基于PLC的全自动包装机系统设计毕业设计论文

1、吉林化工学院毕业设计说明书基于PLC的全自动包装机系统设计The Design of Automatic Packaging Machine Control SystemBased on PLC吉林化工学院Jilin Institute of Chemical Teclmologv吉林化工学院毕业设计独创声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在指导老师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文 中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表 或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以 明确方式标明

2、。本声明的法律后果由本人承担。作者签名:二00年九月二十日毕业设计（论文）使用授权声明本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学 位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论 文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统, 公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定）作者签名:二00年九月二十日基于PLC的全自动包装的系统设计摘要全自动包装机系统生产工艺及主要设备，建立在机械电气特性的基础上，对在控制系 统设计中如何充分利

3、用现代控制技术、网络技术、现场总线技术、计算机技术等。全自动 包装机控制系统达到国际先进水平进行了较深入的研究。论文充分考虑了成本、维护可靠 性和先进性等诸多因素，提出了基于全自动包装机控制系统的实现方案，设计出全自动包 装机控制系统的构成。自动控制系统设置3个现场PLC监控站和1个中心操作站。下位机系统釆用PLC,上 位机系统采用PC或IPC （工业PC机）。考虑到全自动包装机控制对系统安全性、可靠性、 可维护性和灵活性的要求，本系统现场控制站选择西门子公司S7-300系列的模块结构 PLC,上位机选择工控机IPC。下位机编程釆用STEP-7 V5.0软件包进行PLC软件设计。建立高度全自动

4、包装机控制系统，不仅可以加强整个系统的可靠性、准确性，还可以 减少劳动强度，降低处理成本和节约能源。全自动包装机控制系统的建设将降低生产和维 护成本，减轻生产及维护工人的劳动强度，并为生产工艺的进一步改进提供方便，具有很 好的经济效益和社会效益。关键词：全自动包装机，可编程控制器，硬件组态-II -吉林化工学院毕业设计AbstractWith the rapid development of the automatic contiol theoiy, mdustnal contiol nenvoiks, computer networks and conumuiication networks

5、 technology, in modern mdustnal occasion for the lealization of people-onented work etluc, reducmg the mteiisitv of work, i mcieasmg work efficiency, production lme of automatic contiol system wluch must liave lugh leliability and flexibility lias become ail mipoitaiit pait of the study m the develo

6、pment of the contiol mdustiy.The system uses Siemens S7-300 PLC piogiaiimiuig softwaie STEP7 to conduct die reasonable contiol proceduies design, in older to be able to vividly reflect the actual opeiatmg and contiolluig process, makuig control scheme flexible and opeiatmg smiply aclueving tlie whol

7、e contiol process of alcohol distillation section.Combmed witli the process of alcohol distillation section and based on the ftuiction analysis towaids PLC, m the case tliat takuig hill accoiuit of the cost, maintauuiig reliability and many otlier factors ,tlus design accomplishes many important fin

8、ictions such as analog mput range conversion, analog volume output range conversion, the edit of digital manual piogiain and mam piogiam. and so on, thus it unpioves tlie systems leal-tune, anti-mtei-feience and maiieuveiabilitv, meets the actual needs in mdustnal process, aclueves flexible contiol

9、scheme, operates sunplv and aclueves contiol of the whole process of alcohol distillationThe system can conduct online- momtoimg towaids the opeiatmg paiameteis, loop contiol, PID tuning, opeiatmg conditions of equipments and system fault of the etliaiiol distillation system. It caii effectively red

10、uce labor intensity, save productive cost, and unprove tlie antijanuiinig capability, the level of the automation control and tlie leliability of the systemKeywords: water treatment, programmable controller hardware configuration基于PLC的全自动包装的系统设计摘要IAbstractIll第1章绪论11.1选题的目的及意义11.1.1选题的目的11.1.2选题的意义11

11、.2全自动包装机系统国内外形势213可编控制器的发展313.1可编程控制介绍3132可编程控制器功能3133可编程控制器特点41.3.4可编程逻辑控制器发展史5第2章全自动包装机控制系统总体设计72.1本课题研究的主要内容72.2基于PLC的包装机生产工艺概述82.3系统运行方式82.4系统控制总框图9第3章STEP7编程软件103.1 SIMATIC S7-300 基本构成103.2 SIMATIC S7-300 基本功能1133 STEP7软件概述123.3.1 STEP7 的硬件接口123.3.2 STEP7 的授权123.3.3 STEP7的硬件组态133.3.4 STEP7 中的块1

