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(chǔ)存罐是其加工儲(chǔ)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(dòng)和小車在軌道上的移動(dòng)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(dòng)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-11.2 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)-22.1 FX-2N系列可編程控制簡介-22.1.1 可編程控制器的產(chǎn)生-22.1.2 可編程控制器的定義-22.1.3 可編程控制器的發(fā)展趨勢(shì)-32.1.4 可編程控制器的特點(diǎn)-42.1.5 可編程控制器的主要功能-52.1.6 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)-62.1.7 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-103.1 PLC 輸入、輸出的分配 -103.2 PLC外部接線圖-103.3 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(chǔ)存罐是其加工儲(chǔ)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(dòng)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(dòng)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(qǐng)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(dòng)的作用下立即停止移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)定位。其中SKISK4是每位的定位開關(guān)，SK5SK8是減速開關(guān)， S1S5檢測(cè)托盤是否到位，S6 S7檢測(cè)軌道上是否有障礙物。整個(gè)系統(tǒng)通過輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)動(dòng)和小車在軌道上的移動(dòng)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(dòng)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(chǎng)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(shí)和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識(shí)的人員都可在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。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(chǎng)總線信號(hào)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(hào)，使不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。對(duì)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(hào)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IO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(dòng)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(jìng)爭(zhēng)激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號(hào)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(duì)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求，1968年美國通用汽車公司公開向社會(huì)招標(biāo)，對(duì)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(chǎng)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(jìng)爭(zhēng)(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(dòng)接觸器，電磁閥等（9）擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最?。?0）用戶存儲(chǔ)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(huì)（IEC）在1987年對(duì)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(chǔ)器，用來在其內(nèi)部進(jìn)行存儲(chǔ)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(shì)PLC總的發(fā)展趨勢(shì)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(chǔ)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(chǔ)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(duì)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(hào)、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(chǎng)總線相結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)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(huì)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(jí)。 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(hào)調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對(duì)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(hào)。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(duì)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(duì)高頻干擾信號(hào)進(jìn)行有效的抑制。3）對(duì)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(cè)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(cè)，并采用信息保護(hù)和恢復(fù)措施。6）對(duì)用戶程序及動(dòng)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(chǎng)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(chǎng)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(shí)和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識(shí)的人員都可在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。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(chǎng)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(dòng)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(duì)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(dòng)控制功能運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(duì)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(hào)、傳出輸出信號(hào)。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(duì)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(dòng)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(chǔ)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(hào)、模擬信號(hào)、傳感器檢測(cè)的各種信號(hào)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(duì)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(chǎng)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(chǔ)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(qǐng)求。2、存儲(chǔ)器PLC的存儲(chǔ)器分為兩大部分：一大部分是系統(tǒng)存儲(chǔ)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(chǔ)器，包括用戶程序存儲(chǔ)區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǎng)輸入設(shè)備的控制信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU所能接受和處理的數(shù)字信號(hào)。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(chǔ)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(duì)每個(gè)程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號(hào)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(duì)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(dòng)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(duì)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(huì)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(huì)發(fā)生變化。這對(duì)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(huì)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(chǎng)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(huì)大大減少，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。但是對(duì)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(hào)輸入點(diǎn)名稱代號(hào)輸出點(diǎn)總啟動(dòng)按鈕SB1X0輸入軌道電動(dòng)機(jī)用交流接觸器KM1Y0總停止按鈕SB2X1輸出軌道電動(dòng)機(jī)用交流接觸器KM2Y1急停按鈕SB3X2主電動(dòng)機(jī)用交流接觸器KM3Y2定位開關(guān)SK1X3從電動(dòng)機(jī)用交流接觸器KM4Y3定位開關(guān)SK2X4小車右移電動(dòng)機(jī)用交流接觸器KM5Y4定位開關(guān)SK3X5全速電動(dòng)機(jī)用交流接觸器KM6Y5定位開關(guān)SK4X6減速電動(dòng)機(jī)用交流接觸器KM7Y6減速開關(guān)SK5X7灌裝電動(dòng)機(jī)用交流接觸器KM8Y7減速開關(guān)SK6X10 減速開關(guān)SK7X11減速開關(guān)SK8X12檢測(cè)托盤開關(guān)S1X15檢測(cè)托盤開關(guān)S2X16檢測(cè)托盤開關(guān)S3X17 檢測(cè)托盤開關(guān)S4X20檢測(cè)托盤開關(guān)S5X21檢測(cè)障礙物開關(guān)S6X22檢測(cè)障礙物開關(guān)S7X233.2 PLC外部接線圖：SB1X0X1X2X3X4X5X6X7X10X11X12X15X16X17X20X21X22X23COMY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7COM2FUFX2N48MRS7SB3SK4SK1SB2SK2SK3SK5SK6SK8SK7S1S3S2S5S4S6220VCOM1KM1KM2KM3KM6KM4KM5KM8KM73.3 PLC程序設(shè)計(jì)流程圖及梯形圖系統(tǒng)上電啟動(dòng)小車原位小車右移輸入輾子轉(zhuǎn)動(dòng)托盤擋住S1小車移動(dòng)判斷任務(wù)請(qǐng)求到呼叫位小車輾子正轉(zhuǎn)呼叫位輸入輾子轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)啟動(dòng)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(dòng)只能在一類故障解除、系統(tǒng)復(fù)位之后才能啟動(dòng)；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(dòng)主動(dòng)電機(jī)，并延時(shí)2 S后從動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)；某位發(fā)出任務(wù)請(qǐng)求，小車不在原位，PLC對(duì)該位的任務(wù)請(qǐng)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3.43.4 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(huì)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.20062.OMRON公司.可編程序控制器SYSMAC/CQM1編程手冊(cè). 19983.HITECH ADP3.視窗軟件說明.20024.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.20065.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