基于PLC饮料灌装生产流水线控制系统设计

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1、本科毕业论文论文题目基 PLC饮料灌装生产 流水线的控制系统设计学生#李昕学 号专 业 电气工程与其自动化班 级机械与自动化1班指导教师丁莉君20#5月6日摘 要本文主要介绍的是基于三菱FX2N-40MRPLC的饮料灌装生产流水线的控制系统的设计.该系统的设计包括硬件设计和软件设计.其中硬件设计包括三菱FX1N-40MR PLC外部电路的设计与安装；软件部分包括程序的设计与调试.所设计系统最终能够实现以下功能：能对空瓶进行运送、灌装,灌装量可根据空瓶大小设定；2对满瓶进行运送与计数,计数值包括累计计数、单位包装计数,单位包装计数量可根据包装大小设定；3能够实现手动复位.该系统主要运用了三菱PL

2、C、传感器、继电器、行程开关等器件,利用PLC良好的自动控制性能,实现饮料罐装生产过程的无人控制.a） 关 键 词：PLC；饮料灌装；生产流水线；无人控制149 / 45ABSTRACTThis paper mainly introduces the control system of beverage filling production linebased on Mitsubishi FX1N-40MRPLC.The system design consists of hardware and software design. The hardware design includes Mi

3、tsubishi FX2N-32MR-001 PLCs external circuit design and installation; software design includes the design and debugging of program.The system can achieve the following functions: The bottles can be transported and filled and the filling volume can be set according to the size of bottles; the full bo

4、ttles can be transported and counted, the count includes total count and the count of unit package and the total number of unit packaging can be set according to package size; the system can achieve manually reset. The system mainly usesthe Mitsubishi PLC, sensors, relays, switches and so on and use

5、s the good automatic control performance of PLC to achieve the no control of beverage filling production line.KEY WORDS: Mitsubishi FX2N-32MR-001 PLC; Beverage filling; Production line; No contro目 录1 绪论11.1 课题研究背景11.2 课题研究内容12 饮料罐装生产流水线总体方案设计32.1 任务的分析32.2 硬件方案设计32.3 软件方案设计3 经验设计法4 逻辑设计法43 系统元件的选择53

6、.1 PLC的选型53.2 电动机的选型53.3 接触器的选型63.4 热继电器的选型63.5 开关电器、熔断器的选型63.6 传感器的选型64 系统的硬件电路实现94.1 系统硬件结构框图94.2 主电路的设计94.3 控制电路的设计104.4 操作面板的设计105 系统程序的设计135.1 控制要求和控制过程分析135.2 I/O端口分配135.3 梯形图15 初始化程序15 装箱选择程序15 流水线主控程序16 闪烁报警程序18 记数程序18 数据传送程序196 程序调试216.1 装箱选择程序的仿真216.2 主控制程序的仿真216.3 闪烁报警程序的仿真246.4 记数程序的仿真24

7、7 结论与展望25致谢26参考文献27附录28即可：Chapter 1 Section 11 绪论1.1课题研究背景我国的饮料灌装自动化相对于西方发达国家来讲还有很大的差距.设备陈旧,技术落后,成为阻碍我们灌装行业发展的一个严重问题.鉴于这些问题,我国企业不断发展自身的实力,逐步朝着生产高速化、设备结构合理化、设备的多功能化、设备的绿色化、控制的智能化等方向发展.plc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、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械

8、或生产过程.PLC与其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计.随着工业自动化水平日益提高,众多工业企业均面临着传统生产线的改造和重新设计问题.PLC可编程序控制器是以微处理器为核心的工业控制装置,它将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起,近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到普遍应用.作为通用工业控制计算机,其实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃,在世界工业控制中发挥着越来越重要的作用. 几年前,自动化技术只占包装机械设计的30%,现在已占50%以上,大量使用了微电脑设计和机电一体化控制.提高包装机械自动化程度的目的：一是

9、为了提高生产率；二是为了提高设备的柔性和灵活性；三是为了提高包装机械完成复杂动作的能力.饮料灌装机用于灌装各种各样的瓶装饮料,适合大中型饮料生产厂家,早期的灌装机械大多数采用容积泵式、蠕动泵式作为计量方法.这些方法存在一些缺点.例如：灌装精度和稳定性难以保证、更换灌装规格困难等.本系统采用的饮料分装计量是通过时间和单位时间流量来确定的,计量精度由可编程控制器PLC控制确定.PLC控制具有编程简单、工作可靠、使用方便等特点,在工业自动化控制领域广泛应用.专为PLC应用而实际的触摸屏集主机、输入和输出设备于一体,适合在恶略的工业环境中使用. 饮料灌装装置主要包括两部分：恒压储液罐灌液和计数部分.在

10、恒压储液罐灌液不封,里面有上限液位和下线液位传感器,它们淹没时是1状态.液面低于下线液位时恒压储液罐为空.饮料通过进液电磁阀流入恒压储液罐,液面达到上限位时进液电磁阀断电关闭,使液位保持恒定. 鉴于PLC可靠性高、耐恶劣环境能力强、使用极为方便三大特点,利用plc技术平台自主开发创新,将机械、电气和自动化等技术有机结合,将传统的继电器-接触器控制功能用PLC代替,构成实用、可靠的饮料灌装生产线PLC控制系统.该控制系统可节省大量电气元件、导线与原材料,缩短设计周期,减少维修工作量,提高加工零件合格率,进而提高生产率,而且程序调整修改方便灵活,提高了设备的柔性和灵活性.具有整体技术经济效益.随着