12、33.4 S7 PLCSIM 仿真软件15第4章包装机控制系统设计164.1 I/O点的确立及硬件配置164.1.1 确定 I/O 表164.1.2硬件配置174.2硬件组态174.2.1建立项目17吉林化工学院毕业设计4.2.2硬件组态1943STEP 7 编程214.31编辑子程序224.3.2主程序OB1编制284.4上位机设置284.4.1连接测试与通讯诊断304.5在线调试及仿真31参考文献33结论34致谢35附录C：元器件清单36吉林化工学院毕业设计第1章绪论本论文陈述了全自动包装机控制系统对我国生产机械化的重要性，介绍了关于PLC 控制系统特点，并且与其他的控制系统做了简单的比较

13、，说明了 PLC控制系统的优越性 以及不足。1.1选题的目的及意义1.1.1选题的目的1、通过本次毕业设计，使得对全自动包装机控制系统现状及发展有进一步了解。2、掌握STEP7系统软件的状况，了解它们的工程应用。3、熟悉全自动包装机控制系统配置、工艺流程及控制方案。4、掌握如何进行现场调试及投运。1.1.2选题的意义自动化是现代科技进步的一特征，现代生产和科学技术的发展，对自动化技术提出 越來越高的要求，同时也为自动化技术的革新提供了必要条件。基于PLC的全自动包装 机系统改变着了包装过程的动作方式。实现自动控制的包装系统能够极大地提高生产效 率和产品质量，显著消除包装工序及印刷贴标等造成的误

14、差，有效减轻职工的劳动强度 并降低能源和资源的消耗。要想在规定的时间内，为自己创造出最大的利益，就要确保自己的食品包装生产线 运行良好，在生产过程中不会出现错误，这样在尽量避免错误出现和故障的影响，才会 为企业获得最大的利益。自动化水平在制造工业中不断提高，应用范围正在拓展。包装 机械行业中自动化操作正在改变着包装过程的动作方式和包装容器及材料的加工方法。 实现自动控制的包装系统能够极大地提高生产效率和产品质量，显著消除包装工序及印 刷贴标等造成的误差，有效减轻职工的劳动强度并降低能源和资源的消耗。具有革命意 义的自动化改变着包装机械行业的制造方法及其产品的传输方式。设计、安装的自动控 制包装

15、系统，无论从提高包装机械行业的产品质量和生产效率方面，还是从消除加工误 差和减轻劳动强度方面，都表现出十分明显的作用。尤其是对食品、饮料、药品、电子 等行业而言，都是至关重要的。自动装置和系统工程方面的技术正在进一步深化，并得 到更广泛的应用。全自动包装机是以塑料或塑料铝箔薄膜为包装材料，对液体、固体、粉状糊状的食 品、粮食、果品、酱菜、果脯、化学药品、药材、电子元件、精密仪器、稀有金属等进基于PLC的全自动包装的系统设计行包装。特别适用于茶叶、食品、医药、商店、研究机构等行业，具有外型美观、结构 紧凑、效率高、操作简便等优点。随着自动化程度的提高，包装机的操作、维护和日常保养更加方便简单，降

16、低了对 操作人员的专业技能要求。产品包装质量的好坏，直接与温度系统、主机转速精度、追 踪系统的稳定性能等息息相关。中国的全自动包装技术是在上世纪80年代初期发展起來的，全自动包装技术在上世 纪90年代初期开始少量使用，随着小包装的推广及超市的发展，其适用范围越來越广泛, 有些将逐步替代硬包装，前景非常看好。1.2全自动包装机系统国内外形势国内全自动包装机系统虽还较落后，基本仍是手工操作，但有些城市全自动包装机 系统引进全部或局部计算机控制，取得了一定的经验。全自动包装机工业从诞生到现在大体经历了两个发展期：从20世纪50年代开始到 80年代中期是第一个发展期，这一时期是从制造简单的抽气机开始的

17、。当时全国生产真 空设备的企业不足20家，产品以中低档真空获得设备为主，如制镜镀膜机、香烟包装机 等。从20世纪80年代后期到整个90年代是中国全自动包装机工业发展的第二个时期。 这期间，生产企业增加到近3000家，从业人员达到3.5万人。整个全自动包装机行业经 过“七五”、“八五”的技术改造后整体水平有了大幅提升，从加工条件上讲，加工中心、 数控机床、树脂砂铸件等先进生产设备开始装备企业。到1996年，由于炼镁行业的拉动, 使全自动包装机行业得到飞速发展。我国包装机械发展较晚，目前正处于起步应用阶段，虽然从九十年代后，我国的制 袋充填机有了较快发展，通过参考国内外产品进行消化吸收，自主开发研

