基于S7200的啤酒自动包装线的设计Word文档格式.docx

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啤酒整体增幅稳定，而不再是高速增长；

行业格局将逐步清晰。

未来中国啤酒行业会向集团化、规模化、多元化、信息化、高效化、绿色化、人性化、科技化、多样化，多元化的方向发展。

1.1国内外包装线的发展趋势

就我国的啤酒包装生产设备而言，其包装设备生产厂家在上世纪七十年代末只有几家，生产能力很差，多半是引进国外设备且加以仿制。

如七十年代，广州轻工机械设计研究所消化吸收意大利、日本、美国等国的进口设备，开发出8000瓶/小时啤酒洗瓶、灌装、压盖、贴标的生产流水线。

到八十年代，国内啤酒包装设备的生产厂家也只有几十个，其制造水平、设备性能与国外先进水平相差甚大。

在八十年代末，我国从西欧、东欧、日本等国引进了200多条灌装线[2]。

到九十年代啤酒饮料加工生产企业接近600多家。

然而，这些生产企业的生产线很大一部分是靠引进国外的，并且在国内加以仿制，或者消化吸收意大利等国的先进技术开发国内的包装设备。

现有的啤酒包装生产线大多采用单机操作，生产能力较差。

根据我国食品工业对啤酒饮料加工业发展的预测，啤酒饮料加工的规模将向大型化发展，其加工设备也必须趋向大型化，以高速高产、高性能、低消耗、操作方便直观、便于调试为特点，以采用集散控制、全线自动化为方向发展。

由于生产装备的落后，我国啤酒生产在水耗、电耗、能耗指标方面也远远落后于国外先进水平，平均能耗高3倍～5倍，水耗高1倍～8倍。

目前，我国啤酒装备虽然基本上能够满足啤酒生产的需求，但在自动控制水平、可靠性、质量方面与发达国家相比还有较大差距，在性能和水平上与国外仍有一定差距。

而且，我国啤酒行业装备还面临着技术改造的艰巨任务，其单元装备自动化程度低；

单元装备与整体工程化配套程度低。

然而，在今后一段时期内，随着我国啤酒生产能力的不断提升，进口国外全套或部分啤酒装备仍是我国啤酒企业必然亦或是无奈的选择。

提高国内啤酒装备技术水平是实现机械装备现代化的根本途径。

无论是啤酒工业现在的发展，亦或是啤酒设备制造企业当前的需要，还是国家啤酒业发展技术长期的利益，都要求大力推进啤酒装备国产化的进程，这些已经成为当前我国啤酒机械装备现代化的战略任务和当务之急[1]。

相比而言，国外的啤酒包装设备发展较早，更为完善。

机电一体化、管理与控制相结合是当前啤酒灌装生产发展的最重要的一个趋势。

现代啤酒、饮料包装计算机化的发展方向是CIM。

它是一个采集、管理和处理、发送各类数据的综合系统，它有效地将监视系统、自动操作系统、自动分叉技术、机器人技术和计算机协调中心等高尖端技术应用于整个啤酒包装的领域，国外啤酒计算机控制正走向成熟和完善的阶段。

国外生产的啤酒、饮料灌装成套设备生产速度快、自动化程度高、可靠性好，主要体现在工艺流程的自动化、生产效率高，满足了交货期短和降低工艺流程成本的要求等方面。

设备具有更高的柔性和灵活性，比如生产的灵活性、供货的灵活性和构造的灵活性，以适应产品更新换代的需要。

利用计算机和仿真技术提供成套设备以降低故障，进行远程诊断服务。

在噪音、粉尘和废弃物等方面对环境污染少。

近几年来，国外不断开发啤酒生产新技术，以提高产品产量和质量，降低生产成本，节省能源及人力。

而我国却处于机械化和自动化时期，计算机的应用只限于部分工艺和设备[1]。

1.2本课题的提出与意义

教育要服务于社会，就必须跟上科技发展的步伐，不断满足高新技术推广应用的需求。

本课题主要结合本校现有的实验设备，来模拟自动化流水线的整个过程。

在这里，我们以啤酒包装为主要操作对象，对啤酒包装的主要环节（灌装、压盖、贴标、喷印、装箱）进行模拟，为以后同学们了解、使用和改进本设备打下一个良好的基础。

1.3本章小结

本章主要依据有关统计数据，对啤酒包装工业的过去、现状和未来发展趋势进行了分析，同时分别对国内外啤酒包装的现有设备进行了对比，从而得出我国啤酒包装工业的不足、发展方向和改革措施。

