PLC自动药片装瓶控制Word格式文档下载.docx
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Summary
下文主要介绍PLC的一些东西，其中有PLC概述，基本结构分类，特点和应用领域，工作原理，编程语言，指令，和梯形图设计基本方法。
其中重点介绍了创新实验“自动药片装瓶机控制”的实验相关。
ArticlemainlyintroducesthePLCsomeofthethings,includingdescriptionofPLC,thebasicstructureoftheclassification,characteristicsandapplicationfield,theworkingprincipleofprogramminglanguage,instructions,andtheladderdiagramdesignbasicmethod.Whichfocusoninnovationexperiment"
automaticpillbottlefillingmachinecontrol"
arerelatedtotheexperiment.
关键字
可编程逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicController）
自动控制（automaticcontrol）
药片装瓶机（Thepillbottlefillingmachine）
顺序功能图（SequentialFunctionChart，SFC）
梯形图简称（LAD）
可编程序控制器（ProgrammableLogicController，PLC），是以微处理器为基础的通用工业控制装置。
它出现于60年代末的美国，当时的目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。
PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。
根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。
控制器和被控对象连接方便。
随着科技的飞速发展，如今Plc的应用面更广、功能更强大、使用更方便，已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLc在民用和家庭自动化的应用也得到了迅速的发展。
PLc的应用面之广、普及程度之高，是其他计算机控制设备无法比拟的。
Plc主要由cpu模块、输入模块、输出模块和编程器组成，如下图
Plc的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务。
1．中央处理单元（CPU）
在PLC中CPU按系统程序赋予的功能，指挥PLC有条不紊地进行工作，归纳起来主要有以下几个方面：
1）接收从编程器输入的用户程序和数据。
2）诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。
3）通过输入接口接收现场的状态或数据，并存入输入映象寄有器或数据寄存器中。
4）从存储器逐条读取用户程序，经过解释后执行。
5）根据执行的结果，更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，通过输出单元实现输出控制。
有些PLC还具有制表打印或数据通信等功能。
2．存储器
PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两种。
系统存储器用于存放PLC的系统程序，用户存储器用于存放PLC的用户程序。
现在的PLC一般均采用可电擦除的E2PROM存储器来作为系统存储器和用户存储器。
2.输入/输出单元
PLC提供了多种操作电平和驱动能力的I/O接口，有各种各样功能的I/O接口供用户选用。
I/O接口的主要类型有：
数字量（开关量）输入、数字量（开关量）输出、模拟量输入、模拟量输出等。
4．通信接口
PLC配有各种通信接口，这些通信接口一般都带有通信处理器。
PLC通过这些通信接口可与监视器、打印机、其它PLC、计算机等设备实现通信。
PLC与打印机连接，可将过程信息、系统参数等输出打印；
与监视器连接，可将控制过程图像显示出来；
与其它PLC连接，可组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制。
与计算机连接，可组成多级分布式控制系统，实现控制与管理相结合。
远程I/O系统也必须配备相应的通信接口模块。
5．智能接口模块
智能接口模块是一独立的计算机系统，它有自己的CPU、系统程序、存储器以及与PLC系统总线相连的接口。
它作为PLC系统的一个模块，通过总线与PLC相连，进行数据交换，并在PLC的协调管理下独立地进行工作。
PLC的智能接口模块种类很多，如：
高速计数模块、闭环控制模块、运动控制模块、中断控制模块等。
6.电源
PLC配有开关电源，以供内部电路使用。
与普通电源相比，PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。
对电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电源电压在其额定值±
15%的范围内波动。
许多PLC还向外提供直流24V稳压电源，用于对外部传感器供电。
7.其它外部设备
除了以上所述的部件和设备外，PLC还有许多外部设备，如EPROM写入器、外存储器、人/机接口装置等。
EPROM写入器是用来将用户程序固化到EPROM存储器中的一种PLC外部设备。
为了使调试好用户程序不易丢失，经常用EPROM写入器将PLC内RAM保存到EPROM中。
PLC内部的半导体存储器称为内存储器。
有时可用外部的磁带、磁盘和用半导体存储器作成的存储盒等来存储PLC的用户程序，这些存储器件称为外存储器。
外存储器一般是通过编程器或其它智能模块提供的接口，实现与内存储器之间相互传送用户程序。
人/机接口装置是用来实现操作人员与PLC控制系统的对话。
最简单、最普遍的人/机接口装置由安装在控制台上的按钮、转换开关、拨码开关、指示灯、LED显示器、声光报警器等器件构成。
对于PLC系统，还可采用半智能型CRT人/机接口装置和智能型终端人/机接口装置。
半智能型CRT人/机接口装置可长期安装在控制台上，通过通信接口接收来自PLC的信息并在CRT上显示出来；
而智能型终端人/机接口装置有自己的微处理器和存储器，能够与操作人员快速交换信息，并通过通信接口与PLC相连，也可作为独立的节点接入PLC网络。
可编程序控制器PLC的分类PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。
对PLC的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。
1．按结构形式分类
根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。
（1）整体式PLC整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。
小型PLC一般采用这种整体式结构。
整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。
基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。
扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU。
基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。
整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。
（2）模块式PLC模块式PLC是将PLC各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。
模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。
模块装在框架或基板的插座上。
这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。
大、中型PLC一般采用模块式结构。
还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。
叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。
这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。
2．按功能分类
根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。
（1）低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。
主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。
（2）中档PLC除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。
有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。
（3）高档PLC除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。
高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。
3．按I/O点数分类
根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。
（1）.小型PLC——I/O点数<
256点；
单CPU、8位或16位处理器、用户存储器容量4K字以下。
如：
GE-I型美国通用电气（GE）公司TI100美国德洲仪器公司F、F1、F2日本三菱电气公司C20C40日本立石公司（欧姆龙）S7-200德国西门子公司EX20EX40日本东芝公司SR-20/21中外合资无锡华光电子工业有限公司
（2）.中型PLC——I/O点数256～2048点；
双CPU，用户存储器容量2～8K如：
S7-300德国西门子公司SR-400中外合资无锡华光电子工业有限公司SU-5、SU-6德国西门子公司C-500日本立石公司GE-ⅢGE公司
（3）.大型PLC——I/O点数>
2048点；
多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量8～16K如：
S7-400德国西门子公司GE-ⅣGE公司C-2000立石公司K3三菱公司等
工作方式：
周期循环扫描扫描过程图如下
工作过程：
自诊断，输入采样，程序扫描，输出刷新几个阶段。
扫描周期：
T=自检时间+读入一点时间×
输入点数+程序步数×
运算速度+输出一时间×
输出点数
工作过程示意图如下
在国际电工委员会公布的IEC61131第三部分编程语言中详细地说明了语法，语义和下属五种编程语言
（1）.顺序功能图（SequentialFunctionChart，SFC）。
（2）.梯形图（LadderDiagram，LD）。
（3）.功能模块（FunctionBlockDiagram，FBD）。
（4）.指令表（InstructionList，IL）
（5）.结构文本（StructuredText，ST）。
顺序功能图
指描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作（或命令）组成。
它具有简单、直观等特点，是设计PLC顺序控制程序的一种有力工具。
顺序控制功能图设计法是指用转换条件控制代表各步的编程元件，让它们的状态按一定的顺序变化，然后用代表各步的编程元件去控制PLC的各输出继电器。
梯形图
梯形图是使用得最多的PLC图形编程语言。
梯形图与继电器控制系统的电路图相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂熟悉继电器控制的技术人员掌握，特别适用于数字量逻辑控制。
有时把梯形图称为电路或程序。
梯形图的最基本元素是个"
接触点"
（contact）。
接触点只有两种状态:
开路或闭路。
开路时电流将无法流过此接触点,但是闭路时电流将能通过它流向下一个元素。
最简单的接触点是需要外力（比如人的手指）才可以改变状态的开关。
限位开关则是被安置在移动机械设备不同位置的小开关,当机械设备移动时便会将相应地点的限位开关设为开路或闭路状态。
功能块图
这是一种类似于数字逻辑电路的编程语言，有数字电路基础的人很容易掌握。
该编程语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入、输出端的小圆圈表示“非”运算，信号是自左向右流动的。
象SFC一样，功能块图FBD也是一种图形语言，在FBD中也允许嵌入别的语言（如梯形图、指令表和结构文本）。
指令表
由若干条指令组成的程序叫做指令表程序，有的厂家将指令称为语句可编程序控制器的指令是一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式，但是小型可编程序控制器的指令系统比汇编语言的简单得多，指令表程序较难阅读，其中的逻辑关系很难一眼看出，所以在设计时一般使用梯形图语言。
如果使用简易编程器，则必须将梯形图转换成指令表后再写入可编程序控制器，这种转换的规则是很简单的。
在用户程序存储器中，指令按步序号顺序排列。
不同厂家生产的PLC所使用的指令助记符是不同的。
结构文本
结构文本（ST）是为IEC1131-3标准创建的一种专用的高级编程语言，受过计算机编程语言训练的人将会发现用它来编制控制逻辑是很容易的。
与梯形图相比，ST有两个很大的优点，其一是能实现复杂的数学运算，其二是非常简洁和紧凑，用ST编制极其复杂的数学运算程序可能只占一页纸。
instructionset
S7-200的编程软件我们用STEP7-MicroWINV4.0SP6；
仿真软件有很多非官方的都可以用。
指令系统
1触点、线圈指令及双线圈
逻辑取及线圈驱动指令为“LD”、“LDN”和“=”。
LD（Load）：
取指令。
用于网络块逻辑运算开始的常开触点与母线的连接。
LDN（LoadNot）：
取反指令。
用于网络块逻辑运算开始的常闭触点与母线的连接。
=（Out）：
线圈驱动指令。
2置位及复位指令
S（Set）:
置位指令、R（Reset）:
复位指令
置位即置1，复位即置0。
置位和复位指令可以将位存储区的某一位开始的一个或多个（最多可达255个）同类存储器位置1或置0。
这两条指令在使用时需指明三点：
操作性质、开始位和位的数量。
3脉冲生成指令
脉冲生成指令为EU（EdgeUp）、ED（EdgeDown）.
