项目八 灌装贴标电气控制系统安装与调试

项目八计灌装贴标电气控制系统安装与调试延迟符目录CATALOG01020304学习目标控制要求延迟符05系统方案设计系统电气设计与安装系统软件设计与调试06项目拓展延迟符一、学习目标延迟符延迟符学习目标学习目标1、能完成一台S7-300PLC与两台S7-200SMART的工业以太网组网；2、能完成触摸屏与S7-300的工业以太网连接；3、能完成灌装贴标控制系统的电气控制原理图的绘制；4、能完成灌装贴标控制系统中主要器件的安装与连接；5、能完成灌装贴标控制系统的运行与调试。延迟符学习目标灌装贴标系统是将液体产品装入固体容器中，并在容器外贴上标签，此系统需高速高精确的灌装工艺、传输带连续给料、高速准确贴标等性能，一般应用于各种液体、膏体、半流体等物料的清洗、灌装、旋盖、贴标、喷码等，如图所示。灌装贴标系统由以下电气控制回路组成：灌装电机M1控制回路【M1为三相异步电机（不带速度继电器），只进行单向正转运行，需要考虑过载、联锁保护】。压盖电机M2控制回路【M2为双速电机】。贴标电机M3控制回路【M3为三相异步电机（不带速度继电器），只进行单向正转运行，需要考虑过载、联锁保护】。第二级传输带M4控制回路【M4为三相异步电动机（带速度继电器），由变频器进行多段速控制,第一段速为10Hz，第二段速为20Hz，第三段速为30Hz、第四段速为40Hz，第五段速为50Hz，加速/减速时间均为0.1秒】。第一级传输带M5控制回路【M5为伺服电机，丝杠运行速度10mm/秒～40mm/秒】。电动机旋转以“顺时针旋转为正向,逆时针旋转为反向”为准。延迟符二、控制要求延迟符灌装贴标系统设备具备两种工作模式，模式一：调试模式；模式二：加工模式。设备上电后设备自动进入调试模式。1、首页界面要求首页界面是启动界面（如图8-2所示）。选择“进入测试”界面，弹出“用户登入”窗口（如图8-3所示），用户名下拉选“负责人”，输入密码“123”方可进入“调试模式界面”，密码错误不能进入界面，调试完成后自动返回首页界面（也可在调试过程点击按钮返回）。选择“进入运行”界面，弹出“用户登入”窗口，用户名下拉选“操作员”，输入密码“456”方可进入“加工模式界面”，密码错误不能进入界面，加工完成后返回首页界面。如出现报警，跳出报警窗口，解除报警后返回当前窗口，继续调试或运行。控制要求图8-2首页界面图8-3用户登录界面2、调试模式设备进入调试模式后，触摸屏出现调试画面，如图8-4所示。通过点击下拉框，随意选择需调试的电机，当前电机指示灯亮，按下SB1按钮，选中的电机按下述要求进行调试运行。没有调试顺序要求，每个电机调试完成后，对应的指示灯熄灭。控制要求控制要求灌装电机M1调试过程按下启动按钮SB1后，延时4秒后灌装电机才启动运行，按下停止按钮SB2后，灌装电机延时4秒后才停止，灌装电机M1调试结束。M1电机调试过程中，HL1以1Hz闪烁。12托盘传送带电动机M2调试过程按下启动按钮SB1后，电机M2启动运行，3秒后停止，停2s后又开始运行，直到按下停止按钮SB2，电机M2调试结束。M2电机调试过程中，HL1长亮。延迟符3贴标电机M3调试过程按下SB1按钮，电机M3启动，3秒后M3停止，2秒后又自动启动，按此周期反复运行，可随时按下SB2停止。电机M3调试过程中，HL2长亮。控制要求第一级传输带电机（伺服电机）M5调试过程第一级传输带（伺服电机）结构示意图如图8-5所示。初始状态断电手动调节回原点SQ1，按钮SB1实现正向点动运转功能，按钮SB2实现反向点动运转功能；选择开关SA1指定2档速度选择，第1档速度要求为20mm/s，第2档速度要求为40mm/s。在按下SB1或SB2实现点动运转时，应允许切换SA1，改变当前运转速度。