11、工业自动化水平日益提高,众多工业企业均面临着传统生产线的改造和重新设计问题.目前,饮料的灌装伸长已经实现自动化,为了提高产品质量,缩短生产周期,适应产品迅速更新换代的要求,产品生产正向缩短生产周期、降低成本、提高生产质量等方面发展.因此,饮料厂的自动化灌装生产线中有越来越多的与其在使用先进的灌装技术来提高与其的自动化电气控制水平和生产效率.PLC可编程序控制器是以微处理器为核心的工业控制装置,它将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起,近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到普遍应用.作为通用工业控制计算机,其实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃,在世界工业控制中发挥

12、着越来越重要的作用.鉴于此,设计者利用PLC的功能和特点设计出了一款饮料灌装生产流水线控制系统目前饮料灌装生产线的控制过程主要是继电器接触控制,但这种电路接线复杂,可靠性低,使得工业生产的效率得不到提高3-4.不过,随着时代的发展,饮料灌装生产线的控制过程正朝着智能化和自动化的方向发展.PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物,它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用了微处理器的优点,又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯,特别是PLC的程序编制,不需要专门的计算机编程语言知识,而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令

13、形式,使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便.用户在购到所需的PLC后,只需按说明书的提示,做少量的接线和简易的用户程序编制工作,就可灵活方便地将PLC应用于生产实践5-12.1.2课题研究内容本课题对饮料罐装生产流水线的硬件和软件进行了设计.其中硬件设计包括三菱FX1N-40MR PLC外部电路的设计与安装；软件部分包括程序的设计与调试.根据系统的要求对PLC、电动机、传感器等外部设备进行选型.设计好的饮料灌装生产流水线能够实现以下目的：1系统通过开关设定为自动操作模式,一旦启动,则传送带的驱动电机启动并一直保持到停止开关动作或待灌装的饮料瓶被传送至灌装设备下时停止；瓶子装

14、满饮料并上盖后,传送带驱动电机必须自动启动,并保持到下一个待灌装的饮料瓶被传送至灌装设备下或停止开关动作；2当瓶子定位在灌装设备下时,停顿1s,灌装设备开始工作,对于大瓶灌装8秒钟,小瓶则灌装5秒钟,待灌装过程完毕再对饮料瓶进行上盖,上盖时间为2秒钟.整个灌装和上盖过程应有报警显示,待上盖完毕后不再显示报警；报警方式为红灯以0.5s间隔闪烁；3包装上,对于小瓶：40瓶为一大包,30瓶为一中包,20瓶为一小包；对于大瓶：20瓶为一大包,15瓶为一中包10瓶为一小包；4能够实现对生产产品进行自动记数并可以手动对计数器清零.Equation Chapter Section 12 饮料罐装生产流水线总

15、体方案设计2.1任务的分析本次设计的任务是以三菱FX1N系列PLC作为处理核心,用行程开关、传感器将生产过程中的信号如空瓶的运行的位置、饮料瓶的大小等等处理后送给PLC处理器,由PLC对数据进行运算,然后输出驱动信号如接触器、电磁阀等等来完成饮料罐装生产过程的流水线操作.该系统的总体思路：此生产线为全自动控制的,生产线一旦上电,PLC将通过软件对生产线进行自动控制：通过输出继电器控制传送带的停转和对饮料瓶灌装的控制,实现对系统状态的显示,并且通过PLC内部的计数器对所生产的产品进行计数.2.2硬件方案设计饮料的灌装是采用了饮料灌装机,饮料灌装机将灌装装置以与封盖装置集合在一起,使饮料的灌装稳定

16、、高效的完成.对于饮料瓶大小的区别是通过反射式光电传感器工作来实现的.利用辅助继电器对计数器进行正电平触发来实现对所生产产品的计数.生产流水线结构如图2-1所示.系统的工作原理：系统一旦上电,传送带驱动电动机运转,待空饮料瓶行至行程开关,行程开关闭合,电动机停转,灌装设备通过阀门的关断来控制饮料灌装的时间,待饮料灌装过程完毕后电动机恢复转动,如此循环实现生产线上的自动控制.对于传送带上的饮料瓶大小的区分,是通过下图中所在位置的反射式光电传感器工作来实现的.图2-1生产流水线结构图2.3软件方案设计PLC软件方案设计的方法有经验设计法,逻辑设计法等.经验设计法梯形图的经验设计法是比较广泛的一种方

17、法.这种方法没有普遍的规律可以遵循,具有很大的试探性很随意性,最后的结果不是唯一的.该方法的核心是输出线圈.以下是经验设计方法的基本步骤：1.了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况.2.确定PLC的输入信号和输出负载,画出PLC的外部接线图.3.确定与继电器电路图的中间继电器,时间继电器对应的梯形图中的辅助继电器M和定时器T的元件号.4.根据前面的对应关系画出梯形图.逻辑设计法逻辑设计法的理论基础是逻辑代数.而继电器控制系统的本质是逻辑线路.看一个电气控制线路都会发现,线路的接通和断开,都是通过继电器等元件的触点来实现的,故控制线路的种种功能必定取决于这些触点的开,合两种状态.因此电气控

18、制电路从本质上说是一种逻辑线路,它符合逻辑运算的基本规律.具体步骤如下图3-1所示:图2-2PLC逻辑设计步骤图Equation Chapter Section 13系统元件的选择3.1PLC的选型根据饮料罐装自动生产线的工艺流程图,PLC控制系统的输人信号有9个,且均为开关量.PLC控制系统的输出信号有10个.FX1N系列的PLC只有继电器输出方式和晶体管输出方式两种, 继电器输出方式其特点是：可使用交直流电源,其动作慢,但安全隔离效果好,可靠性高；晶体管输出方式其特点是：只能使用直流电源,其响应速度最快场效应管输出模块的工作频率可达20kHz,但过载能力较差.综合以上信息,并结合经济实用性

