饮料灌装机的plc控制系统Word文档格式.docx
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工业现代化的进程，对生产过程的自动控制和信息通信提出了更高的要求。
工业自动化系统已经从单机的PLC控制发展到多PLC及人机界面（HMI，HumanMachineInterface）的网络控制。
早期的灌装生产流水线大多数采用容积泵式、蠕动泵式作为计量方式。
这些方式存在一些缺点。
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。
并且在本系统还具有数据统计和故障报警功能，能够准确的将生产情况告知用户，使用户能灵活的调整生产方式和方便的了解到设备的即时运行状态。
PLC是以微处理器为核心的工业控制装置，控制具有编程简单、工作可靠、使用方便等特点，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。
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。
文章刚开始介绍了PLC的相关知识，接着以饮料灌装流水线为例，介绍了PLC在饮料灌装流水线中的应用，给出了详细的程序设计过程。
利用PLC控制饮料灌装生产过程，可有效提高灌装生产效率，并显著增加控制系统的可靠性和柔性。
第1章绪论
1.1设计内容：
1.2控制要求：
（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。
（2）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5s钟，灌装过程应有报警显示，5s后停止并不再显示报警；
报警方式为红灯以0.5s间隔闪烁。
（3）用两个传感器和若干个加法器检测并记录空瓶数和满瓶数，一旦启动系统后，必须记录空瓶数和满瓶数，设最多不超过99999999瓶。
（4）可以手动对计数值清零（复位）。
1.3灌装流水线示意图
第2章：
系统总体方案设计
2.1PLC的工作原理
PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:
一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程；
而有关外围设备，逗应按易于与工业系统练成一个整体，易于扩充起功能的原则设计。
PLC是按集中输入、集中输出，周期性循环扫描的工作方式进行工作的，即顺序扫描，不断循环这种工作方式是在系统软件控制下进行的。
当PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编写好并存于用户存储器中的程序，按序号作周期性的程序循环扫描，程序从第一条指令开始，逐条顺序执行用户的程序直到程序结束。
然后重新返回第一条指令，再开始下一次扫描；
如此周而复始。
实际上，PLC扫描工作除了执行用户程序外，还要完成其他工作，整个工作过程分为自诊断、通讯服务、输入处理、输出处理、程序执行五个阶段。
如图2-1：
图2-1PLC循环扫描工作图
2.2可编程序控制器的组成
可编程序控制器硬件由中央处理单元（CPU）、电源、存储器、输入/输出单元、电源部分扩展接口、通讯接口、编程设备和其他组件。
（1）中央处理单元（CPU）
中央处理单元（CentralProcessorUnit简称CPU）一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路集中在一个芯片内。
CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入/输出接口电路相连接。
它是可编程序控制器的心脏部分。
CPU由主要任务是控制用户程序和数据的接收与存储。
（2）存储器
PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。
系统存储器用来存放由PLC生产厂家编写的程序系统，并固化在ROM内，用户不能更改。
它使PLC具有基本功能，能完成PLC设计者规定的各项工作。
系统的内容主要包括三部分：
系统管理程序、用户指令解释程序和标准程序模块与系统调用管理程序。
用户存储器包括用户程序存储器和用户数据存储器两部分。
用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的应用程序。
用户数据存储器可以用来存放用户程序中所使用器件的ON/OFF状态和数据值、数据等，是反映PLC性能的重要指标之一。
（3）输入/输出单元
PLC的输入和输出信号类型可以是那开关量、模拟量。
输入/输出接口单元包含两部分：
一部分是与被控设备相连接的接口电路，另一部分是输入和输出的映像寄存器。
输入单元接收来自用户设备的各种控制信号以及其他一些传感信号。
外部接口电路将这些信号转化成CPU能识别和处理的信号，并存到输入输入映像寄存器。
运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并结合其他元器件最新的信息，按照用户程序进行计算，将有关输出的最新结果放到输出映像寄存器。
输出映像寄存器由输出点相对应的触发器组成，输出接口电路将其由弱电控制程序控制信号转化成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯等被控设备的执行元件。
（4）电源部分
PLC一般使用220V的交流电源或24V直流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、12V、24V等直流电源，整体式的小型PLC还提供一定容量的直流24 V电源，供外部有源传感器使用。
（5）扩展接口
扩展接口用于将扩展单元或功能模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活，以满足不同控制系统的需求。
（6）通讯接口
为了实现“人—机”或“机—机”之间的对话，有些PLC配有一定的通讯接口。
PLC通过这些通讯接口可以与显示设定单元、触摸屏、打印机相连，提供方便的人机交互途径；
也可以与其他的PLC、计算机以及现场总线网络连接，组成多系统或工业网络控制系统。
（7）编程设备
过去的编程设备一般是编程器，其功能仅限于用户程序读写和调试。
读写程序只能使用最不直观的语句表语言，操作繁琐不变。
现在PLC生产厂家不在提供编程器，取而代之的是给用户配置在PC上运行的基于Windows的编程软件。
使用编程软件可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不能编程语言的转换。
程序被编译后下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。
程序可以保存和打印，通过网络还可以实现远程编程和传送。
