基于PLC的灌裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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摘 要 把蕃茄漿裝入儲存罐是其加工儲存過程中一個(gè)重要工序，人工完成這工序是一個(gè)繁重的過程，效率非常低。可編程控制器(PLC)可靠性高，組合靈活，編程簡單，維修方便，因此，設(shè)計(jì)一套由PLC組成的蕃茄漿灌裝控制系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)通過輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)動和小車在軌道上的移動實(shí)現(xiàn)罐子的輸送。該控制系統(tǒng)，運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠，操作方便，自動化程度高，大大提高了生產(chǎn)效率。 關(guān)鍵詞：蕃茄漿；PLC；灌裝 目 錄 第1章 基于PLC的灌裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理------1 1.1 灌裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析------------------------------------------------------------1 1.2 灌裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)-------------------------------------------------------1 第2章 基于PLC的灌裝系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)-------2 2.1 FX-2N系列可編程控制簡介-----------------------------------------------2 2.1.1 可編程控制器的產(chǎn)生----------------------------------------------------2 2.1.2 可編程控制器的定義----------------------------------------------------2 2.1.3 可編程控制器的發(fā)展趨勢-----------------------------------------------3 2.1.4 可編程控制器的特點(diǎn)----------------------------------------------------4 2.1.5 可編程控制器的主要功能-----------------------------------------------5 2.1.6 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)--------------------------------------------6 2.1.7 可編程控制器各部分的作用-----------------------------------------7 第3章 基于PLC的灌裝系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及改進(jìn)措施--------10 3.1 PLC 輸入、輸出的分配 ---------------------------------------------------------10 3.2 PLC外部接線圖--------------------------------------------------------------10 3.3 PLC程序設(shè)計(jì)流程圖及梯形圖-----------------------------------12 3.4 PLC 灌裝系統(tǒng)的改進(jìn)措施------------------------------------13 致謝-------------------------------------------------------------------------------14 參考文獻(xiàn)-------------------------------------------------------------------------15 第1章 基于PLC的灌裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理 1.1灌裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析 把蕃茄漿裝入儲存罐是其加工儲存過程中一個(gè)重要工序。人工完成這工序是一個(gè)繁重的過程，效率非常低。為了提高產(chǎn)量，節(jié)省人力，同時(shí)保障人身安全，蕃茄漿加工廠家需要一個(gè)自動化程度很高的灌裝控制系統(tǒng)。 可編程控制器(即PLC)可靠性高，組合靈活，編程簡單，維修方便，因此，設(shè)計(jì)一套由PLC組成的蕃茄漿灌裝控制系統(tǒng)。 托盤放在輸入輥道上，依靠輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動到達(dá)輸入輥道末端，等待任務(wù)呼叫。某位發(fā)出任務(wù)呼叫，小車在原位的情況下(小車不在原位，必須等到小車回到原位)，由輸入輥道和小車輥道一起作用把托盤移到小車上，然后小車沿軌道移向任務(wù)呼叫位。到達(dá)任務(wù)呼叫位之后，再由小車輥道和輸出輥道一起作用把托盤移到灌裝頭下面，開始灌裝，同時(shí)小車返回原位。待裝滿漿后，鏟車把托盤移出灌裝線，該位再次發(fā)出任務(wù)呼叫。3個(gè)工位的工作流程一樣。小車在返回原位和移向任務(wù)請求位的過程中要經(jīng)過減速和定位。當(dāng)小車碰到減速開關(guān)時(shí)通過變頻器實(shí)現(xiàn)電機(jī)的減速，處于低速的電機(jī)碰到定位開關(guān)時(shí)馬上斷電，在電機(jī)機(jī)械制動的作用下立即停止移動，實(shí)現(xiàn)定位。 其中SKI～SK4是每位的定位開關(guān)，SK5~SK8是減速開關(guān)， S1～S5檢測托盤是否到位，S6～ S7檢測軌道上是否有障礙物。整個(gè)系統(tǒng)通過輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)動和小車在軌道上的移動實(shí)現(xiàn)罐子的輸送。 