4.立即指令
立即指令是为了提高PLC对输入/输出的响应速度而设置的，它不受PLC循环扫描工作方式的影响，允许对输入输出点进行快速直接存取。
5.逻辑堆栈操作指令
S7-200系列PLC使用一个9层堆栈来处理所有逻辑操作。
堆栈是一组能够存储和取出数据的暂存单元，其特点是“先进后出”。
每一次进行入栈操作，新值放入栈顶，栈底值丢失；
每一次进行出栈操作，栈顶值弹出，栈底值补进随机数。
逻辑堆栈指令主要用来完成对触点进行的复杂连接。
S7-200中把ALD、OLD、LPS、LRD、LPP指令都归纳为栈操作指令。
6.定时器指令
（1）种类：
系统提供3种类型定时器：
TON、TONR和TOF。
（2）分辨率与定时时间的计算精度等级：
单位时间的时间增量称为分辨率S。
有3个等级：
1ms、10ms和100ms，定时器定时时间T的计算：
T=PT×
S。
（3）定时器的编号：
用名称和常数编号（最大255）
7.计数器指令
计数器用来累计输入脉冲的次数,在实际应用中用来对产品进行计数或完成复杂的逻辑控制任务。
8.结束指令
结束指令分为有条件结束指令END和无条件结束指令MEND。
两条指令在梯形图中以线圈形式编程。
指令不含操作数。
执行完结束指令后，系统结束主程序，返回到主程序起点。
9.停止指令STOP
STOP指令有效时，可以使主机CPU的工作方式由RUN切换到STOP，从而立即中止用户程序的执行。
STOP指令在梯形图中以线圈形式编程。
STOP指令可以用在主程序、子程序和中断程序中。
STOP和END指令通常在程序中用来对突发紧急事件进行处理，以避免实际生产中的重大损失。
PLCdesignApproach
一.梯形图的经验设计法
可以用设计继电器电路图的方法来设计比较简单的数字量系统的梯形图，即在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断的修改和完善梯形图。
有时需要多次反复的调试和修改梯形图，增加一些中间编程元件和触点，最后才能得到一个满意的结果。
这种方法没有普遍的规律可循，具有很大的随意性和试探性，最后的结果不是唯一的，设计所用的时间、设计质量与设计者的经验有很大的关系，所以有人把这种设计法叫做经验设计法，它可以用于较为简单的梯形图的设计。
步骤
1.分解梯形图程序。
2.输入信号逻辑组合。
3.使用辅助元件和辅助触点。
4.使用定时器和计数器。
5.使用功能指令。
6.画互锁条件。
7.画保护条件。
2．根据继电器电路图设计梯形图的方法
PLC使用与继电器电路图极为相似的梯形图语言，如果用PLC改造继电器控制系统，根据继电器电路图来设计梯形图是一条捷径。
这是因为原有的继电器控制系统经过长时间的使用和考验，已经被证明能完成系统要求的控制功能，而继电器电路又与梯形图有很多相似之处，因此可以将继电器电路图“翻译”成梯形图，即用PLC的外部硬件接线图和梯形图程序来实现继电器系统的功能。
这种设计方法一般不需要改动控制面板，保持了系统原有的外部特性，操作人员不用改变长期形成的工作习惯。
在分析PLC控制系统的功能时，可以将PLC想象成一个继电器控制系统中的控制箱，其外部接线图描述了控制箱的外部接线，梯形图是这个控制箱的内部的‘线路图’，梯形图中的输入位（I）和输出位（Q）是这个控制箱与外部世界联系的‘接口继电器’，这样就可以用分析继电器电路图的方法来分析PLC控制系统。
在分析时可以将梯形图中输入的触点想象成对应的尾部输入器件的触点，将输出为的线圈想象成对应的外部负载的线圈外部负载的线圈除了受梯形图的控制外，还可以接受外部触点的控制。
1）。
了解和熟悉被控制设备的工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理，这样才能做到在设计和调试控制系统时心中有数。
2）。
确定PLC的输入信号和输出负载，以及与它们对应的梯形图中的输入位和输出位的地址，画出PLC的外部接线图。
3）。
确定于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韦存储器（M）和定时器（T）的地址。