18、制，技术上有 了很大的提高，但与国外相比，国内大多数产品技术含量低，产品差异程度低，成熟产 品技术易模仿和抄袭，造成低水平重复，阻碍了对包装机的技术创新和发展。在产品技 术方面，国内包装机的主要特点如下：1. 速度低，品种少国外大多数制袋充填包装机根据包装物料的不同和产量的大小，一般在20-100袋/ 分之间，大多为单列式包装，封合形式一般是三边封，四边封和背封式。2. 精度低釆用螺杆充填的计量充填系统，当充填量为100g1000g时，国外机器的计量精度 一般1%,而国内一般在62%63%之间。3. 可靠性低吉林化工学院毕业设计国内一些企业为了能在产品初期快速赚钱，低价格倾销，采用无质量保证的

19、电子元 件、控件或低级的原材料，再加上无规范的加工和装配工艺，没有针对具体情况进行改 造，导致产品不稳定或不适合用户使用要求。4. 自动化和智能化水平低近年來，我国的包装机械虽釆取了一些PLC和具有智能控制功能的仪表，但总体來 说，大多数还是低水平的机电控制，还没有带有数据储存、采集、修正功能的机器。1.3可编控制器的发展1.3.1可编程控制介绍可编程控制器最初用于逻辑控制，称作可编程逻辑控制器(ProgiaiimiableLogic Contioller)简称PLC。随着计算机技术的发展及微处理器的应用，可编程控制器的功能 不断扩展和完善，早己远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，具备了模拟量控

20、制、过程 控制以及远程通信等强大功能。由于可编程控制器在不断发展，对它下一个确切定义比 较困难。目前公认的是1980年美国电气制造商协会NEMA对它下的定义：可编程控制 器是一种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器來存储指令，并实现逻辑运算， 顺序运算、计数、计时和算术运算等功能，用來对各种机械或生产过程进行控制。将其 正式命名为可编程控制器(Piogiammable Contioller),简称PC。但为了与个人计算机 (Personalcomputer)的专称PC相区别，常常把可编程控制器仍简称为PLC。PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技 术和通

21、讯技术而形成的一代新型工业控制装置。目的是用來取代继电器、执行逻辑、计 时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是以继电器占主导地位的。这种由继 电器构成的控制系统有着明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度 不高，尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差，一旦生产任务和工艺发生变化，就必 须重新设计，并改变硬件结构，造成了时间和资金的严重浪费。1.3.2可编程控制器功能1. 逻辑运算和定时计数功能开关量控制功能PLC设置有与、或、非等逻辑运算指令，能够描述继电器触点的串联、并联、复合 串并联等各种连接关系，还为用户提供了若干个定时器和计数

22、器，并设置了定时和计数基于PLC的全自动包装的系统设计指令。定时值和计数值可由用户编程时设定，并可在运行中被读出或修改。因此可以取 代继电器进行逻辑组合与顺序控制。2. 数据处理和数字量与模拟量的转换功能一拟量控制功能PLC设置有数据传送、比较、运算、移位、位操作、数制转换等数据处理指令和打 印输出指令，并可对存储器间接寻址。PLC可配有模数转换AQ和数模转换D/A模块， 能实现对模拟量的测量和控制。3. 数据发送和接收功能通信功能PLC设置有数据发送和接收指令，可与计算机、其它PLC和外设之间建立链接，具 有通信联网功能。4. 中断处理功能PLC设置有中断指令，通过中断响应，及时得到所输入状

23、态的变化信息，能够进行 故障检测和提高运行速度。5. 监控和自诊断功能PLC设置有报警和运行信息的显示，它在系统发生异常时自动停止运行并发出报警 信号，能够保护和恢复现场，还能通过软件进行故障检测和程序校验。6. 扩展功能PLC主机上设有输入输出扩展接口，通过专用模块配置可扩大信息处理范围和实现 功能扩展。例如，配置扩展I/O模块，可增加输入输出点数，配置智能I/O模块可使PLC 增加伺服电机控制、闭环过程控制、温度控制、远程通信等专项特殊功能。1.3.3可编程控制器特点1. 可靠性高设备的高可靠性指的是平均无故障工作时间（MTBF）长和故障平均修复时间（MTTR）短。可编程控制器在恶劣工作环

24、境中应用的高可靠性，由以下设计得到保证: 硬件接线元件少，且采用精选、冗余、集成化、模块化等措施，使元件寿命长、故障少、 故障易于查找；采用多层次的抗干扰措施，如对CPU模块的电磁屏蔽，在电源电路和I/O 模块中设置滤波电路和在输入输出电路中采用信号光电耦合，使PLC可与强电设备在 同一环境下可靠工作；因编程简单、操作方便而使失误减少；设置了掉电保护、监控、 报警、故障检测等电路和程序，能够及时发现和排除故障。釆取以上措施后，一般可编 程控制器的抗干扰能力可达1000的窄脉冲的冲击，平均无故障工作时间可高达510万小时。可见PLC具有极高的可靠性，这也是PLC得到用户认可的首要因素。2. 柔性

25、好吉林化工学院毕业设计设备的柔性是指其在使用过程中的适应性和灵活性。可编程控制器的柔性表现为：由于采用程序控制方式，所以在因产品改型而改变工 艺流程或更换生产设备时，只需通过程序的编制和更改即可适应生产要求，而不必改变 控制装置。这一柔性特点使PLC成为柔性制造系统FMS中必不可少的控制装备。模块 式结构具有扩展的灵活性，用户可根据实际控制要求选用和组合模块，方便地进行系统 设计、修改和安装。3. 功能强大可编程控制器不但具有开关量控制、模拟量控制、数据通信、中断控制等完善的功 能，还能根据需要实现容量和功能的扩展，形成各种专门的智能控制功能。这是PLC得 到各行各业广泛应用的重要原因。4.