該控制系統(tǒng)，運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠，操作方便，自動化程度高，大大提高生產(chǎn)效率，充分發(fā)揮了PLC功能強(qiáng)、編程簡單、故障率低、易維護(hù)保養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)。 1.2灌裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 1、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng) PLC及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。用PLC改造要比實(shí)際電路接線節(jié)省許多成本。 2、編程方便，易于使用 PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識的人員都可在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會。 3、體積小，維護(hù)操作方便 PLC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。PLC的輸入/輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映現(xiàn)場總線信號的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。 第2章 基于PLC的灌裝系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) CPU單元負(fù)責(zé)控制整個(gè)生產(chǎn)過程，輸出模塊向外部設(shè)備傳送輸出信號，使不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作。對執(zhí)行機(jī)構(gòu)狀態(tài)的改變，通過行程開關(guān)或光電傳感器將其信號反饋給輸人模塊，CPU單元又從輸人模塊讀取數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)的變化執(zhí)行不同的控制操作，由此構(gòu)成了整個(gè)控制回路。 根據(jù)系統(tǒng)控制要求、所需的I／O點(diǎn)數(shù)、工作環(huán)境等因素，可編程控制器選用日本三菱公司的FX-2N系列可編程控制器。 2.1 FX-2N系列可編程控制器簡介 2.1.1可編程控制器的產(chǎn)生 20世紀(jì)20年代起，人們把各種繼電器，定時(shí)器，接觸器及其觸點(diǎn)按一定的邏輯關(guān)系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機(jī)械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng)由于它結(jié)構(gòu)簡單，容易掌握，價(jià)格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面甚廣在工業(yè)控制領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位.但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)：設(shè)備體積大靠性差，動作速度慢，功能少，難與實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r(shí)，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差。 20世紀(jì)60年代末期，美國的汽車制造業(yè)競爭激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號不斷更新，它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對整個(gè)開展系統(tǒng)重新配置.為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應(yīng)白熱化的市場競爭要求，1968年美國通用汽車公司公開向社會招標(biāo)，對汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是： (1) 編程方便，可現(xiàn)場修改程序 (2) 維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu) (3) 可靠性高于繼電器控制裝置 (4) 體積小于繼電器控制盤 (5) 數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī) (6) 成本可與繼電器控制盤競爭 (7) 輸入可以是交流150V以上 （8）輸出為交流115V，容量要求在2A以上，可直接驅(qū)動接觸器，電磁閥等 （9）擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最小 （10）用戶存儲器至少能擴(kuò)張到4KB（適應(yīng)當(dāng)時(shí)汽車裝配過程的需要） 十項(xiàng)指標(biāo)的核心要求是采用軟布線（編程）方式代替繼電控制的硬接線方式，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制。 2.1.2可編程控制器的定義 美國國際電工委員會（IEC）在1987年對可編程序控制器做出如下定義：可編程序控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部進(jìn)行存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能的面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破鳂O其相關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 定義強(qiáng)調(diào)了PLC應(yīng)直接應(yīng)用與工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這也是區(qū)別于一般微機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。 