19、的考虑,控制系统选用FX1N-40MR-001型号的PLC：继电器输出,输人点数输出点数均为16点,可以满足工艺要求,且留有一定的余量.便于以后的修改和扩展.根据系统的性能与要求,PLC输入/输出端口地址的分配如表3-1所示.表3-1 PLC I/O端地址编号对照表输入信号输出信号名称功能编号名称功能编号SB0启动按钮X0KM1传送带电动机Y0SB1停止按钮X1YV1灌装电磁阀Y1ST0行程开关X2YV2小瓶封盖Y2S0光电传感器X3YV3大瓶封盖Y3SB4大包X4HL4大包Y4SB5中包X5HL5中包Y5SB6小包X6HL6小包Y6SB7散装X7HL7散装Y7SB10手动复位X10HL10系

20、统上电显示Y10HL11灌装过程显示Y113.2电动机的选型目前市面上的电动机类型多种多样,用于驱动传送带传送的电动机的类型也数不胜数13-14.基于该系统的控制要求与各类型电动机的结构特点和工作场合,并考虑到经济性和实用性,本系统选择的电动机型号为Y132M-4,其性能参数如表3-2所示.表3-2Y132M-4型电动机的性能参数电流电压堵转转矩最大转矩额定转速极数频率额定功率15.4 A380V2.2 n.m2.3 n.m1440 r/min450 Hz7.5KW3.3接触器的选型接触器是一种用来接通或断开带负载的交直流主电路或大容量控制电路的自动化切换器,主要控制对象是电动机.通用接触器可

21、大致分以下两类. 1交流接触器.主要有电磁机构、触头系统、灭弧装置等组成.常用的是CJ1、0CJ12、CJ12B等系列.2直流接触器,一般用于控制直流电器设备,线圈中通以直流电,直流接触器的动作原理和结构基本上与交流接触器是相同的.接触器的选型有诸多因素外与负载密切相关一般三相异步电机的起动电流为额定电流的3-5倍.所以接触器的额定电流为： 4IN=36A 综上所述,本系统选用CJ10-40接触器：额定电流为40A,额定电压为380V.3.4热继电器的选型热继电器由两部分组成,每一部分安装的位置不同.一部分是主触点,接在电动机与接触器KM之间.另一部分是接在控制电路中,与接触器KM的线圈电路相

22、串联.热继电器在控制线路中起过载保护的功能.热继电器是采用双金属热元件,动作机构,常闭触头和常开触头,复位按钮与整定电流调节旋钮等构成.根据双金属热元件的数目可分为两极和三极型热器,而三极型又分带断相保护和不带断相保护两种.主电动机M1的额定电流15A,FR1可以选用JR16,热元件电流为20A,电流整定范围为14-22A工作时将额定电流调整为15A.3.5开关电器、熔断器的选型行程开关是一种由物体的位移来决定电路通断的开关,选用型号为LXK2-131型.熔断器选用RL1-15型熔点器,熔体的额定电流为30A.3.6传感器的选型系统中运用传感器对饮料瓶的大小进行区别,根据设计需要选择反射式光电

23、传感器15.反射式光电传感器的工作原理如图3-1所示.图3-1反射式光电传感器原理图该系统选择的反射式光电传感器型号为PM2-LF10,其性能参数如表3-3所示.表3-3 PM2-LF10反射式光电传感器的性能参数性能参数检测距离2.58mm白色无光泽纸最小检测物体 0.05mm铜线应差使用白色无光泽纸工作距离的20%以下重复精度0.08mm以下电源电压524V DC10% 脉动P-P5%以下消耗电流平均：25mA以下,峰值：80mA以下输出NPN开路集电极晶体管最大流入电流：100mA外加电压：30V DC以下剩余电压：1V以下0.4V以下短路保护装备反应时间0.8ms以下Equation

24、Chapter Section 14系统的硬件电路实现4.1系统硬件结构框图系统的硬件分为主电路、控制电路、辅助电路三大部分,控制电路控制主电路,辅助电电路起辅助信号显示的作用,它们之间的关系如图4-1所示：图4-1硬件电路关系图4.2主电路的设计传送带用电动机M1来运行,并用接触器KM1来控制电动机的运行与停止.由热继电器FR1实现过载保护.断路器QF1、QF2、QF3将三相电源引入,同时QF1、QF2、QF3为电路提供短路保护.饮料罐装生产的主控制电路如图4-2所示.图4-2主控制电路图4.3控制电路的设计PLC控制系统的输人信号有9个,且均为开关量.其中各种单操作按钮开关6个,分别 SB

25、0 启动按钮、SB1 停止按钮、SB4 大包、SB5 中包、SB6 小包、SB7 散装、SB10 手动复位按钮.行程开关1个,传感器开关1个.PLC控制系统的输出信号有10个,其中1个用于驱动传送带电动机的接触器KM1, 3个电磁阀分别用于大瓶和小瓶的封盖与饮料罐装,6个用于生产线上的状态显示.如图4-3所示.图4-3三菱PLC外部接线图4.4操作面板的设计操作面板本着操作简单,直观明了的,对饮料罐装自动生产线的每一步都能准确显示,方便工作人员的工作为原则而设计.如图4-4所示.面板中的按钮有停止、启动和手动复位按钮,以与选择大包、中包、小包和散装的按钮.显示灯有大包、中包、小包和散装的显示灯