26、使用方便可编程控制器的使用方便表现在以下两方面：编程方便。PLC提供了多种面向用户 的编程语言：梯形图、指令语句表、功能图等，其中梯形图语言的表达方式与继电器控 制系统的电气线路图类似，极易被工厂电气技术人员接受和掌握。这样，即使不懂计算 机原理和语言的用户，也能使用PLCc操作方便。对PLC的操作是指程序的输入和程序 的更改，通常采用手持式编程器和个人计算机进行。编程器直接或由电缆插入PLC的 相应插座，程序由键盘输入并有液晶显示，可工作在编程、运行和监控的不同状态下， 用于现场调试和在线修改是非常方便的。通过PLC厂商提供的编程软件及通信接口，用 户还可以使用个人计算机对PLC编程，并对系

27、统进行仿真、测试、监视和控制。5. 体积小、功耗低集成电路模块使可编程控制器达到小型化或超小型化，使其易于装入机械电子设备 内部，这是产品实现机电一体化的关键。1.3.4可编程逻辑控制器发展史上述的定义表明，PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，是以微处理 器为基础，结合计算机技术、自动控制技术和通信技术，用面向控制过程、面向用户的 “自然语言”编程的一种简单易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制装置。1. 第一阶段：初级阶段（1969至70年代中期）主要是逻辑运算、定时和计数功能，没有形成系列。与继电器控制相比，可靠性有 一定提高。CPU由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯存

28、储器。2. 第二阶段：扩展阶段（70年代中期至末期）基于PLC的全自动包装的系统设计PLC产品的控制功能得到很大扩展，包括数据的传送、数据的比较和运算、模拟量 的运算等功能。增加了数字运算功能，能完成模拟量的控制。开始具备自诊断功能，存 储器釆用EPROMo3. 第三阶段：通信阶段（70年代中末期至80年代中期）PLC随着计算机通信的发展，形成了分布式通信网络。PLC就己经从汽车行业迅速 扩展到其它行业，作为继电器的替代品进入了食品、饮料、金属加工、制造和造纸等多 个行业。4. 第四阶段：开放阶段（80年代中期至今）通信系统开放，使各制造厂商的产品可以通信，通信协议开始标准化，使用户得益。 P

29、LC开始采用标准化软件系统，并完成了编程语言标准化工作。随着PLC技术的推广应用，PLC将向两个方面发展：一方面向着大型化的方向发展, 另一方面则向着小型化的方向发展。PLC向大型化方向发展，主要表现在大中型PLC高 功能、大容量、智能化、网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、 复杂系统进行综合的自动控制。吉林化工学院毕业设计第2章全自动包装机控制系统总体设计第一章介绍了可编程控制技术的一些概要情况，下面就具体结合包装机控制系统的 实际來看一下它的应用。这里需要说明的是，正如前面所提到的那样，可编程控制技术 并非单纯是指PLC本身，而是包括其在内的一系列自动化控制产品和技术的应

30、用。在电 气控制部分设计时，充分考虑到用户的功能需求和与本系统机械部分的配合需求，在具 体实现的过程中，乂以系统的可靠性与易用性为准则，尽量把本系统设计成为一个功能 齐全、可靠性高且易于使用的包装设备。2.1本课题研究的主要内容现代社会对物品的包装要求越來越高，为使包装出的物品整齐、美观并且具有良好 的包装质量，要求包装机具有精确的动作、定位精度及较高的生产率，因此对包装机的 控制要求是越來越高。传统的继电器已经不能满足现代生产的要求了，所以研制高效、 经济的新型包装机械是市场的迫切需要。图2-1包装机工作控制包装机工作控制如图2-1所示。全自动小袋包装机是具有日期打印、纵封运动、装 料、横封