这俩步建立了继电器电路图中的元件的地址之间的对应关系。
4）。
根据上述对应关系画出梯形图。
三．顺序控制设计法与顺序功能图
所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有序的进行操作。
使用顺序控制设计法时首先根据系统的工艺过程，画出顺序功能图，然后根据顺序功能图画出梯形图。
有的PLC为用户提供了顺序功能图语言，再编程软件中生成顺序功能图后便完成了编程工作这事一种先进的设计方法，很容易被初学者接受，对于有经验的工程师，也会提高设计的效率，程序的调试、修改和阅读也很方便。
顺序功能图（sequentialfunctionchart）是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计PLC的顺序控制程序的有力工具。
顺序功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，它是一种通用的技术语言，可以供进一步设计和不同人员之间进行的技术交流之用。
顺序控制设计法的主要由5个部分组成：
工步、有向连接、转换、转换条件、命令与动作。
工步：
将一个系统的一个工作周期分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步，步是根据输出量的状态变化来划分的，在任何一步之内，各输出量的ON/OFF状态不变，但是相邻步的输出量总的状态是不同的。
有向连接：
在顺序功能途中随着时间的推移和转换条件的实现，将会发生步的活动状态的进展这种进展按照有向连接规定的路线和方向进行。
转换：
转换用有向连线上与有向连线垂直的短线来表示，转换将相邻两步分隔开。
转换条件：
是系统由当前活动步进入下一步的信号称为转换条件，转换条件可以是外部信号也可以是PLC内部产生的信号。
命令与动作：
对于被控系统，在某一步中要完成某一“动作”，对于施控系统，在某一步中则要向被控系统发出某些“指令”。
1.顺序功能图的基本结构
单序列：
由一系列相继激活的步组成，每一步的后面仅有一个转换，每一个转换的后面只有一个步，单序列没有分支与合并。
选择序列：
选择序列的开始称为分支，转换符号只能标在水平线之下，选择序列的结束称为合并，几个选择序列合并到一个公共序列时，用需要重新组合的序列相同数量的转换符号和水平线来表示，转换符号只允许标在水平线之上。
并行序列：
表示系统的几个同时工作的独立部分的工作情况，并行序列的开始称为分支，当转换的实现导致几个序列同时激活时，这些序列称为并行序列。
并行序列的结束称为合并，在表示同步的水平双线之下，只允许有一个转换符号。
plc自动药片装瓶机控制
在制药车间将一定数量的药片自动连续地装入到药瓶中。
系统控制模型如图所示。
按下按钮S1（I0.1）、S2（I0.2）或S3（I0.3），可选择每瓶装入3片、5片或7片，通过指示灯H1（Q0.1）、H2（Q0.2）或H3（Q0.3）表示当前每瓶的装药数量。
当选定要装入药瓶的装药数量后，接通系统开关K0（I0.0），电动机M（Q0.0）驱动皮带机运转，检测到待装药瓶到位后位置检测开关K1（I0.4）接通，皮带机停止运转。
当电磁阀Y（Q0.4）打开装有药片的装置后，通过光电传感器B1（I0.5），对进入药瓶的药片进行计数，当药瓶中的药片达到预先选定的数量后，电磁阀Y关闭，皮带机重新自动启动，使药片装瓶过程自动连续进行。
如果当前的装药过程正在进行时，需要改变药片装入数量（例如由7片改为5片），则只有在当前药瓶装满后，从下一个药瓶开始装入改变后的数量。
如果在装药过程中断开系统开关，则在当前药瓶装满后，系统停止运行。
I/o接口分配
I0.0系统开关I0.1开关（三颗药）I0.2开关（五颗药）
I0.3开关（七颗药）I0.4药瓶检测I0.5药片检测
Q0.0皮带Q0.1指示灯（三颗药）Q0.2指示灯（五颗药）
Q0.3指示灯（七颗药）Q0.4装药装置
I0.0
用以转换为中心的顺序控制梯形图设计方法画出梯形图如下：
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