调试中按下SB3后，传输带自动回原点SQ1，M5电机调试结束。M5电机调试过程中，传输带前进或后退中，HL3同时以2Hz闪烁，传输带停止时HL3常亮。5延迟符4第二级传输带（变频电机）M4调试过程按下SB1按钮，M4电动机以20Hz正转启动，再按下SB1按钮M4电动机40Hz正转运行，再按下SB1按钮M4电动机停止，2秒后自动以10Hz反转启动，再按下SB1按钮M4电动机30Hz反转运行，再按下SB1按钮M4电动机50Hz反转运行，按下停止按钮SB2，M4电动机停止，M4调试结束。M4电机调试过程中，HL2以1Hz闪烁。所有电机（M1～M5）调试完成后将自动返回首页界面。在未调试结束前，单台电机可以反复调试。调试过程不要切换选择调试电机。延迟符三、系统方案设计延迟符延迟符系统方案设计根据控制任务描述，选用一台S7-300PLC与两台S7-200SMART作为本系统的控制器，S7-300PLC为主站，两台S7-200SMART为从站，电机控制、I/O、HMI与PLC组合分配方案如表所示，本系统控制框图如图8-6所示。设备控制器HMICPU314C-2PN/DPM1、M2SB1～SB4HL1～HL5SQ1～SQ4S7-200Smart6ES7288-1SR40-0AA0M3、M4、SA1SQ11～SQ15S7-200Smart6ES7288-1ST30-0AA0延迟符四、系统电气设计与安装延迟符延迟符系统电气设计与安装8.3.1电气原理分析灌装贴标控制系统运行由5个电机组成。M1为灌装电机，M2为压盖电机，M3为贴标电机，M4为第二级传输带电机，M5为第一级传输带电机，罐装贴标控制系统原理图如图8-7所示，工作原理如下：M1：按下启动按钮SB1，4秒后，KM1线圈的得电，KM1主触点吸合，电机运行。按下停止按钮SB2，4秒后，KM1线圈失电，KM1主触点断开,电机停止。HL1以1Hz闪烁。M2：按下启动按钮SB1，KM2线圈得电，KM2主触点吸合，电机低速运转。KM3线圈得电，KM3主触点吸合，KM3常闭辅助触点断开，形成互锁。6秒后，KM3线圈失电，KM3主触点断开，电机高速运转。KM3常闭辅助触点吸合，KM4线圈得电，KM4主触点吸合，KM4常闭辅助触点断开，形成互锁。8秒后，KM2线圈失电，KM2主触点断开，电机停止运转。KM4线圈失电，KM4主触点断开，在调试过程中，HL1长亮。M3：按下启动按钮SB1，KM5线圈的得电，KM5主触点吸合，电机运行。3秒后，KM5线圈失电，KM5主触点断开,电机停止。2秒后，KM5线圈的得电，KM5主触点吸合，电机运行。反复运行。按下停止按钮SB2，KM5线圈失电，KM5主触点断开,电机停止。在调试过程中，HL2长亮。M4：按下启动按钮SB1，电机M4以20Hz正转启动，再按SB1电机以40Hz正转运行，再按SB1电机停止，2秒后电机以10Hz反转运行，再按SB1电机以30Hz反转运行，再按SB1电机以50Hz反转运行。按下停止按钮SB2，M3电机停止。在调试过程中，HL2以1Hz闪烁。M5:先手动调试到初始位置SQ1，选择开关SA1定2档以40mm/s，按下SB1按钮/SB2，电机正转/反转，按下按钮SB3回到SQ1位置。HL3以2Hz闪烁。停止时，HL3常亮。系统电气设计与安装8.3.1电气原理分析延迟符系统电气设计与安装8.3.2I/O地址分配根据对灌装贴标控制系统的分析，本系统S7-300PLC输入信号无，输出信号无；S7-200SMARTPLCSR40输入信号有按钮SB1，SB2，SB3，输出信号有M1电机线圈，M2双速电机线圈，M3电机线圈，指示灯HL1，HL2，HL3,HL4，HL5；S7-200SMARTPLCST30输入信号有编码器，位置传感器SQ1，SQ2，SQ3，SQ4，SQ5，SQ6，SQ7，SQ8输出信号M4第一段速10Hz、第二段速20Hz、第三段速30Hz、第四段速40Hz、第五段速50Hz，M5伺服电机。