26、,还有上电显示和灌装过程显示.本系统还设置了两种灌装模式即大瓶、小瓶灌装,四种包装方式即大瓶的大、中、小包装和散装与小瓶的大、中、小包装和散装 .这样做有利于不同层次的需要.图4-4操作面板外形图5系统程序的设计5.1控制要求和控制过程分析系统通过开关设定为自动操作模式,一旦启动,则传送带的驱动电机启动并一直保持到停止开关动作或灌装设备下的传感器检测到一个瓶子时停止；瓶子装满饮料后,传送带驱动电机必须自动启动,并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作.当瓶子定位在灌装设备下时,停顿1s,灌装设备开始工作,灌装过程为小瓶装5s钟,大瓶装8S钟,然后均上盖时间为2秒,灌装和上盖过程应有报警显示,上盖

27、过程停止并不再显示报警；报警方式为红灯以0.5s间隔闪烁.与此同时对生产的饮料进行打包并计数,对于小瓶：40瓶为一大包,30瓶为一中包,20瓶为一小包；对于大瓶：20瓶为一大包,15瓶为一中包,10瓶为一小包.在生产过程中可以对各计数器手动清零,系统每8小时将所记数据送入指定的存储器中,然后将记数器清零.在电动机运转时按下停止按钮,系统会马上停止工作：而在系统进行灌装和加盖时按下停止按钮,系统不会马上停止工作,而要待加盖工作完成后,系统最终停止工作.系统过程流程图和顺序功能图分别如下图5-1和图5-2所示.5.2I/O端口分配X0：启动 Y0：驱动电动机转动X1：停止 Y1：灌装饮料X2：行程

28、开关 Y2：小瓶上盖X3：传感器 Y3：大瓶上盖X4：选择大包包装 Y4：显示大包包装X5：选择中包包装 Y5：显示中包包装X6：选择小包包装 Y6：显示小包包装X7：选择散装 Y7：显示散装X10：手动复位 Y10：系统上电显示Y11：灌装和上盖过程显示图5-1过程流程图图5-2顺序功能图5.3梯形图初始化程序初始化,启动时、按下复位钮和8小时将程序中用到的计数器置零装箱选择程序对生产好的饮料进行装箱选择：X4 X5 X6 X7所对应的按钮SB4 SB5 SB6 SB7分别用于选择包装的类型：大包 中包 小包 散装.流水线主控程序生产流水线主控电路的自动控制：系统通过开关设定为自动操作模式,

29、一旦启动,则传送带的驱动电机启动并一直保持到停止开关动作或灌装设备下的传感器检测到一个瓶子时停止；瓶子装满饮料并上盖后,传送带驱动电机必须自动启动,并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作；当瓶子定位在灌装设备下时,停顿1s,灌装设备开始工作,对于大瓶灌装8秒钟,小瓶则灌装5秒钟,待灌装过程完毕再对饮料瓶进行上盖,上盖时间为2秒钟.当系统正在运行装罐时,按下停止按钮,系统并不会马上停止运行,待上盖工作结束后,系统最终停止运转.闪烁报警程序罐装和上盖过程中闪烁报警记数程序对于小瓶：40瓶为一大包,30瓶为一中包,20瓶为一小包；对于大瓶：20瓶为一大包,15瓶为一中包10瓶为一小包.并且对所装箱和

30、所生产饮料的数量进行计数.数据传送程序设定8小时传输一次数据,将各记数器中所记数据存储到指定的存储器中. 6 程序调试利用软件三菱PLC编程软件GXDeveloper8.86进行仿真运行调试.6.1装箱选择程序的仿真X4 X5 X6 X7分别对应大包 中包 小包和散装的按钮,选择不同的按钮按下,在控制面板上会显示出相应的包装.6.2主控制程序的仿真X0对应启动按钮上电后Y0对应继电器线圈上电并自锁,传送带运行,待写X2对应行程开关上电后,Y0失电,传送带停止,Y1对应灌装电磁阀上电,加饮料5秒钟后,Y1失电,停止加料,Y2对应上盖装置上电,上盖时间为2秒.在传送带运转时,X2X3同时上电,表示

31、检测到大瓶,此后灌装加料过程为8秒.在传送带运转时,按下停止按钮即X1上电系统马上停止工作.在灌装加料和上盖时按下停止按钮,系统不会马上停止工作,而是待灌装和上盖工作结束后,最终停止运转.6.3闪烁报警程序的仿真系统灌装加料Y1上电和上盖Y2上电时,发光二极管报警器Y11会闪烁报警.6.4记数程序的仿真对于小瓶,每大包可装40瓶,并且最后对所装包数进行记数.Equation Chapter Section 17结论与展望本文介绍了基于三菱FX1N-40MR PLC的饮料灌装生产流水线的控制系统的设计.该系统的设计包括硬件设计和软件设计.硬件设计方面,根据系统的控制要求对各硬件设备进行了选型并对

32、三菱FX1N-40MR PLC外部电路接线进行了设计；软件设计方面对软件设计的方法进行了概述,根据要求设计出梯形图并对它进行仿真调试.仿真调试后的控制系统基本上满足以下控制要求：能对空瓶进行运送、灌装,灌装量可根据空瓶大小设定；2对满瓶进行运送与计数,计数值包括累计计数、单位包装计数,单位包装计数量可根据包装大小设定；3能够实现手动复位.利用PLC良好的自动控制性能,本文所设计的饮料灌装生产流水线的控制系统基本上实现了饮料罐装生产过程的无人控制.但对于大型的生产流水线来说,该系统就无法满足其更加复杂、准确、智能的控制要求.该系统需要在传送速率,次品检测等诸多方面作出改进. 基于PLC的饮料灌装