定義還強(qiáng)調(diào)了PLC是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”，他也是一種計(jì)算機(jī)，它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的”工業(yè)計(jì)算機(jī)。這種工業(yè)計(jì)算機(jī)采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，它還具有“數(shù)字量和模擬量輸入和輸出”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”，易于“擴(kuò)充”。 2.1.3 可編程控制器的發(fā)展趨勢 PLC總的發(fā)展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 （1）向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，新型器件大幅度的提高功能和降低價(jià)格，使PLC結(jié)構(gòu)更為緊湊，相當(dāng)于一本精裝本書的大小，操作使用十分方便。PLC的功能不斷增加，將原來大、中型PLC才有的功能部分地移植到小型PLC上。 （2）向大容量、高速度方向發(fā)展 大型PLC采用多微處理器系統(tǒng)，有的采用了32位微處理器，可同時(shí)進(jìn)行多任務(wù)操作，處理速度提高，特別是增強(qiáng)了過程控制和數(shù)據(jù)處理的功能。另外，存儲容量大大增加。 （3）智能型I/O模塊的發(fā)展 智能型I/O模塊是以微處理器和存儲器為基礎(chǔ)的功能部件，它們的CPU與PLC的主CPU并行工作，占用主CPU的時(shí)間很少，有利于提高PLC的掃描速度。 （4）基于PLC的編程軟件取代編程器 隨著計(jì)算機(jī)的日益普及，越來越多的用戶使用基于個(gè)人計(jì)算機(jī)上的編程軟件。編程軟件可以對PLC控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，即設(shè)置硬件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，例如設(shè)置各框架各個(gè)插槽上模塊的型號、模塊的參數(shù)、各串行通行接口的參數(shù)等。 （5）PLC編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化 與個(gè)人計(jì)算機(jī)相比，PLC的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開放的。在硬件方面，各廠家的CPU模塊和I/O模塊互不通用。PLC的編程語言和指令系統(tǒng)的功能和表達(dá)式也不一致，因此各廠家的可編程序控制器互不兼容。為了解決這一問題，IEC制定了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中共有5種編程語言，允許編程者在同一程序中使用多種編程語言，這使編程能夠選擇不同的語言來適應(yīng)特殊的工作。 （6）PLC通信的易用化 PLC的通信聯(lián)網(wǎng)功能使它能與個(gè)人計(jì)算機(jī)和其他智能控制設(shè)備交換數(shù)字信息，使系統(tǒng)形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散控制和集中控制。 （7）組態(tài)軟件與PLC的軟件化 個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）的價(jià)格便宜，有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機(jī)交互的功能。 （8）PLC與現(xiàn)場總線相結(jié)合 現(xiàn)場總線I/O與PLC可以組成功能強(qiáng)大的、廉價(jià)的DCS系統(tǒng)。 （9）開發(fā)新型特殊功能模塊 I/O組件可以提高PLC的智能化、高密集度和增大處理能力。 (10) CPU的處理速度進(jìn)一步加快 目前，PLC的處理速度與計(jì)算機(jī)相比還比較慢，最高的CPU也不過80486，將來會全面使用64位的RISC芯片，采用多CPU進(jìn)行處理、分時(shí)處理或分任務(wù)處理方式，將各種模塊智能化，部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化，這樣可使PLC的處理速度達(dá)到納秒級。 2.1.4可編程控制器的特點(diǎn) 1、抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好 PLC在電子線路、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路。I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。具體措施主要有以下幾個(gè)方面： 1）隔離：這是抗干擾的主要措施之一。PLC的輸入、輸出接口電路一般采用光電耦合器來傳遞信號。這種光電隔離措施，使外部電路與內(nèi)部電路之間避免了電的聯(lián)系，可有效的抑制外部干擾源對于PLC的影響，同時(shí)防止外部高電壓串入，從而減少故障和誤操作。 2）濾波：這是抗干擾的另一個(gè)主要措施。在PLC的電源電路和輸入/輸出電路中設(shè)置了多種濾波電路，用以對高頻干擾信號進(jìn)行有效的抑制。 3）對內(nèi)部電源還采用了屏蔽、穩(wěn)壓、保護(hù)等措施，以減少外界干擾，保護(hù)供電質(zhì)量。另外使輸入輸出接口電路電源彼此獨(dú)立，以避免電源之間的干擾。 4）內(nèi)部設(shè)置了連鎖、環(huán)境檢測與診斷、watchdog（“看門狗”）等電路，一旦發(fā)現(xiàn)故障或程序循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過了警戒時(shí)鐘（WDT）規(guī)定時(shí)間（預(yù)示程序進(jìn)入了死循環(huán)），立即報(bào)警，以保證CPU可靠運(yùn)行。 5）利用系統(tǒng)軟件定期進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障檢測，并采用信息保護(hù)和恢復(fù)措施。 6）對用戶程序及動態(tài)工作數(shù)據(jù)進(jìn)行電池備份，以保障停電后有關(guān)狀態(tài)或信息不丟失。 