具体输入/输出信号地址分配情况如表8-2（1）（2）（3）所示。表8-2（1）S7-300PLC地址分配S7-300PLC输入信号输出信号序号信号名称PLC地址序号信号名称PLC地址1无1无延迟符系统电气设计与安装9.3.2I/O地址分配表8-2（2）S7-200SMARTPLCSR40地址分配S7-200SMARTPLCSR40输入信号输出信号序号信号名称PLC地址序号信号名称PLC地址1按钮SB1I0.01M1正转线圈Q0.02按钮SB2I0.12M2低速线圈Q0.13按钮SB3I0.23M2高速线圈Q0.24贴标电机M3Q0.35指示灯HL1Q0.46指示灯HL2Q0.57指示灯HL3Q0.68指示灯HL4Q0.7延迟符系统电气设计与安装9.3.2I/O地址分配表8-2（3）S7-200SMARTPLCST30地址分配S7-200SMARTPLCST30输入信号输出信号序号信号名称PLC地址序号信号名称PLC地址1编码器I0.01M4DIN1Q1.02编码器I0.12M4DIN2Q1.13位置传感器SQ1I0.23M4DIN12Q1.24位置传感器SQ2I0.34M5PULSEQ0.05位置传感器SQ3I0.45M5SIGNQ0.26位置传感器SQ4I0.57位置传感器SQ5I0.68位置传感器SQ6I0.79位置传感器SQ7I1.010位置传感器SQ8I1.1延迟符系统电气设计与安装8.3.3系统安装与接线延迟符五、系统软件设计与调试延迟符延迟符系统电气设计与安装8.4.1MCGS组态设计在文件工具栏选择新建项目，弹出对话框，选择触摸屏型号TPC7062Ti，在设备组态窗口选择通用TCPIP串口父设备及西门子CP443-1以太网模块，双击以太网模块创建MCGS画面变量、设置本地IP地址及远程IP地址，设备编辑窗口如图所示。一、新建工程延迟符系统电气设计与安装8.4.1MCGS组态设计在用户窗口新建3个窗口，分别为窗口0（首页界面）、窗口1（调试模式）及窗口2（加工模式）。在的实时数据库新建一个变量，将变量改为字符型，名字可自定义为zf0，然后在登陆界面操作先插入两个按钮，将按钮文本一个改为进入测试，一个改为进入运行，然后在两个按钮下方各插入一个标签，将进入测试的按钮下方的标签改为负责人进入，将进入运行的按钮下方的标签改为操作员进入，然后在按钮的脚本程序里写入以下脚本，进入测试和进入运行脚本程序如图8-10、8-11所示。二、新建窗口图8-10进入测试脚本程序图8-11进入运行脚本程序延迟符系统电气设计与安装8.4.1MCGS组态设计在工具栏下拉列表用户权限管理中新建一个操作员，一个负责人，将负责人密码改为123，将操作员密码改为456，具体操作如图所示。二、新建窗口延迟符系统电气设计与安装8.4.1MCGS组态设计双击打开窗口2（调试界面），先从工具箱中选择插入元件命令，选择指示灯3，在触摸屏中按住鼠标左键，画出5个指示灯，并添加标注，然后从工具箱中选择组合框控件（倒数第二行第二个），在触摸屏中按住鼠标左键，画出需要的组合框控件大小。在实时数据库中创建一个数值型变量，将其命名为下拉框，返回调试界面，双击组合框，在基本属性中将数据关联和ID号关联改成下拉框，类型选择列表组合框，在选项设置中输入灌装电机、压盖电机、贴标电机、第一级传输带、第二级传输带，如图所示。三、手动调试界面设计延迟符系统电气设计与安装8.4.1MCGS组态设计根据项目控制要求在调试界面上添加返回首页界面（窗口0）按钮和滑动块输入器，按钮操作属性中勾选打开用户窗口0，如图8-15所示。