31、运动、切断袋膜等功能的包装设备。其工作原理是将卷膜按照规定的供膜要求 安装好后，卷膜由走袋电动机通过同步带轮带动两组同步带将薄膜带动行进。当薄膜通 过打印器时，可自动打印上需要的日期。薄膜经翻领成型器，通过纵封器的纵封将薄膜 制成袋筒，袋筒经过横封器进行下横封（此时上、下横封同时进行，袋膜经过刀片从上、 下横封中间切断，刀片上的为上袋下横封，刀片下的为下袋上横封）。物料通过漏斗的 料位检测，电控系统自动控制上料机得启停使漏斗内的物料保持一定的高度，形成稳定 的料压，以保证计量的精度的稳定性。物料充填量杯后，超出杯口的物料由刮板刮平， 当物料视比重变化时，可通过旋转计量调整机构手轮改变量杯容积，

32、达到计量精度要求。 物料通过下料筒流入袋膜中进行上横封，上、下横封工序完成后，装有物料的袋膜通过 自重落入溜板输出机外。基于PLC的全自动包装的系统设计自动包装机工艺过程由袋成型、充填、封口，冷却等几部分组成，包装机控制系统 输入信号有：膜检测、横封和纵封的最高温和最低温检测、动盘到位检测、色标、料满 检测，横封、纵封日期打印情况、过载保护等。输出信号有：走袋电动机、打印电磁阀、 刮板电磁阀、切刀电磁阀、动盘电磁阀、供料电动机、冷却电动机、横封加热管、纵封 加热管、空气压缩机和声光报警等。2.2基于PLC的包装机生产工艺概述通过分析控制系统，控制系统分为纵封运动、供料系统、横封运动和封切运动等

33、。 纵封运动和横封运动中要牵涉温度的控制。横封结束后要运用切刀的动作将包装好的成 品和膜切断。在高速运动中，传统方式中各部分的动作精确度不够，而采用PLC控制的 电机完成此项工作是比较容易的。它既灵活方便，乂精确可靠。所以我们选择PLC控制 的方案是：在控制系统确定后，利用传感器收集的信号通过PLC去控制其他执行机构。 根据膜上的色标来确定横封的位置。PLC除完成以上对执行机构的控制外，还要同时检测其他过载信号，同时声光报警, 提醒工作人员检修。以此减少控制系统因为故障而产生不必要的浪费。此全自动包装机控制系统中最主要的就是PLC。其次系统中需要采用有膜信号、动 盘到位、日期标号等信号，所以要

34、釆用光电传感器去检查以上信号。要判别横封和纵封 的最低温度和最高温度，所以要采用温度传感器去检测。要检测色标的位置，所以要釆 用颜色传感器。要使传感器工作，要用一个24V的电源模块给电路中的电磁阀和AQ模 块供电。防止电路中各电机等过载，所以要用到热继电器。由于横封和纵封的存在，所 以还要有加热管。其他还要电机、交流接触器和电磁阀等。2.3系统运行方式系统运行方式分为手动和自动。1. 手动：按下启动按钮，手动开关闭合，程序才能够运行，完成相应的动作。2. 自动：按下启动按钮，程序完成一个周期的动作后乂接着从第一步开始运动，自 动循环。在自动方式下，中途若按下复位按钮，则系统要继续运行到第一步开

35、始位置才 停止。根据包装机的实际运行情况，本设计釆用自动运行和手动运行两种方式，还必须考 虑停止运行方式的设计，可编程控制器的停运方式有正常停运，暂时停运和紧急停运三 种。根据控制系统要求，乂要包装机运行期间釆用循环工作方式，只有在工作结束或接 收到操作人员的停止运行指令或设备出现故障或异常情况时才停止，因此本系统釆用硬 件切断电源，使系统立即停车。吉林化工学院毕业设计2.4系统控制总框图系统硬件配置机构框图如图2-2所示，包括中央处理单元及I/O扩展单元、检测元件（光电开关和接近开关等）、控制元件（交流接触器和电磁阀）以及执行元件（电动机） 等儿部分。操作人员给出操作指令并指示设备的运行状态

36、，机器启停、功能切换、工况 检测、运行状态、故障报警等，检测元件检测料位位置、投料结束信号，以及各部分的 动作完成情况；PLC自动循环扫描各个输入输出点的当前状态，并根据梯形图程序所确 定的逻辑关系跟新输出点的状态，通过通断交流接触器和电磁阀來控制电动机的启停， 从而完成从卷膜输送到物料排出全过程的自动控制。图2-2系统结构框图直流电源开朕DIN导轨安装了 STEP?软件的编程设备基于PLC的全自动包装的系统设计第3章STEP7编程软件3. 1 SIMATIC S7-300 基本构成西门子PLC采用超大规模集成电路和先进的生产工艺进行生产。其产品与传统的逻 辑电路相比具有编程方法简单易学，功能