7）采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)工作現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。 8）以集成電路為基本元件，內(nèi)部處理過程不依賴于機(jī)械觸點(diǎn)，以保障高可靠性。而采用循環(huán)掃描的工作循環(huán)方式，也提高了抗干擾能力。 2、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng) PLC及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。 3、編程方便，易于使用 PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣 PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識的人員都可在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會。 4、功能完善 PLC的輸出/輸入功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)與任何形式和性質(zhì)的開關(guān)量和模擬量的輸入/輸出。在PLC內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時(shí)序、計(jì)算機(jī)、主控繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實(shí)現(xiàn)延時(shí)、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)、和強(qiáng)制I/O等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、以及順序控制功能，而且還具備模擬運(yùn)算、顯示、監(jiān)控、打印、及報(bào)表生成等功能。 5、設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短 用繼電器接觸器控制完成一項(xiàng)控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏的布置和接線圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試，以后修改起來十分不便。而采用PLC控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在PLC到貨前進(jìn)行，因而縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。 6、體積小，維護(hù)操作方便 PLC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。PLC的輸入/輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映現(xiàn)場總線信 的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。 7、易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化 PLC可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 8、可實(shí)現(xiàn)三電一體化 PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結(jié)（運(yùn)動控制）這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。 　　　　　　　　　 2.1.5 可編程控制器的主要功能 1、條件控制功能 條件控制（或稱邏輯控制或順序控制）功能是指用PLC的與、或、非指令取代繼電器接觸的串聯(lián)、并聯(lián)極其他各種邏輯連接，進(jìn)行開關(guān)控制。 2、時(shí)/記數(shù)控制功能 定時(shí)/記數(shù)控制功能指用PLC提供的定時(shí)器、記數(shù)器指令實(shí)現(xiàn)對某種操作的定時(shí)或記數(shù)控制，以取代時(shí)間繼電器和記數(shù)繼電器。 3、據(jù)處理功能＼ 數(shù)據(jù)處理功能是指PLC能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算以及編碼和譯碼等操作。 4、步進(jìn)控制功能 步進(jìn)控制功能是指用步進(jìn)指令來實(shí)現(xiàn)在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能進(jìn)行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構(gòu)成的步進(jìn)控制器。 5、A/D與D/A 轉(zhuǎn)換功能 A/D與D/A 轉(zhuǎn)換功能是指通過A/D、D/A模塊完成模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。 6、運(yùn)動控制功能 運(yùn)動控制功能是指通過高速記數(shù)模塊和位置控制模塊等進(jìn)行單軸或多軸運(yùn)動控制。 7、過程控制功能 過程控制功能是指通過PLC的PID控制指令或模塊實(shí)現(xiàn)對溫度、壓力、速度、流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。 8、擴(kuò)展功能 擴(kuò)展功能是指通過連接輸入輸出擴(kuò)展單元（即I/O擴(kuò)展單元）模塊來增加輸入輸出點(diǎn)數(shù)，也可通過附加各種智能單元及特殊功能單元來提高PLC的控制功能。 9、遠(yuǎn)程I/O功能 遠(yuǎn)程I/O功能是指通過I/O單元將分散在遠(yuǎn)距離的各種輸入、輸出設(shè)備與PLC主機(jī)相連接，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，接收輸入信號、傳出輸出信號。 10、通信聯(lián)網(wǎng)功能 通信聯(lián)網(wǎng)功能是指通過PLC之間的聯(lián)網(wǎng)、PLC與上位機(jī)的鏈接等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程I/O控制或數(shù)據(jù)交換，以完成較大規(guī)模系統(tǒng)的復(fù)雜控制。 