33、生产流水线的控制系统为饮料罐装生产提供了极大地便利,在各种饮料罐装生产行业迅猛发展.随着生产社会化水平的不断提高,基于PLC的饮料灌装生产流水线的控制系统不仅仅局限于饮料罐装生产行业,它在现代的芯片封装,产品包装等流水线作业生产方面也有着相当广阔的前景.致 谢首先感谢宁夏大学新华学院四年来对我的精心培养,这四年是我的一段比较快乐的时光,也是人生中一段宝贵的经历.在本次课题设计中,指导老师丁老师对我的帮助很大,虽然这段时间我的毕业设计进程停滞不前可老师没有将我放弃,一直不厌其烦的督促我,还不时地指导我,这让我很感动.周老师对我的悉心帮助为我打下坚实的理论基础知识,提高个人能力都非常有益,在此我对

34、丁老师表示忠心的感谢和崇高的敬意.参考文献1 孔凡真.饮料无菌冷灌装生产线的应用是大势所趋J.饮料工业,2007,102 刘军.国外饮料灌装机现状为我国灌装机指明发展方向J. 中国包装工业,200993 袁任光.可编程序控制器应用技术与实列M.华南理工大学,2001:8-10.4 柯龙瑞.饮料灌装线设计应考虑的若干因素M.轻工机械 20005 杨旭东、王天杰、刘海生. PLC在饮料灌装机控制系统中的应用J, 机床与液压2005:7-1526 武少斌、殷际英、陈卫.自动化生产线中的饮料灌装技术J.中国科技博览,20067 陈昌伟、胡国清、张冬至.灌装阀与旋盖头测试实验装置设计J.包装工程,200

35、98 黄睿峰饮料生产线的自动加盏器J.燃气器轮试验与研究成都1994,No4P89 辛蓦洪饮料生产设备的使用与维护M.机槭工业10 廖初常.FX系列PLC编程与应用M.机械工业,2005:15-19. 11 王兆义可编程控制器教程M.：机械工业,2005.12 阮友德.电气控制与PLC实训教程M.人民邮电,200513 汪国梁.电机学M机械工业,200714 顾绳谷.电机与拖动基础M. ：机械工业,2007.15 陈杰、黄洪.传感器与检测技术M高等教育,2008附 录指令表：中文翻译可编程控制器技术随着时代的发展,当今的技术也日趋完善、竞争愈演愈烈;单靠人工的操作已不能满足于目前的制造业前景,

36、也无法保证更高质量的要求和高新技术企业的形象.人们在生产实践中看到,自动化给人们带来了极大的便利和产品质量上的保证,同时也减轻了人员的劳动强度,减少了人员上的编制.在许多复杂的生产过程中难以实现的目标控制、整体优化、最佳决策等,熟练的操作工、技术人员或专家、管理者却能够容易判断和操作,可以获得满意的效果.人工智能的研究目标正是利用计算机来实现、模拟这些智能行为,通过人脑与计算机协调工作,以人机结合的模式,为解决十分复杂的问题寻找最佳的途径我们在各种场合看到了继电器连接的控制,那已经是时代的过去,如今的继电器只能作为低端的基层控制模块或者简单的设备中使用到；而PLC的出现也成为了划时代的主题,通

37、过极其稳定的硬件穿插灵活的软件控制,使得自动化走向了新的高潮.PLC的最大特点在于：电气工程师已不再电气的硬件上花费太多的心计,只要将按钮开关或感应器的输入点连接到PLC的输入点上就能解决问题,通过输出点连接接触器或继电器来控制大功率的启动设备,而小功率的输出设备直接连接就可以.PLC的内部包含了具有中央处理器的CPU,并带有外部I/O口扩展的I/O接口地址和存储器三大块组成,CPU的核心是由一个或者多个累加器组成,它们具有逻辑的数学运算能力,并能读取程序存储器的内容通过计算后去驱动相应的存储器和I/O接口；I/O口将内部累加器和外部的输入和输出系统连接起来,并将相关的数据存入程序存储器或者数

38、据存储器中；存储器可以将I/O口输入的数据存入存储器中,并在工作时调转到累加器和I/O接口上,存储器分程序存储器ROM和数据存储器RAM,ROM可以将数据永久的存入存储器中,而RAM只能作为CPU计算时临时计算使用的缓冲空间.PLC的抗干扰是极其优秀的,我们根本不用去关心它的使用寿命和工作场合的恶劣,这些所有的问题已不再成为我们失败的主题,而留给我们的是关心如何来利用PLC的内部资源为我们加强设备的控制能力,使我们的设备更加的柔性.PLC的语言并不是我们所想象的汇编语言或C语言来进行编程,而是采用原有的继电器控制的梯形图,使得电气工程师在编写程序时很容易就理解了PLC的语言,而且很多的非电气专

39、业人士也对PLC很快认识并深入.以上仅仅是PLC的优点之一,这也是人们比较容易理解的一部分,在很多的设备中,人们已不再希望看到太多的控制按钮,它们不但容易损坏而且极易产生人为的失误,小的并不是主要的失误也许你还能够接受；但过大的甚至是致命的失误是我们无法容忍的.新的技术总是为了给我们带来更安全和便捷的操作,使得我们面临的一大堆问题一扫而光,你有了解过HMI吗？这里说HMI你根本不清楚它是什么,也没有兴趣了解,换一个中文把它说明为触摸屏或者人机界面你就知道了,它和PLC的结合给了我们更大的空间.HMI控制不仅仅是减少了控制按钮,增加控制的灵活性,更主要的它是可顺序性的,而且在能够改变数据输入和数

40、据输出反馈,在温度控制曲线的模拟也能直观的显示出来.并且能够通过编写功能帮助程序来提供各种力所能与的帮助,使得操作者减少不必要的失误.HMI的厂商目前也越来越多,功能也越来越强,价格也越来越低,使用的面越来越广.HMI的前景可以说十分的看好.在很多场合,单靠单机的控制是无法保证设备的顺畅运行,而通过设备与设备的信息交流达到我们想要的效果.比如在前包装和后工序的检测,我们就要将包装的信息反馈到检测处,而检测处的信息也要反馈到包装来.这样通过信息共享来使得两者之间起来,形成一个共体,从而使的两者间的配合更加的紧密,在彼此间达到映影相挥的效果.PLC的通信已经愈来愈体现它的价值,在PLC与PLC之间

