序结构图4.3 控制系统PLC程序设计4.3.1 系统故障处理程序段 系统故障处理程序段如图4.3所示，主要由故障显示和故障处理两部分构成，系统故障显示见图4.3a所示，X23X25为系统电机故障输入，当其中一个有效时系统Y24输出故障指示。图4.3a 系统故障处理程序段a 当Y24故障指示有效时通过图4.3b网络段将系统缓存清零，以实现系统故障处理。图4.3b 系统故障处理程序段b4.3.2系统总控程序段 系统总控程序段如图4.4所示，其程序段主要完成系统的气泵启动和系统工作启动停止控制，气泵是系统启动过的先前条件，当Y26有效时X000按下时才能将M100锁定，以完成系统总控制。图4.4 系统总控程序段4.3.3 生产工序程序段 生产控制主要是对各个阀门及搅拌机的控制，现已配料机控制为例，如图4.5所示，M100为启动标志，M101为原料注满判断，当X15原料位判断开关接通时启动搅拌电动机，同时累计搅拌时间(T0)当T0到达搅拌时间时本工序完成，系统进入下一工序。图4.5 生产工序程序段4.4本章小结本章是对下位机PLC程序的设计，包括控制系统PLC的程序结构、设计和系统故障处理、系统的总控程序段、生产工序程序段。上位机组态软件设计第五章 上位机组态软件设计组态软件（监控组态软件），翻译自英文SCADA，即监督，控制和数据Acquisition也就是数据采集与监测控制，组态软件应用普遍，对于石油、电力系统、给水系统、化工等的数据采集与监测控制和过程控制等都可以用组态软件来进行监控。在软件中提供工具、方法和完成某一任务的过程也就是组态软件。5.1 组态系统的建立组态系统的建立是通过工程管理器进行，通过工程向导新建工程，并引导工程目录完成，如图5.1所示。建立工程后主要设计三个单元分别是：系统设备、系统变量和系统界面，将在以下做详细介绍。图5.1 组态王工程向导 5.2 系统设备的建立5.2.1 下位机设备建立本系统以三菱FX系列PLC作为下位机，通过PLC的FX2N编程电缆与计算机串口连接。组态王部分驱动通过添加设备完成，如图5.2所示。将端口设置为COM1、PLC地址与PLC地址对应，PLC默认地址为2。图5.2 组态王设备添加5.2.2 下位机设备设置 建立下位机设备后需要对组态王端口参数进行设置，如图5.3所示。COM1口设置包括：通信波特率、通信校验、数据位、停止位、通信超时时间和通信方式，将com1口设置为：COM1/9600/7/1/O/3000/RS232。图5.3 组态王COM1口通信参数设置5.3 系统变量的建立5.3.1 数据词典配置系统变量是组态系统运行的数据地址，是系统连接的核心。组态变量通过数据词典建立，如图5.4所示。变量部分主要包括：变量名称、变量类型、初始值、最大值、最小值、采集频率。设备部分包括：设备、对应设备地址、数据类型和采集类型。设置如图。图5.4 组态王新建数据变量5.3.2 系统变量集合综上述，建立系统变量如图5.1所示。图5.1 组态王数据变量5.4本章小结本章主要是上位机组态软件的设计，主要包括组态的介绍、建立和系统变量的建立。总结第六章 总结本设计方案以三菱FX系列的FX2N PLC作为主控制器，结合所学的电器控制知识，完成了对浇注型冰激凌生产线控制系统的设计。在本方案中，先对浇注型冰激凌生产线的背景、工作过程进行了一定的介绍，然后对软、硬件设计方面做了初步的设想和构思，并对PLC的选型做了一定的调整和改进，最后对整个生产线的控制流程进行了描述和对整个控制流程图进行了绘制。通过对本方案的设计，我对可编程控制器的了解得到了加深，同时也对电器控制方面的认识得到了增长，熟悉了浇注型冰激凌生产线的操作流程，在一定程度上掌握了其工作原理。在本次设计中，我不仅学到了冰激凌生产线控制系统的理论知识，同时也对实际生产中的工艺流程有了一定的了解。最后，通过本次课题的研究，我发现利用PL