37、强，性能价格比高，维修工作量小，维修方便, 体积小，能耗低。可靠性高，抗干扰能力强，系统的设计安装调试量少等特点，硬件配 套齐全，用户使用方便。004 0：.Soo07A124.024 Volt张力消除夹CPU电源接线按钮接线E124.1图3-1 S7-300系统结构1. CPU模块CPU模块主要由微处理器和存储器组成，它的主要任务是不断釆集输入信号，执行 用户程序，刷新系统的输出，存储器用來储存用户程序和数据。2. 电源模块电源模块用于将交流220V转变成直流24V。给背板总线提供5V的直流，通过背板 提供网线5V直流电。3. 数字量和模拟量输入输出模块-10 -吉林化工学院毕业设计输入模块

38、用來采集输入信号。分为数字量和模拟量输入，分别釆集开关、按钮、压 力继电器、电位器、测速发电机、各种变送器等的输入。数字量输出模块用来控制接触 器、阀体、报警装置等，而模拟量输出模块用來控制变频器、电动调节阀等。4. 接口模块接口模块主要用来扩大PLC的容量，也给扩展模块提供电源。5. 通信模块通信模块用于PLC之间，PLC与远程I/O之间，PLC与计算机和智能设备之间的 通信，可以将PLC接人MPI, PROFLBUSo ASI和工业以太网。6. 编程设备西门子PLC釆用安装了编程软件STEP7的计算机作为编程设备，在显示器屏幕上编 辑文本程序和图形程序，也可从CPU将程序上载到编程设备或下

39、载程序到CPU,通过网 络可对PLC实现远距离编程。3.2 SIMATIC S7-300 基本功能1. 开关量逻辑控制。开关量逻辑控制可取代传统的继电器逻辑控制电路，实现数字 量控制、顺序控制；既可用于单台设备的控制，也可用于多机的自动控制，其应用领域 己遍布各行各业。2. 闭环过程控制。闭环过程控制是指对存在一些如温度、压力、流量、液位和速度 等连续变化的量（即模拟量）。PLC采用模拟置I, O模块，实现MD和D/A转换（A：模 拟量，D：数字量），CPU通过各种各样的控制算法程序來处理模拟量，对模拟量完成闭 环PID（比例、积分、微分）控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节

40、方 法。3. 运动控制。PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制 模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、 机床、机器人、电梯等场合。4. 数据处理。PLC具有矩阵运算、函数运算、逻辑运算、数据传送、数据转换、排 序、查表、位操作等功能。可以完成数据的釆集、分析及处理。数据处理一般用于如造 纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。5. 通信联网。西门子PLC通信包含PLC间的通信，PLC与其他智能设备（变频器、 计算机、数控装置）间的通信。随着工厂自动化网络的发展。现代PLC也可以通过Intemet 实现远程通信，实现远程监控和维修，也

41、可实现远程的数据传输。-11 -基于PLC的全自动包装的系统设计3.3 STEP7软件概述STEP7是目前世界上使用最为广泛的自动化软件之一，STEP7编程软件用于 SIMATICS7、M7、C7和基于PC的WmCC,是用于编程、监控和参数设置的标准工具。 STEP7具有以下功能：硬件配置和参数设置、通信组态、编程、测试、启动和维护、文 件建档、运行和故障诊断功能等。STEP7用SIMATIC管理器对项目进行集中管理，它 可以方便地浏览SIMATIC S7、M7、C7和WmCC的数据，实现STEP7各种功能所需的 SIMATIC软件工具都集成在STEP7中。秉承为中国企业降低工程成本、助力技术

42、创新 的宗旨，西门子研发技术团队将SIMATIC技术与中国用户使用习惯完美融合，历经两年 多不懈完善，精心打造全新工程利器。3.3.1 STEP7的硬件接口PGMPI适配器用于连接安装了 STEP7的计算机RS-232C接口和PLC的MPI接口。 计算机一侧的通信速率为19.2kb/s或38.4kb/s,PLC 侧的通信速率为192.kb/s1.5Mb/s。 除了 PC适配器，还需要一根标准的RS-232C通信电缆。计算机的通信卡CP5611 （PCI 卡）、CP5511或CP5512 （PCMCIA卡），可以将计算机连接到MPI或PROFIBUS网络, 通过网络实现计算机与PLC的通信。计算

43、机的工业以太网通信卡CP1512 （PCMCIA卡） 或CP1612 （PCI卡）,通过工业以太网实现计算机与PLC的通信。配置计算机硬件接口步骤如下：1. 在计算机上安装好STEP7后，在管理器中执行菜单命令“Option Settmgthe PG/PC Interface” ,打开 “SettingPG/PC Inihce 对话框。2. 在中间的选择框中，选择实际使用的硬件接口。点击【Select.】按钮，打开 u Install Remove Interfaces ”对话框，可以安装选择框中没有列出的硬件接口的驱动程序。3. 点击【Piopeities.按钮，可以设置计算机与PLC通信的