41、的通信,能够通过信息的沟通和数据的共享来保证设备之间的相互协调,已达到互补的效果.PLC之间的数据转换采用RS232接口来传送数据,而RS232接口只能保证10米的传输距离,如果在1000米的距离内我们可以通过RS485来进行通信,更长的距离只能通过MODEL来进行传输.PLC的数据传送只是将内部的数据传送到对方的一块连续的地址中,我们把它称为一个表,对方的PLC通过读取表中的数据来进行操作.如果表中的数据是一个一般设置的数据的话,那只是一般的数据传送,比如今天的油价上升了,我要把油价的价格传送到所有的输油机上,那就是数据的共享；而当表中的数据是一段控制PLC的指令程序,那就很有难度了,比如你

42、要控制一台机器人来按你想象的动作工作,你会给它编制一段程序并以数据的形式发送过去.信息输送的形式有单工位、半双工位和全双工位的分别.单工位的意义也就是说两者之间,一个只能发送,而一个只能接收,比如一个特务他只能接收上司的指示,而无法给上司回复；半双工位也就是两个能都能发送和接受数据,但不能同时发送和接受,比如你打 时是不能接 ,对方也一样；而全双工位是两者之间都能发送和接受数据,并可同时发送和接受.像互联网就是典型的例子.信息输送的过程也有同步和异步之分：同步的意义在于发送数据时数据线和时钟线是同步的,也就是数据信号和时钟信号同时由CPU进行发送,这需要彼此都要专门的时钟信号来进行传送和接送,

43、并且是强制性的,这种方法的特点在于它的速度极快、但相应占用CPU的工作时间也相对的要长、同时技术难度也非常的大.它的要求在于在一帧的数据传送中不能有一位的误差,不然的话整个数据将发生错误,这在硬件上是一个比较大的难度.在一些专用的设备中应用的越来越广泛,像专用的医疗设备、数字信号设备等,在比较单一数据的传输中,它的效果非常的好.而异步是应用范围最广泛的,这得益于它的技术难度相对要小、同时不需要配制专门的时钟信号、它的特点在于,它的数据是间隔性的,离散性的发送和接受,当CPU太忙的时候可以停顿性去工作,在硬件上也减少了难度,同时数据的丢失相对要少,我们可以通过数据的检测来观察我们发送的数据是否有

44、错误,像奇偶法、累加法和八位效验法等,都可以用来帮助我们检测发送的数据是否有错误发生,通过反馈来进行辨别.信息的传送口线有串口和并口之分：通常的PLC是8位机,当然也有16位机.我们在发送数据的时候可以是一位一位的发送给对方,也可以8位8位的将数据发送到对方,一位和8位区别也就是我们所说的串口发送数据和并口发送数据.串口速度比较慢,但只要两条或者三条口线就能解决问题,并能借用 线来进行远程控制.而并口的传送速度是极快的,它是串口的256倍,在短距离占有优势,由于是TTL电平,一般限于1米的范围,它并不适用于长距离的数据传送,这样成本太昂贵了.很多的情况下我们总喜欢采用串并转换芯片来进行传输,这

45、种情况下不需要我们进行过于复杂的寄存器设置了,而直接通过数据传送指令进行数据交流,但在通信中并不是一个十分可行的办法,因为在发送数据的时候对方的PLC必须一直等待你的数据输出,它不能去做其他的工作.当你在看书的时候,你听到有人敲门、你停下手上的事情、去打开门、并同敲门者对话、这个时候 响了、你示意接个 、在接完 后、回过头来同敲门者继续对话、对话完毕后、你再继续看你的书,这种情况我们把它称为中断,它具有权威性,也具有优先性,PLC具备了这样的功能.它的特点在于我们在设备的操作过程中可能会遇到紧急的突发事件,我们要立刻的停下手上的工作,去处理更重要的事情,这种情况是我们经常所遇到的,PLC在去执

46、行紧急的任务时,总会先保存目前的状态,比如程序的地址,CPU的累加器数据等,就像我们去开门时要记下我们看的书在第几页了或者干脆作个记号,因为我们待会还要继续接着看后面的书.CPU总是按照我们的意愿去做应该做的事情,但你错误的给它一件事情,它也会同样的去做,这一点我们必须注意.中断并不是只有一个,有时会同时存在几个中断,中断具有优先的级别,他们会根据人的要求去执行更高级别的中断.这种中断中的中断也就形成了中断嵌套.当然中断的级别根据各种PLC内部CPU的资源有关,同时也跟堆栈的容量大小也有关系.中断的内容有很多种,比如外部中断、通信中的发送和接受中断、定时和计数的时钟中断、还有WDT复位中断等,

47、它们丰富了CPU在处理各种事务时响应种类.这样讲也许你并不能完全理解中断的内部结构和操作顺序,我们做一个小小的例子来说明.每一个设备总是不会忘记有一个按钮,它也是在我们遇到紧急情况时使用的,那就是急停按钮.当我们遇到人身事故和意外情况时我们只要按下它,机器立即停止所有的操作,并等待处理完意外后再恢复操作.急停按钮连接PLC内部CPU的内部I/O接口上,当按钮给CPU一个外部触发信号时,CPU对I/O进行再次检测,当确认有外部触发信号时,CPU保护现场并将程序计数器自动转到相应的外部I/O中断程序中去,当外部中断程序处理完毕,程序计数器返回到主程序继续工作.有一点可以说明的是我们一般会把急停按钮