滑动块输入器操作属性中数据对象选择小车位置，滑块位置分别对应0和30，如图8-16所示，设计完成的调试界面如图8-17所示。三、手动调试界面设计图8-15返回按钮操作属性图8-16滑动输入器操作属性图8-17调试模式画面延迟符系统电气设计与安装8.4.2PLC程序设计S7-300硬件组态完成之后，双击硬件组态中的PN-IO，弹出PN-IO属性对话框，在属性对话框常规的接口处单击属性，弹出Ethernet接口属性对话框，输入S7-300PLC的IP地址192.168.2.1，然后点击新建按钮，创建Ethernet网络，如图所示。一、PLC组网设计（一）新建Ethernet子网延迟符系统电气设计与安装8.4.2PLC程序设计成新建Ethernet子网之后，退出硬件组态窗口，返回项目设计窗口，双击图9-14中的连接，弹出NetPro网络窗口，在SMATIC300（1）的CPU处点击鼠标右键，单击图9-15中插入新连接，弹出插入新连接对话框，连接伙伴选择未指定，连接类型选择S7连接，如图9-16所示。一、PLC组网设计（二）S7-300PLC与S7-200SMART的组网图9-14项目设计窗口图9-15NetPro网络图9-16插入新连接系统电气设计与安装8.4.2PLC程序设计在图8-21中点击确定按钮，弹出S7连接属性对话框，在块参数中设置本地ID地址，SR40设置为1（W#16#1），ST30设置为2（W#16#2），在伙伴的地址中设置SR40和ST30的IP地址为192.168.2.2、192.168.2.3，如图8-22、8-23所示。图8-22SR40块参数本地ID及伙伴地址图8-23ST30块参数本地ID及伙伴地址一、PLC组网设计（二）S7-300PLC与S7-200SMART的组网系统电气设计与安装8.4.2PLC程序设计块参数设置完成之后，S7-300PLC与两个S7-200SMART的组网完成，NetPro网络窗口出现Ethernet网络连接，如图所示。一、PLC组网设计（二）S7-300PLC与S7-200SMART的组网系统电气设计与安装8.4.2PLC程序设计S7-300与两个S7-200SMART的通信区设置如图8-25所示。S7-300PLC由MB100~MB179区发送数据到S7-200SMARTSR40的VB100~VB179区，S7-300PLC接收由S7-200SMARTSR40的VB0~VB49区发送过来的数据存储到的MB0~MB49区。S7-300PLC由MB100~MB179区发送数据到S7-200SMARTST30的VB100~VB179区，S7-300PLC接收由S7-200SMARTST30的VB50~VB99区发送过来的数据存储到的MB50~MB99区。一、PLC组网设计（三）设置S7-300与两个S7-200SMART的通信区系统电气设计与安装8.4.2PLC程序设计S7-300读取S7-200SMARTSR40存储区V0.0开始的50个字节的信号存放到S7-300的存储区M0.0开始的50个字节中。S7-300发送M100.0开始的80个字节的信号到S7-200SMARTSR40存储区V100.0开始的80个字节中。具体指令如图所示。1、设置S7-300与S7-200SMARTSR40的通信区系统电气设计与安装8.4.2PLC程序设计2、设置S7-300与S7-200SMARTST30的通信区S7-300读取S7-200SMARTST30存储区V50.0开始的50个字节的信号存放到S7-300的存储区M50.0开始的50个字节中。