11、監(jiān)控功能 監(jiān)控功能是指PLC能監(jiān)視系統(tǒng)各部分的進(jìn)行狀態(tài)和進(jìn)程，對系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行報(bào)警和記錄，甚至自動終止運(yùn)行；也可在線調(diào)整、修改控制程序中的定時(shí)器、記數(shù)器等設(shè)定值或強(qiáng)制I/O狀態(tài)。 2.1.6 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu) 目前PLC種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計(jì)算機(jī)，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機(jī)相似。主要包括中央處理單元CPU、存儲器RAM和ROM、輸入輸出接口電路、電源、I/O擴(kuò)展接口、外部設(shè)備接口等。其內(nèi)部也是采用總線結(jié)構(gòu)來進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。 如圖2.1所示，PLC控制系統(tǒng)由輸入量—PLC—輸出量組成，外部的各種開關(guān)信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸入量，它們經(jīng)PLC外部輸入端子，作為PLC的輸出量對外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。由此可見，PLC基本結(jié)構(gòu)由控制部分輸入和輸出組成。 圖2.1 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖 2.1.7可編程控制器各部分的作用 1、中央處理器 CPU是由控制器和運(yùn)算器組成的。運(yùn)算器也稱為算術(shù)邏輯單元，它的功能就是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算?？刂破鞯淖饔檬强刂普麄€(gè)計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件有條不紊地工作，它的基本功能是從內(nèi)存中取指令和執(zhí)行指令。他的重要功能如下： （1） 診斷PLC電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯(cuò)誤。 （2）采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入PLC的寄存器中。 （3）按用戶程序存儲器中存放的先后順序逐條讀取指令，進(jìn)行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)完成各種運(yùn)算和操作。 （4）將存于寄存器中的處理結(jié)果送至輸出端。 （5）應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請求。 2、存儲器 PLC的存儲器分為兩大部分：一大部分是系統(tǒng)存儲器，用來存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及其系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。二大部分是用戶存儲器，包括用戶程序存儲區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。 3、輸入輸出接口電路 PLC通過輸入輸出（I/O）接口電路實(shí)現(xiàn)與外圍設(shè)備的連接。輸入接口通過PLC的輸入端子接受現(xiàn)場輸入設(shè)備的控制信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換成CPU所能接受和處理的數(shù)字信號。 4、電源 PLC的電源是指將外部輸入的交流電經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉(zhuǎn)換成滿足PLC的CPU、存儲器、輸入輸出接口等內(nèi)部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊。 5、輸入輸出I/O擴(kuò)展接口 若主機(jī)單元的I/O點(diǎn)數(shù)不能滿足輸入輸出點(diǎn)數(shù)需要時(shí)，可通過此接口用扁平電纜線將I/O擴(kuò)展單元與主機(jī)單元相連接。 6、 PLC的基本工作原理 PLC采用的是循環(huán)掃描工作方式。對每個(gè)程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。PLC的掃描全過程如圖2.2所示。 圖2.2 PLC的掃描全過程 （1）輸入刷新階段 在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成后關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。 （2）程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。 （3）輸出刷新階段 當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實(shí)際輸出。 顯然掃描周期的長短主要取決與程序的長短。掃描周期越長，響應(yīng)速度越慢。由于每一個(gè)掃描周期只進(jìn)行一次I/O刷新，即每一個(gè)掃描周期PLC只對輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，故使系統(tǒng)存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。由此可見，若輸入變量在I/O刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出會相應(yīng)地發(fā)生變化。反之，若在本次刷新之后輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，而要到下一次掃描的I/O刷新期間輸出才會發(fā)生變化。這對于一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會造成不利影響，反而可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。