48、的外部中断升至最高级别,从而保证安全.当我们在工作完一个工件时,给PLC一个信号,将PLC的内部计数器加1来计算我们一天的工作量时,一个简单的计数器能解决问题,当然它们也能够在掉电的情况下保持数据,促使数据不丢失,这也是我们所渴望的.PLC还具有高级计数器的功能,当我们在接受一些高速的数据时,这里所说的高速是在在微秒级的数据,比如条码扫描机在不断的扫描数据,数据处理器DSP计算的高速信号等,我们就要采用到高级计数器来帮助我们进行计数.它在PLC执行程序时一旦发现高级计数器对应的中断,就会立即放下手上的工作.经过再次编程的梯形图程序说明我们在执行程序时高级计数器会自动的执行对应的工作,从而将高级

49、计数器的级别升至高一级别.你也许听过太多的这个词:死机,大致的意思是CPU工作量过大,内部资源不足等情况造成程序无法运行.PLC也有类似的情况,在PLC内部有一个看门狗WDT,我们可以设置WDT一个程序运行的时间,当程序运行过程中出现程序跳转错误时或者程序繁忙时,程序的运行时间超过WDT的设置时间,CPU转而WDT复位状态.程序重新开始运行,但对中断不会进行破坏.PLC的发展已经从单一的模式进入了通信的网络时代,并同其它的工控网板和I/O卡板轻易的进行共享.组态软件可以将所有的这些硬件连接起来,通过更直观的动画图片来进行控制,并可以通过互联网在异地进行控制,像神舟五号的发射就是采用这种办法来使

50、飞船升空.更高层次的发展需要我们不断的努力来取得.PLC的出现已经足足影响了几代人,我们也从上一辈的经验中获取了更多的知识和教训,来不断的发展PLC技术,将它推向更高浪潮.了解可用的PLC网络的最佳选择,其应用将确保有效率和灵活的控制系统设计.可编程逻辑控制器PLC的能够支持多种通信方法的范围,使之成为一个理想的控制和工业自动化和控制应用各种设施数据采集装置.然而,有一些混乱,因为这么多的可能性存在.为了帮助消除这种混乱,让我们的通讯,可什么时候他们会是最好的应用.为了了解PLC的通信多功能性,让我们首先定义描述的各种制度的用语：ASCII码：这代表着信息交换.1,当字母A是传播,例如,它会自

51、动编码为65由发送设备.接收设备转换的65回答.因此,不同的设备可以相互通信既是使用ASCII代码的其他长.ASCII的模块：这个智能PLC模块是用于连接到PLC的通信也使用ASCII码作为车辆等设备的能力.总线拓扑结构：这是一个线性局部区域网络LAN的安排. A条,其中个别节点成为窃听通讯电缆主要在单点和广播消息.这些消息对旅游的连接点从两个方向的巴士,直到它们被消耗在每个终端的巴士底.CPU：这代表中央处理单元,这其实就是一台计算机,可编程控制器,智能设备或其他地方的算术和逻辑运算的执行和指令被解码和执行的一部分.菊花链：这是对单个设备中的PLC网络,连接描述在那里,每个设备连接到下一个和

52、通信信号从一个单位传递到下一个顺序的方式.分布式控制：这是一个自动化的概念,即一个自动化系统的部分是由单独的控制器,这是在位于其附近地区的直接控制控制分散控制系统与遍布出.主机电脑：这是一个被用来转移的PLC /计算机网络的数据,或接收从一个PLC数据的计算机.智能设备：这个术语描述了自己的CPU配备任何设备.I / O：这代表输入和输出,这些模块处理数据到PLC输入,或从PLC输出信号至外部设备.Kbps：这代表千比特每秒,这是一个衡量的电子数据传输速率.Mbps：这第一个字母.百万比特每秒节点：本术语适用于任何立场或在网络电台之一.每个节点包含一个装置,可以与网络上的所有其他设备.议定书：

53、数据的定义是怎样安排的编码和传输网络上.环形拓扑结构：这是一个局域网的安排,其中每个节点连接到两个其他节点,在一个连续的,封闭的,圆形的路径或导致循环流通,通常在一个方向.有些环拓扑结构有一个特殊的环回功能,让它们继续发挥作用,即使主缆斩断.RS232：这是描述具体的线路连接,电压等级的串行通信IEEE标准,和其他经营通信电子数据参数.此外,还有其他一些遥感的标准.串行：这是一个电子数据传输计划,信息传输一次一个位.串行端口：这通讯上,它被设置为串行通讯设备接入点了.星型拓扑结构：这是一个局域网的安排方式,节点连接到彼此通过一个中央枢纽,它可以主动或被动.活跃的中心执行诸如路由和维护信息网络的

54、职责.中央枢纽只是一个被动的传递沿线的所有连接到它的节点的信息.拓扑：这涉与到一个节点的具体安排在彼此的关系网络.透明：这个术语描述事件或过程的自动成一个系统,不需要特殊的编程或操作员提示兴建.现在,我们正在与这些条款熟悉,让我们看看它们是如何在现有的描述PLC网络选项.PLC网络方案PLC的网络提供一个网络方案,以满足特定的控制和通信需求的各种你.典型的方案包括远程I / O,同辈对同辈,和主机通信,以与局域网.这些网络可以提供可靠和成本之间的有效沟通少两个或几个100的PLC,计算机很多,和其他智能设备.许多PLC的厂商提供的专用网络系统,是独一无二的,不会与另一作出的PLC.这是因为不同