最后，就本课题的提出和意义进行了简单的阐述。

2方案论证

为了考虑控制系统的控制目标，操作方便和经济性，在此使PLC和继电器、单片机、计算机进行比较，从而说明使用PLC的合理性。

2.1PLC控制与继电器控制的比较

比较项目

继电器控制

PLC控制

外部电路

因连线多，线路复杂

线路简明，一目了然

工作方式

当电源接通时，继电器控制线路中各继电器都处于受约状态。

控制系统中，各继电器都处于周期性循环扫描接通中，从宏观上看，每个继电器受制约接通的时间是短暂的。

控制功能的实现

采用硬接线方式完成控制功能

要想改变控制逻辑，只需修改程序即可

对生产工艺变化的适应性

需进行重新设计与接线，适应性差。

系统已经确定，不易改变或增加其功能。

采用存储器逻辑，通过编制的程序（软接线方式）来实现控制功能，需改变存储在存储器中程序就能改变其控制逻辑。

设计和施工

控制系统完成一项控制工程，其设计、施工和调试必须依次进行，周期长，且修改困难。

完成一项控制工程，在系统设计完成后，现场施工和控制逻辑设计可以同时进行，周期短，且调试、修改都很方便。

可靠性与维护性

使用了大量的机械触点，连线多而复杂，触点开闭时受到电弧的损害，并有机械磨损，寿命短，可靠性和可维护性很差。

控制系统采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，体积小，寿命长，可靠性很高。

并且其内部具有自诊断功能，易于维护。

扩展性与灵活性

器触点数目有限，每支只有4～8对触点，因此灵活性和扩展性很差。

其接线少、体积小，并且P每支软继电器的触点数目在理论上无限制，因此其灵活性和扩展性很好。

控制的实时性

机械动作时间常数大，实时性差

微处理器控制，实时性好。

计数及其他功能

控制系统不具备这些功能

控制系统能实现计数及其他特殊功能

使用寿命

功耗大，寿命短

寿命长

复杂控制能力

极差

很强

以前生产流水线大多数都是用继电器控制实现的，在随着技术的发展，继电器的劣势越来越明显，当前主要用PLC控制来代替传统的继电器的控制。

PLC与继电器的区别[3][4]如表2.1所示：

表2.1PLC与继电器的比较

由此可见，PLC控制系统已经完全代替了传统的继电器控制系统，成为当前使用最广泛的控制系统之一。

2.2PLC控制与单片机控制的比较

PLC这种产品，在没有下载控制程序之前，塔不具备任何控制功能，即没有应用程序PLC是没有用的，它是专为工业环境使用的控制平台，需要进行二次开发才可以达到控制的目的。