44、参数。3.3.2 STEP7 的授权使用STEP7编程软件时需要产品的特别授权，STEP7与可选的软件包需要不同的授 权。STEP7的授权存放在一张只读的授权软盘中。STEP7的光盘上的程序AuthorsW用 于显示、安装和取出授权。每安装一个授权，授权磁盘上的授权计数器减1,当计数值 为0时，不能用这张磁盘再安装授权。使用AuthoisW程序可以把授权传回授权磁盘，以 后可以用这张磁盘再次安装授权，也可以在硬盘的不同分区之间移动授权。吉林化工学院毕业设计没有授权也可以使用STEP7,以便熟悉用户接口和功能，但是在使用时每隔一段时 间将会搜索授权，提醒使用者安装授权，只有安装了授权才能有效地使

45、STEP7工作。如果因为硬盘出现故障而丢失授权，可以使用授权盘上的紧急授权，它允许STEP7 继续运行一段有限的时间。在此期间应与当地西门子代表处联系，以获得丢失授权的替 换授权。3.3.3 STEP7的硬件组态在PLC控制系统设计的初期，首先应根据系统的输入、输出信号的性质和点数，以 及对控制系统的功能要求，确定系统的硬件配置。例如CPU模块与电源模块的型号，输 A/输出模块（即信号模块SM）、功能模块（FM）和通信处理模块（CP），各种模块的 型号和每种型号的数量等。S7-300的SM、FM和CP的数量总和超过8块时，除了中央 机架外还需要配置扩展机架和接口模块（IM）。确定了系统的硬件组

46、成后，需要在STEP7 中完成硬件配置工作。硬件组态的任务就是在STEP7中生成一个与实际的硬件系统完全相同的系统，例如 要生成网络、网络中各个站的机架和模块，以及设置各硬件组成部分的参数，即给参数 赋值。硬件组态确定了 PLC输入/输出变量的地址，为设计用户程序打下了基础。组态时设置的CPU参数保存在系统数据块SDB中，其他模块的参数保存在CPU中。 在PLC启动时CPU自动地向其他模块传送设置的参数，因此在更换CPU之外的模块后 不需要重新对它赋值。PLC在启动时，将STEP7中生成的硬件组态与实际的硬件配置进行比较，如果二者 不符，将立即产生错误报告。模块在出厂时带有预置的参数，或称为默

47、认的参数，一般可以采用这些预置的参数。对于网络系统，需要对以太网、PROFIBUS-DP和MPI等网络的结构和通信参数进 行组态，将分布式O连接到主站。3.3.4 STEP7 中的块在S7用户程序内可使用多种类型的块如表3-1所示。表3-1 STEP7中块的类型块功能简介参见组织块（0B）系统功能块（SFB）和系统0B确定用户程序的结构。SFB和SFC集成在S7 CPU中，可组织块和程序结构系统功能块（SFB）-13 -基于PLC的全自动包装的系统设计功能(SFC)以用来访问一些重要的系统功 能。和系统功能(SFC)功能块(FB)FB是带有用户可自行编程的存 储器”的块。功能块(FB)功能(F

48、C)FC包含频繁使用功能的例行程 序。功能(FC)实例数据块调用FB/SFB时，实例DB与块关实例数据块(实例DB)联。它们在编译期间自动创建。数据块(DB)DB是用于存储用户数据的数据共享数据块(DB)区。除分配给功能块的数据外， 共享数据块也可由任何一个块 来定义和使用。OB、FB、SFB、FC和SFC包含程序段，因此也称为逻辑块。每种块类型许可的块 数目和块长度由CPU决定。STEP7中常用BLOCK主要有儿种：OB组织块、FC功能块、FB功能块、DB数据 块。0B：功能块，相当于主程序，常用的有0B1和OB100；FC、FB：功能块，相当于子程序；在编完子程序后，必须在主程序中调用子程

49、序。OB100是PLC上电后先执行，只执行一次；OB1是PLCCPU循环执行的程序。上 电后首先执行OB100,再执行0B1。FBI是系统里用OPI总线连接PCU和MCP,对控制面板进行定义：控制面板的输 入地址的起始地址；控制面板的数量；控制面板的输出地址的起始地址；控制面板的MPI 地址：MCPIBUSADR=6o组织块(OB)在CPU中，用户程序由启动程序、主程序和各种中断响应程序等不同的 程序模块构成。这些模块在STEP* /中的实现形式就是OBo 0B是直接被操作系统调用 的用户程序块，0B与不同的CPU类型是相关的，某一型号的CPU支持哪些OB是确定 的。0B1是对应于循环执行的主