55、的通信协议,命令序列,错误检查计划,并通过传播媒介每个制造商使用.但是,它有可能使不同的PLC的交谈彼此;什么是需要的,是为连接第ASCII码接口,以与与软件的大量工作.远程I / 0系统一个远程I / O配置,如图所示.4A条,已实际投入一些从控制器和CPU的距离和产出.这种类型的系统,它可以作为一个主人和奴隶式的配置描述,使许多遥远的数字和模拟点,由一个单一的PLC控制.通常情况下,远程I / O的连接到CPU通过双绞线或光纤电缆.远程I / O配置可以极具成本效益的控制,是只有少数的I / O点是在分离领域需要广泛的解决方案.在这种情况下,它并不总是必要的,或与此有关的实际,在每个站点有

56、一个控制器.它也不是不切实际的个别硬线交回给长途跋涉的CPU每个I / O点.例如,远程I / O系统可用于购置设备或设施从远程位置的数据.信息,如周期时间,计数,持续时间或事件等则可以被送回PLC的维护和管理报告.在远程I / O配置,主控制器民调苦练的I /目前我的O / O状态.远程I / O系统响应,然后与主PLC的信号,远程I / O来改变输出状态,由在PLC的内存控制程序决定.这整个周期出现每秒数百次.对等点对点网络同行的对等网络,如图所示.4B条,加强协调控制分散在不牺牲可靠性的控制功能.在这种类型的网络,众多的PLC连接到彼此在一个菊花链的方式,和共同的记忆表中的每个内存复制.

57、这样,当任何PLC的数据写入到这个内存区,该信息会自动转移到网络中的所有其他的PLC.然后,他们可以使用他们自己的经营方案此信息.同侪对同侪网络,每个网络中的PLC是为自己负责控制现场,只需要为它自己的责任领域编程.这大大降低了网络方面的编程和调试的复杂性;因为所有通信发生对用户透明,通讯编程是减少到简单的读取和写入报表.在点对点的对等系统,有没有主人的PLC.但是,它可能指定作为掌握PLC的一组作为一个控制器类型使用.这可用于PLC的然后接受来自运营商输入端子输入信息,例如,把所有必要的参数到其它PLC和协调各种活动测序.主机电脑联系也可连接的PLC与计算机或其他智能设备.事实上,大多数的P

58、LC从小到非常大的,可直接连接到电脑或下降一个多主机通过RS232C或RS422端口的计算机网络的一部分.这种电脑组合,最大限度的控制功能的PLC控制和数据采集,以与计算机,数据处理,文件和操作界面.在一个PLC /计算机网络,所有通信都是由主机电脑,它是连接在一个菊花链方式对所有的PLC.这台计算机的网络地址单独的PLC和每一个具体的信息要求.该处理的PLC然后发送该信息的存储和进一步分析的计算机.这个周期发生每秒数百次.主机电脑也可以帮助编程的PLC;强大的编程和文档软件方案可供开发.然后程序可以写在接力阶梯逻辑的PLC电脑并下载.这样,你可以创建,修改,调试,并通过计算机终端显示器PLC

59、程序.除了主机,PLC的接口往往必须与其他设备,如大型建筑物的安全和管理系统操作界面终端.虽然很多智能设备可以通过传统的RS232C通信端口和串行ASCII码的PLC直接,一些没有能力的软件接口与个人的PLC型号.相反,它们通常在固定的传送和接收的数据格式.它的PLC程序员有责任提供必要的软件接口.最简单的方法来提供这种接口的固定格式的智能设备是使用PLC的一个ASCII /基本模块.这个模块基本上是一个小型计算机插入PLC的巴士.配有RS232端口和基本程序,该模块可以很容易处理与周边设备的ASCII通讯,数据采集功能,编程序列,数字运算,报告生成和显示,和其他要求.访问,协议和调制功能的局

60、域网通过使用标准的接口和协议,允许局域网的设备组合可编程控制器,个人电脑,电脑主机,操作界面终端等,从许多不同的供应商进行通信与网络上的其他人.访问：局域网的接入方法可防止在网络上的时间超过一个消息的发生.有两种常见的访问方法.碰撞检测是其中的节点听到网络和传输只有当网络上有没有其他消息.如果两个节点同时传输,碰撞检测和两个节点转发,直到他们的消息通过正常.令牌传递允许每个节点传送只有当它在一个特殊的电子称为令牌信息占有的.令牌传递从节点到节点,使每个有机会传送不受干扰.令牌通常有一个时间限制,以防止绑了很长时间的道理一个节点.议定书：网络协议的方式界定和安排的信息在局域网上传输编码.下面是两

61、种常见的类型.专有的协议是唯一的消息的安排,并由他们与该供应商的产品只能使用特定的供应商开发的编码.开放的协议是根据行业标准,如TCP / IP协议或ISO / OSI的模型,并公开发表.调制：调制是指网络的方式传输编码的电缆进行测试.两种最常见的类型是宽带和基带.网络传输接口PLC的通信绝大部分都是通过RS232C与双绞线电缆.大多数的PLC有一个RS232端口,并处理与东道国电脑,打印机,终端通信能力,以与其他设备.最大传输速度为19.2 Kbps.距离和数据传输率是各种接口标准.他们的实际表现是传动装置制造商之间的功能和显着变化.因此,你应该征询实际距离和数据传输速率能力的制造商的规格唯一的限制是真正的RS232C 50英尺的距离设备之间的建议.虽然RS232C装置往往可以达到比这更大的布线距离的不平衡在更大的敏感性结果的界面设计,周围的电噪音和降低数据完整性.尤其是这样的地方电磁干扰EMI和射频干扰RFI是已知的存在.当传输距离更长,还需要的RS422是一个更好的选择.不同的是RS232C接口,RS422接口,是平衡.其主要方面包括各信号的信号地面两条电线是在相反的逻辑电平始终.因此,该接口可以实现更长的传输距离40