更方便的是编程软件的实时调试功能非常强大，不仅能监视PLC运行过程中的各种参数和程序执行结果，还能进行智能化的故障诊断。
（8）其他部件
需要时，PLC可配有存储卡、电池卡等。
2.3可编程序控制器的特点
现代工业生产是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。
可编程序控制器一经出现就受到了广大工程技术人员的欢迎。
它的主要特点如下：
（1）抗干扰能力强，可靠性高。
微机虽然具有很强的功能，但抗干扰能力差，工业现场的电磁干扰，电源波动，机械振动，温度和湿度的变化，都可以使一般通用微机不能正常工作。
而PLC在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取生产厂家长期积累的工业控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路，I／0系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；
在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有精确考虑；
在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施；
在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施；
所有这些使PLC具有较高的抗干扰能力。
PLC的平均无故障时间通常在几万小时以上，这是一般微机不能比拟的。
继电器—接触器控制系统虽有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触点，使设备连线复杂，且触点在开闭时易受电弧的损害，寿命短，系统可靠性差。
而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和繁杂连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高。
（2）控制系统结构简单，通用性强。
PLC及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。
在PLC构成的控制系统中，只需在PLC的端子上接入相应的输入输出信号线即可，不需要诸如继电器之类的物理器件和大量而又繁杂的硬接线线路。
当需要变更控制系统的功能时，可以用编程器在线或离线修改程序，同一个PLC装置用于不同的控制对象，只是输入输出组件和应用软件的不同。
PLC的输入输出可直接与交流220V，直流24V等强电相连，并有较强的带负载能力。
（3）编程方便，易于使用。
PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯。
PLC程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。
梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和工艺知识的人员都可在短时间学会。
（4）功能完善,成本低。
PLC的输入输出系统功能完善，性能可靠，能够适应于各种形式和性质的开关量和模拟量的输入输出。
由于采用了微处理器，它能够很方便地实现定时、计数、锁存、比较、跳转和强制I/O等诸多功能，不仅具有逻辑运算、算术运算、数制转换以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印及报表生成功能。
此外，它还可以和其他微机系统、控制设备共同组成分布式或分散式控制系统，还能实现成组数据传送、矩阵运算、闭环控制、排序与查表、函数运算及快速中断等功能。
因此PLC具有极强的适应性，能够很好地满足各种类型控制的需要。
（5）设计、施工、调试的周期短
用继电器完成一项控制工程，首先必须按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏的布置和接线图等，进行调试等，以后修改起来十分不便。
而采用PLC控制，由于其硬软件齐全，为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在PLC到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工同时进行。
由于用软件编程取代了硬接线实现控制功能大大减轻了繁重的安装接线工作。
因为PLC是通过程序完成控制任务，采用了方便用户的工业编程语言，且都具有强制和仿真的功能，故程序的设计、修改和调试都很方便，这样大大缩短了设计和投运周期。
（6）维修方便
PLC的输入/输出的端子能够直观地反映现场信号的变化状态，通过编程工具直观的观察控制程序和控制系统的运行状态，如内部工作状态、通讯状态、I/O点状态、异常状态和电源状态等，极大的方便了维修人员查找故障，缩短了对系统的维护时间。
2.4可编程控制器PLC的应用
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、制药、电力、机械制造、汽车、批量控制、装卸、造纸/纸浆、食品/粮食加工、织坊、环保及文化娱乐等各个行业，PLC的主要应用可归纳为如下几种：
。
（1）开关量的逻辑控制。
这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。
如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
（2）模拟量控制。
在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。
为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。
PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。
（3）运动控制。
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。
从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。
如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。
世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
（4）过程控制。
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。
作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。
PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。
大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。