它需要调试软件的配合。

而单片机是将CPU、存储器、定时器、输入输出接口等全部集成在一块集成电路中而形成的单片计算机，实际上单片机只是一块芯片而已。

而PLC是建立在单片机上的产品，单片机是一种集成电路。

单片机可以构成很多种应用系统（微型，小型，中型，大型等），而PLC只是单片机应用系统的一个特例。

从工程角度来说明PLC与单片机的选用[5][6]：

（1）对于单项工程或者重复数极少的项目，采用PLC是一个较好且快捷的途径，成功率高，可靠性好。

（2）对于量大的配套项目，采用单片机系统会使成本降低，效益提高。

但这样的项目，需要的是相当的研发力量和行业经验才可以保证整个系统可靠、稳定的运行。

（3）PLC具有专门的编程语言（如梯形图），而单片机编程可以使用汇编语言或者C语言以及其他语言。

（4）单片机价格低廉，PLC相对单片机价格较高一些。

（5）PLC在下载应用程序后才能实现控制，而单片机不需要下载程序

（5）PLC可靠，抗干扰能力强，用于工业环境，而单片机功能多，一般用于家庭方面。

（7）单片机在硬件和软件方面都比PLC复杂。

（8）在单片机和PLC方案都能适用的前提下，为了保证可靠运行，价格即便高，也要选用PLC控制。

由此可见，单片机用途广泛，价格低廉，大多用于家庭。

PLC专门用于工业控制，使用快捷方便，成功率较高，可靠性好，但是其成本相应的也就高些。

2.3PLC控制与计算机控制的比较

PLC控制和计算机控制也有很多不同之处，一般的个人计算机有较强的数据处理和图形显示功能，有丰富的软件支持，但是它对环境的要求很高、抗干扰能力弱，所以一般不适合在工业环境下适用，而PLC则有较强的抗干扰能力。

目前比较流行的是工业控制计算机，它有实时操作系统的支持，在要求快速、实时性强、功能复杂的领域中占有优势，但是，其价格昂贵。

PLC与计算机的主要区别在于[7][8]：

（1）计算机一般用于商业，而PLC一般用于工业，所以PLC抗干扰能力比一般计算机要高。

（2）PLC编程简单，调试周期短

（3）PLC容易操作，人员培训时间短，而计算机较难，人员培训时间长

（4）PLC易于维修，而计算机较困难。

（5）计算机编程语言为汇编语言和高级语言，较难学，而PLC有标准的编程语言，易懂易学。

（6）计算机价格昂贵，PLC价格较低。

由以上各个控制系统的比较知道，在控制简单的项目时，PLC是最好的选择。

2.4研究内容概述

本课题主要研究用西门子S7—200PLC来控制啤酒生产线中的各个环节，主要完成对啤酒流水线各个工艺控制，从而使其在流水线上有顺序，有目的的进行。

设计啤酒流水线时，包括机械部分和电气控制部分，在这里主要研究PLC对流水线的控制，即电气部分。

啤酒包装从工艺流程上讲主要包括如图2.1所示的几个过程。

图2.1啤酒包装流水线工艺过程图

啤酒包装线简单过程叙述如下：

首先将空瓶送达，由自动卸货机卸下，经过封闭式自动清洗机清洗、消毒，进入，然后是采用传统的巴氏灭菌法进行杀菌，再进行贴标、喷墨，打印出不同的日期、字体图案，最后自动装箱以及封箱后送出流水线。

以上的各个设备都需要根据工序的时间先后严格排定作业顺序、速度，并要有一定的协调性。

本课题主要用现有的设备（现有设备布局图见附录一）来模拟啤酒包装的灌装、压盖、贴标、喷印以及装箱。

用皮带线I来模拟啤酒灌装线，皮带II模拟啤酒压盖线，辊筒线模拟啤酒贴标线，倍速链I模拟喷印线，倍速链II模拟啤酒装箱线。

2.5本章小结

本章主要用PLC控制与继电器控制、单片机控制、计算机控制进行了比较，说明了各个控制系统优缺点以及在本课题中选择PLC控制的合理性。

其次对本课题的研究内容作了一下简单的说明。

3控制系统硬件电路设计

任何复杂的控制电路都是由一些比较简单的基本控制环节组成按需组合而成，如一个拖动系统的启动、停止、方向、调速控制以及对电路系统的保护等，同样的，在分析线路原理和判断其故障时，也都是从这些基本的环节入手的[9]。

电气控制系统图一般有三种：

电气原理图，电气原件布置图和电气安装接线图。

下面就对本电气控制系统的电气原理图进行设计。

3.1总电源控制原理图的设计

电气原理图一般分主电路和辅助电路两部分设计。

主电路主要是电源，电动机绕组等大电流通过的环节。

辅助电路包括控制电路、照明电路、信号电路及保护电路。

图3.1是总电源控制原理图，详细图见附录二。

图3.1总电源控制原理