這是因?yàn)檩斎氩蓸觾H在輸入刷新階段進(jìn)行，PLC在一個(gè)工作周期的大部分時(shí)間里實(shí)際上是外設(shè)隔離的。而工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖式的、短時(shí)的，由于系統(tǒng)響應(yīng)較慢，往往要幾個(gè)掃描周期才響應(yīng)一次，而多次掃描后，因瞬間干擾而引起的誤操作將會大大減少，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。但是對于控制時(shí)間要求較嚴(yán)格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時(shí)采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應(yīng)滯后等不良影響。 第3章 基于PLC的灌裝系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及改進(jìn)措施 3.1 PLC輸入、輸出點(diǎn)的分配 根據(jù)輸入、輸出點(diǎn)分配情況畫出PLC輸入、輸出分配表（表3.1）和PLC外部接線圖（表3.2）。 表3.1 PLC輸入、輸出點(diǎn)分配表 名稱 代號 輸入點(diǎn) 名稱 代號 輸出點(diǎn) 總啟動按鈕 SB1 X0 輸入軌道電動機(jī)用 交流接觸器 KM1 Y0 總停止按鈕 SB2 X1 輸出軌道電動機(jī)用 交流接觸器 KM2 Y1 急停按鈕 SB3 X2 主電動機(jī)用 交流接觸器 KM3 Y2 定位開關(guān) SK1 X3 從電動機(jī)用 交流接觸器 KM4 Y3 定位開關(guān) SK2 X4 小車右移電動機(jī)用 交流接觸器 KM5 Y4 定位開關(guān) SK3 X5 全速電動機(jī)用 交流接觸器 KM6 Y5 定位開關(guān) SK4 X6 減速電動機(jī)用 交流接觸器 KM7 Y6 減速開關(guān) SK5 X7 灌裝電動機(jī)用 交流接觸器 KM8 Y7 減速開關(guān) SK6 X10 減速開關(guān) SK7 X11 減速開關(guān) SK8 X12 檢測托盤開關(guān) S1 X15 檢測托盤開關(guān) S2 X16 檢測托盤開關(guān) S3 X17 檢測托盤開關(guān) S4 X20 檢測托盤開關(guān) S5 X21 檢測障礙物開關(guān) S6 X22 檢測障礙物開關(guān) S7 X23 3.2 PLC外部接線圖： SB1 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X15 X16 X17 X20 X21 X22 X23 COM Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 COM2 FU FX2N—48MR S7 SB3 SK4 SK1 SB2 SK2 SK3 SK5 SK6 SK8 SK7 S1 S3 S2 S5 S4 S6 220V COM1 ~ KM1 KM2 KM3 KM6 KM4 KM5 KM8 KM7 3.3 PLC程序設(shè)計(jì)流程圖及梯形圖 系統(tǒng)上電 啟動 小車原位 小車右移 輸入輾子轉(zhuǎn)動 托盤擋住S1 小車移動 判斷任務(wù)請求 到呼叫位 小車輾子正轉(zhuǎn) 呼叫位輸入輾子轉(zhuǎn)動 托盤到灌裝頭下 裝罐 灌滿 移出罐 小車回軌道 在該系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)中，一類故障輸出的常閉點(diǎn)與復(fù)位輸出的常開點(diǎn)相串聯(lián)，串在系統(tǒng)自動啟動輸出的輸人中(二類故障輸出點(diǎn)不能串在里面)，實(shí)現(xiàn)自動只能在一類故障解除、系統(tǒng)復(fù)位之后才能啟動；為了使托盤能在各部分輥道平穩(wěn)過渡，在每個(gè)過渡過程開始啟動主動電機(jī)，并延時(shí)2 S后從動電機(jī)啟動；某位發(fā)出任務(wù)請求，小車不在原位，PLC對該位的任務(wù)請求要進(jìn)行記憶，小車回到原位執(zhí)行該任務(wù)后，PLC消除該任務(wù)的記憶。梯形圖如圖3.4所示。 圖3.4 3.4 PLC灌裝系統(tǒng)的改進(jìn)措施 系統(tǒng)用到PLC、變頻器，必須采用一些抗干擾措施，否則系統(tǒng)工作不穩(wěn)定甚至無法工作。首先，PLC本身應(yīng)按規(guī)定的接線標(biāo)準(zhǔn)和接地條件進(jìn)行接地，并且避免和變頻器使用共同的接地線，且在接地時(shí)使二者盡可能分開。其次，為了防止電源條件不好引起的干擾，在PLC的電源模塊及輸入、輸出模塊的電源線上，接入噪聲濾波器和用于降低噪聲的變壓器等，而且在變頻器一側(cè)也應(yīng)采取相應(yīng)的措施。最后，由于變頻器和PLC安裝于同一操作柜中時(shí)，因此與變頻器有關(guān)的電線和與PLC有關(guān)的電線盡可能分開，而且通過使用屏蔽線和雙絞線，提高抗噪聲干擾的能力。 致 謝 論文完成，三年的大專生涯即將結(jié)束，感慨萬千！ 首先，我要感謝我的指導(dǎo)老師景老師！在這段日子里，我時(shí)刻體會著景老師嚴(yán)肅的教學(xué)態(tài)度，不辭辛苦的指導(dǎo)精神，一絲不茍的工作作風(fēng)，我想這是夠我一生受用的人格魅力。從課題選擇到論文寫作，整個(gè)過程，景老師傾注了大量的心血。正是在景老師的辛苦指導(dǎo)下，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)才能順利進(jìn)行，我的畢業(yè)論文也才得以順利完成。在此，我向景老師表示深深的敬意和感謝！ 我還要感謝我宿舍的朋友們，在這次畢業(yè)論文的過程中，他們也給予我不少幫助。謝謝你們，你們永遠(yuǎn)是我的好朋友。 參 考 文 獻(xiàn) 1.王焱，葉高翔，朱善安.PLC和觸摸屏在石英石晶體諧振器組裝系統(tǒng)中的應(yīng)用.2006 2.OMRON公司.可編程序控制器SYSMAC/CQM1編程手冊. 1998 3.HITECH ADP3.視窗軟件說明.2002 4.岳明君，趙振.觸摸屏和PLC在棉花打包機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.2006 5.彭增良.PLC與變頻器連接時(shí)應(yīng)裝意的問題.2004 第13頁 共 18頁