PID处理一般是运行专用的PID子程序。
过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
（5）数据处理。
现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。
这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。
数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；
也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
（6）通信及联网。
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。
新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
2.5PLC的编程语言
编程语言是PLC的重要组成部分，PLC为用户提供了完整的编程语言，以适应编制用户程序的需要。
PLC提供的编程语言通常有以下几种：
梯形图、功能块图、顺序功能图、结构化文本和指令表。
（1）梯形图（LD）
梯形图是最早使用的一种PLC的编程语言，也是现在最常用的编程语言它是从继电器控制原理图的基础上演变而来的，它继承了继电器控制系统中的基本工作原理和电器逻辑关系的表示方法，梯形图和继电器控制系统梯形图基本思想一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定的区别，所以在逻辑顺序控制系统中得到了广泛的使用。
它的最大的特点就是直观、清晰。
梯形图语言简单明了，易于理解，是所有编辑语言的首选。
（2）功能块图（FBD）
功能块图是另一种图形式的PLC编程语言。
它使用像电子电路中的各种门电路，加上输入、输出，通过一定的逻辑连接方式来完成控制逻辑，它可以把函数和功能块连接到电路中，完成各种复杂的功能和计算。
使用功能块图，用户可以编辑出自己的函数和功能块。
另外由于使用习惯问题，在我们国家使用功能块图编辑的人不多。
（3）顺序功能图（SFC）
顺序功能图，亦称功能图。
SFC编程方法是法国人发现的，它是一种真正的图形化的编程方法。
在SFC中，最重要的三个元素是状态和状态相关的动作、转移。
（4）结构化文本（ST）
结构化文本是一种较新的编程语言，是一种用于PLC的结构化方式编程的语言。
使用ST可以编制出非常复杂的数据处理或逻辑控制程序。
过去的PLC一般都没有ST编程语言。
（5）指令表（IL）
指令表也是一种比较早的PLC的编程语言，它使用一些逻辑和功能指令的缩略语来表示相应的指令功能，类似于计算机中的助记符语言，是用一个或几个容易记忆的字符来代表PLC的某种操作功能。
按照一定的语法和句法编写出一行一行的程序。
来实现所要求的控制任务的逻辑关系或运算。
2.6系统可靠性设计
用PLC实现对系统的控制是非常可靠的。
这是因为PLC在硬件与软件两个方面都采取了很多措施，确保它能可靠工作。
事实上，如果PLC工作不可靠，就无法在工业环境下运用，也就不成其为PLC了。
（1）在硬件方面：
PLC的输入输出电路与内部CPU是电隔离。
其信息靠光耦器件或电磁器件传递。
而且，CPU板还有抗电磁干扰的屏蔽措施。
故可确保PLC程序的运行不受外界的电与磁干扰，能正常地工作。
PLC使用的元器件多为无触点的，而且为高度集成的，数量并不太多，也为其可靠工作提供了物质基础。
在机械结构设计与制造工艺上，为使PLC能安全可靠地工作，也采取了很多措施，可确保PLC耐振动、耐冲击。
使用环境温度可高达摄氏50多度，有的PLC可高达80--90度。
有的PLC的模块可热备，一个主机工作，另一个主机也运转，但不参与控制，仅作备份。
一旦工作主机出现故障，热备的可自动接替其工作。
还有更进一步冗余的，采用三取一的设计，CPU、I/O模块、电源模块都冗余或其中的部分冗余。
三套同时工作，最终输出取决于三者中的多数决定的结果。
这可使系统出故障的机率几乎为零，做到万无一失。
当然，这样的系统成本是很高的，只用于特别重要的场合，如铁路车站的道叉控制系统。
（2）在软件方面：
PLC的工作方式为扫描加中断，这既可保证它能有序地工作，避免继电控制系统常出现的冒险竞争，其控制结果总是确定的；
而且又能应急处理急于处理的控制，保证了PLC对应急情况的及时响应，使PLC能可靠地工作。
为监控PLC运行程序是否正常，PLC系统都设置了看门狗（Watchingdog）监控程序。
运行用户程序开始时，先清看门狗定时器，并开始计时。
当用户程序一个循环运行完了，则查看定时器的计时值。
若超时（一般不超过100ms），则报警。
严重超时，还可使PLC停止工作。
用户可依报警信号采取相应的应急措施。
定时器的计时值若不超时，则重复起始的过程，PLC将正常工作。
显然，有了这个看门狗监控程序，可保证PLC用户程序的正常运行，可避免出现死循环而影响其工作的可靠性。
PLC还有很多防止及检测故障的指令，以产生各重要模块工作正常与否的提示信号。
可通过编制相应的用户程序，对PLC的工作状况，以及PLC所控制的系统进行监控，以确保其可靠工作。
PLC每次上电后，还都要运行自检程序及对系统进行初始化。
这是系统程序配置了的，用户可不干预。
出现故障时有相应的出错信号提示。
正是PLC在软、硬件诸方面有强有力的可靠性措施，才确保了PLC具有可靠工作的特点。
它的平均无故障时间可达几万小时以上；
出了故障平均修复时间也很短，几小时以至于几分钟即可。
曾有人做过为什么要使用PLC的问卷调查。
在回答中，多数用户把PLC工作可靠作为选用它的主要原因，即把PLC能可靠工作，作为它的首选指标。
第3章：
PLC控制系统设计
3.1系统流程流程图
图3.1饮料罐装生产流水线系统流程
3.2确定I/O信号数量，选择PLC类型
本设计采用PLC来实现对饮料罐装生产的控制。
随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多。
不同型号的PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。
因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。
PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。
根据对生产流水线控制系统的控制要求分析,其输入信号有系统的开启、停止按钮信号和手动清零按钮信号;
输出信号有传送带驱动信号、警示灯信号和数码管信号。
表3-1I/O分配表
控制信号
信号名称
元件名称
代号
地址编码
输入信号
系统启动信号
常开按钮
SB1
I0.0
系统停止信号
常闭按钮
SB2
I0.1
位置检测信号
继电器
K1
I0.2
满瓶信号
K2
I0.3
空瓶信号
K3
I0.4
手动清
升级会员 