50、程序的程序块，它是STEP/程序的主干，其他大多数 OB则对应于不同的中断处理程序(另外还有启动程序和背景程序等非中断类的OB)o功能(FC)和功能块(FB)。FC和FB都是用户自己编写的程序模块，可以被其他程序 块(OB、FC和FB)调用。FC与FB的根本区别在于，FC不具备自己的存储区，而FB拥 有自己的存储区(背景DB),在调用任何一个FB时，都必须指定一个背景DBo吉林化工学院毕业设计数据块（DB）。DB分为背景DB和共亨DB两种类型。背景DB是和FB相关联的， 因此在创建背景DB时，必须指定它所属的FB,而且该FB必须己经存在。在调用一个 FB得时候，也必须指明一个与之对应的背景DB

51、块。背景DB与共享DB没有本质的区别，它们的数据都可以被任何一个OB、FC或FB 读写。两者之间的主要区别在于使用的目的：背景DB的用途或目的是为某一个FB提供 数据，因此其数据格式必须与该FB的变量声明一致；共亭DB的目的是为用户程序提供 一个可保存的数据区，它的数据结构并不依赖于特定的程序块。3.4 S7 PLCSIM仿真软件仿真软件S7 PLCSIM集成在STEP7中，用于模拟PLC的CPU中用户程序的执行过 程，可以在开发阶段发现和排除错误，提高用户程序的质量和降低试车的费用。STEP7专业版包含S7 PLCSIM,安装STEP7的同时也安装了 S7 PLCSIM。在安装 好标准版ST

52、EP7后安装S7 PLCSIM, S7 PLCSIM将自动嵌入STEP7, S7 PLCSIM的主 要功能如下：1. 在计算机上对S7 300/400 PLC的用户程序进行离线仿真与调试，因为S7 PLCSIM 与STEP7是集成在一起的，仿真时计算机不需要连接任何PLC硬件。2. 模拟PLC的输入/输出存储器区，通过控制程序的运行观察有关输出变量的状态。3. 与实际PLC样，在运行仿真PLC时可以使用变量表和程序状态等方法來监视 和修改变量。4. 可以实现定时器和计数器的监视和修改，通过程序使定时器自动运行，或者手动 对定时器复位。5. 可以模拟下列地址的读写操作：位存储器（M）、外设输入（

53、PI）变量区和外设 输出（PQ）变量区，以及存储在数据块中的数据。6. 可以对大部分组织块（OB）、系统功能块（SFB）和系统功能（SFC）进行仿真。用S7 PLCSIM仿真时自动生成LAY文件和PLC文件，退出仿真软件时将会询问是 否保存LAY文件或PLC文件，一般选择不保存。LAY文件用于保存仿真时各视图对象 的信息；PLC文件用于保存上次仿真运行时设置的数据和动作等。基于PLC的全自动包装的系统设计第4章包装机控制系统设计分析和研究包装机控制系统工艺要求和工艺流程的基础上，进行包装机控制设计， 应用STEP7软件进行项目的建立、硬件组态、编写模拟量输入转换、模拟量输出转换、 流量累计、P

54、ID控制、联锁控制等子程序和主程序，并对整体系统进行仿真调试。4.1 I/O点的确立及硬件配置包装厂由现代化生产设备和工艺组成，实现自动化。下面着重针对包装机的设计做 详细的介绍。4.1.1确定I/O表I/O表分为模拟量和数字量。通过现场流程确定我们要监测和需要控制的点。净水间 部分O点确定如表4-1所示。表4-1 DO点表二线制41 横封 1 温度TI20020MA0 200C二线制42横封2温度TI20120MA0 200C二线制43纵封1温度TI20220MA0 200C二线制44纵封2温度TI20320MA0 200C5包装机启动BZJ.RUN接点信号6包装机停止BZJ.STOP接点信

55、号7包装机故障反馈EZJ_ERR接点信号8报警复位AM REAST接点信号吉林化工学院毕业设计变频器启动9BP.RUN接点信号10变频器停止BP.STOP接点信号变频器故障11BP ERR接点信号如图4-1所示，图中共有模拟量点4个，7个数字点。注意：包装机项目合计有模拟量有5个，数字量有90个。由于点数较多，只举了部 分IO点用来示意。如表4-2所示。表42合计：AI8个A02个DI34个D028个4.1.2硬件配置硬件选择是设计项目整体的构架，综合考虑，价格和事后维护，对数字量、模拟量 的计算需要有预量，遵循的规则点数=点数十点数*20%。如表4-3所示。例如：AI卡点数=5个模拟点十5个模拟点*20%表4-3包装机一硕件配置序号型号及规格注释数量16ES7 315-2AH14-0AB0CPU315-2DP, 128K 内存126ES7 307-1EA01-0AA0电源模块（5A）136ES7 953-8LGU-0AA0SIMATIC Micro 内存卡 128KByte (MMC)146ES7 321-1BH02-0AA0数字量输入卡（16路）356ES7 322-1BH01-0AA0数字量输出卡（16路）266ES7 331-7KF02-0