S7-300发送M100.0开始的80个字节的信号到S7-200SMARTST30存储区V100.0开始的80个字节中。具体指令如图所示。2、设置S7-300与S7-200SMARTST30的通信区系统电气设计与安装8.4.2PLC程序设计根据控制要求，灌装电机M1由S7-200SMARTSR40控制，SR40主程序中，触摸屏下拉框选择灌装电机VW100=0，且触摸屏调试界面信号m102.0=1，通过信号传输到SR40使得V102.0=1时，调用灌装电机子程序，且V0.0=1，通过信号传输到300PLC使得m0.0=1，即触摸屏上灌装电机指示灯点亮，程序调用如图所示。二、灌装电机M1程序设计系统电气设计与安装8.4.2PLC程序设计在灌装电机子程序中，按下启动SB1延时4S后电机启动，按下停止按钮SB2延时4S后电机停止，程序如图8-29所示。在灌装电机M1调试过程中，HL1以1Hz闪烁，程序如图8-30所示。二、灌装电机M1程序设计图8-29灌装电机M1控制程序图8-30灌装电机运行指示灯HL1程序系统电气设计与安装8.4.2PLC程序设计根据控制要求，压盖电机M2由S7-200SMARTSR40控制，SR40主程序中，触摸屏下拉框选择压盖电机VW100=1，且触摸屏调试界面信号m102.0=1，通过信号传输到SR40使得v102.0=1时，调用压盖电机子程序，且v0.1=1，通过信号传输到300PLC使得m0.1=1，即触摸屏上压盖电机指示灯点亮，程序调用如图所示。三、压盖电机M2程序设计系统电气设计与安装8.4.2PLC程序设计在压盖电机M2子程序中，按下启动按钮SB1，电机低速运行，6S后电机高速运行，8S后M2电机自动停止，程序如图8-32所示。在压盖电机M2调试过程中HL1指示灯长亮，程序如图8-33所示。三、压盖电机M2程序设计图8-32压盖电机M2控制程序图8-33压盖电机运行指示灯HL1程序系统电气设计与安装8.4.2PLC程序设计根据控制要求，贴标电机M3由S7-200SMARTSR40控制，SR40主程序中，触摸屏下拉框选择贴标电机VW100=2，且触摸屏调试界面信号m102.0=1，通过信号传输到SR40使得v102.0=1时，调用贴标电机子程序，且v0.2=1，通过信号传输到300PLC使得m0.2=1，即触摸屏上贴标电机指示灯点亮，程序调用如图所示。四、贴标电机M3程序设计系统电气设计与安装8.4.2PLC程序设计在贴标电机M3子程序中按下按钮SB1，电机M3启动，3S后停止，2S后再次启动，按此周期反复运行，按SB2按钮停止，程序如图8-35所示。在贴标电机M3调试过程中HL2指示灯长亮，程序如图8-36所示。四、贴标电机M3程序设计图8-35贴标电机M3控制程序图8-36贴标电机M3运行指示灯HL2程序系统电气设计与安装8.4.2PLC程序设计根据控制要求，第二级传送带（变频电机）M4由S7-200SMARTST30控制，ST30主程序中，触摸屏下拉框选择第二级传输带VW100=3，且触摸屏调试界面信号m102.0=1，通过信号传输到ST30使得v102.0=1时，调用第二级传输带子程序，第二级传输带子程序调用如图所示。五、第二级传送带（变频电机）M4程序设计系统电气设计与安装在第二级传送带M4子程序中，按下启动按钮SB1计数器计数一次，M4电机以20Hz启动，再按下按钮SB1计数器计数第二次电机M4以40Hz运行，再按下SB1按钮计数器计数第三次电机M4停止，2S后以10Hz反转启动，再按下SB1按钮计数器计数第四次电机M4以30Hz反转运行，再按下SB1按钮计数器计数第五次电机M4以50Hz反转运行，按下按钮SB2，M4电机停止。因按钮SB1、SB2、SB3信号接入S7-200SMARTSR40，在S7-200SMARTST30中要能使用按钮信号，按钮信号从SR40传输到300PLC，再由300PLC传输到ST30，信号传输过程如图8-38、图8-39，第二级传送带M4控制程序如图8-40所示。8.4.2PLC程序设计五、第二级传送带（变频电机）M4程序设计系统电气设计与安装8.4.2PLC程序设计五、第二级传送带（变频电机）M4程序设计图8-38按钮信号从SR40传输到300PLC图8-39按钮信号从300PLC传输到ST30图8-40第二级传送带M4控制程序系统电气设计与安装根据控制要求，第二级传送带M4运行时指示灯HL2以1Hz闪烁，指示灯的控制由S7-200SMARTSR40控制，SR40主程序中，触摸屏下拉框选择第二级传输带VW100=3，且触摸屏调试界面信号m102.0=1，通过信号传输到SR40使得v102.0=1时，调用第二级传输带运行指示灯子程序，且v0.4=1，通过信号传输到300PLC使得m0.4=1，即触摸屏上第二级传输带指示灯点亮，第二级传输带指示灯子程序调用以及指示灯HL2的控制程序如图所示。8.4.2PLC程序设计五、第二级传送带（变频电机）M4程序设计系统电气设计与安装根据控制要求，第一级传输带电机M5由S7-200SMARTST30控制，ST30主程序中，触摸屏下拉框选择第一级传输带VW100=4，且触摸屏调试界面信号m102.0=1，通过信号传输到ST30使得v102.0=1时，调用第一级传输带子程序以及运动轴的初始化，具体程序如图所示。8.4.2PLC程序设计六、第一级传输带电机M5程序设计系统电气设计与安装手动调节回原点SQ1，按下SB1按钮实现正向点动，按下SB2按钮实现反向点动，SA1指定2档速度选择，第1档速20mm/s,第2档速40mm/s，按下SB3按钮自动回原点SQ1。程序如图8-43所示。8.4.2PLC程序设计六、第一级传输带电机M5程序设计图8-43（1）第一级传送带M5控制程序（1）系统电气设计与安装手动调节回原点SQ1，按下SB1按钮实现正向点动，按下SB2按钮实现反向点动，SA1指定2档速度选择，第1档速20mm/s,第2档速40mm/s，按下SB3按钮自动回原点SQ1。程序如图8-43所示。8.4.2PLC程序设计六、第一级传输带电机M5程序设计图8-43（1）第一级传送带M5控制程序（2）系统电气设计与安装根据控制要求，在调试过程中，第一级传送带M5运行时指示灯HL3以1Hz闪烁，传送带停止时HL3长亮。指示灯的控制由S7-200SMARTSR40控制，SR40主程序中，触摸屏下拉框选择第一级传输带VW100=4，且触摸屏调试界面信号m102.0=1，通过信号传输到SR40使得v102.0=1时，调用第一级传输带运行指示灯子程序，且v0.3=1，通过信号传输到300PLC使得m0.3=1，即触摸屏上第一级传输带指示灯点亮，程序调用以及指示灯HL3的控制程序如图8-44所示。8.4.2PLC程序设计六、第一级传输带电机M5程序设计图8-44第一级传送带M5运行指示灯控制程序延迟符六、项目拓展延迟符项目拓展操作员登陆设备“进入运行”，触摸屏进入加工模式画面，如图8-45所示，触摸屏画面主要包含：各个电机的工作状态指示灯、起停按钮、返回首页界面按钮、设定产量（套量）、显示已压盖产量、显示装箱套量、设定第一级传输带速度（mm/秒）、显示第二级传输带速度（Hz）等信息。9.4.2PLC程序设计项目拓展产品套件每套有3个物料瓶，A点、B点、C点、D点位置如图8-46所示。加工模式时初始状态：行程开关SQ1～SQ8常开、所有电机（M1～M5）停止。第一级传输带速度设定范围10mm/秒～