飲料灌裝機的PLC程序設(shè)計

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1、淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計報告摘 要作為通用工業(yè)控制計算機，可編程控制器實現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲邏輯的飛躍，在世界工業(yè)控制中發(fā)揮著越來越重要的作用。鑒于此，設(shè)計者利用PLC的功能和特點設(shè)計出了一款飲料灌裝生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)。本課題主要用了三菱PLC，傳感器，繼電器等。采用PLC是用了它的自動控制能力好的特點，這樣可以在生產(chǎn)過程中無需有人控制。 文章剛開始介紹了PLC的相關(guān)知識，給出了PLC的定義、功能、特點及應(yīng)用范圍，并引申到在本系統(tǒng)的應(yīng)用中。文章對系統(tǒng)中所用到的元器件的原理也做了詳細(xì)介紹，在對系統(tǒng)設(shè)計的說明中，文章詳細(xì)的給出了系統(tǒng)實現(xiàn)的功能及其控制方法。最后對系統(tǒng)的軟件編程及程序編

2、輯做了說明。關(guān)鍵詞 可編程控制器 飲料灌裝生產(chǎn)流水線系統(tǒng) 元器件 PLC 軟件系統(tǒng) 目 錄緒 論1第一章 可編程控制器概述21.1 PLC的定義 21.2 PLC的基本組成21.3 PLC的主要特點31.4 PLC的功能41.5 PLC的應(yīng)用范圍4第二章 元器件工作原理52.1 PLC工作原理52.2 傳感器的工作原理82.3 中間繼電器的工作原理9第三章PLC控制系統(tǒng)設(shè)計方法103.1 PLC課程設(shè)計原則、方法103.2 PLC常用編程元件113.3 PLC軟件使用13第四章 飲料罐裝設(shè)備的PLC控制設(shè)計184.1 控制系統(tǒng)分析184.2 I/O端口分配184.3 梯形圖184.4語句表21

3、第五章 程序調(diào)試225.1 調(diào)試方法225.2 調(diào)試過程23第六章 結(jié)論和展望25致 謝26參考文獻2727緒 論一、 課題研究背景幾年前。自動化技術(shù)只占包裝機械設(shè)計的30%，現(xiàn)在已占50%以上，大量使用了微電腦設(shè)計和機電一體化控制。提高包裝機械自動化程度的目的，一是為了提高生產(chǎn)率：二是為了提高設(shè)備的柔性和靈活性；三是為了提高包裝機械完成復(fù)雜動作的能力。本設(shè)計的目的是利用“PLC”技術(shù)平臺自主開發(fā)創(chuàng)新，將機械、電氣和自動化等技術(shù)有機結(jié)合，構(gòu)成實用的飲料灌裝生產(chǎn)線模擬系統(tǒng)。二、課題研究內(nèi)容飲料灌裝生產(chǎn)流水線PLC梯形圖控制程序設(shè)計與調(diào)試（1）系統(tǒng)通過開關(guān)設(shè)定為自動操作模式，一旦啟動，則傳送帶的驅(qū)

4、動電機啟動并一直保持到停止開關(guān)動作或灌裝設(shè)備下的傳感器檢測到一個瓶子時停止；瓶子裝滿飲料后，傳送帶驅(qū)動電機必須自動啟動，并保持到又檢測到一個瓶子或停止開關(guān)動作（2）當(dāng)瓶子定位在灌裝設(shè)備下時，停頓1s，灌裝設(shè)備開始工作，灌裝過程為5s鐘，灌裝過程應(yīng)有報警顯示，5s后停止并不再顯示報警；報警方式為紅燈以0.5s間隔閃爍（3）以每24瓶為一箱，記錄產(chǎn)品箱數(shù)（4）每隔8小時將記錄產(chǎn)品箱數(shù)的計數(shù)器當(dāng)前值轉(zhuǎn)存至其他寄存器，然后對計數(shù)器自動清零，重新開始計數(shù)。（5）可以手動對計數(shù)器清零三、課程研究意義 通過課程的設(shè)計，使我們能夠建立PLC控制系統(tǒng)總體的設(shè)計思路；了解PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則。掌握PLC控

5、制系統(tǒng)設(shè)計的步驟和設(shè)計方法。軟件上：更加熟悉PLC軟件的應(yīng)用。編程能力上得到進一步提升，不在象以前那樣只能編一些小程序。編程思路比以前清晰，掌握更多的編程方法，能夠為將來學(xué)習(xí)PLC打下一個堅實的基礎(chǔ)。硬件上：以前的PLC都在實驗臺上進行調(diào)試，做了好幾次，都不知PLC如何接線很正常，太過于理論化了，很難適用應(yīng)用。通過本次設(shè)計，能夠真正學(xué)會PLC的接線方法。對電路的設(shè)計及連接的能力有了進一步提高。硬件設(shè)計中，能夠接觸到一些傳感器及其他電子元件，在應(yīng)用它們的過程中，學(xué)到了許多書本上沒有的東西。更加鞏固所學(xué)知識。四、課程研究方法理論部分研究以書本知識為主，把一些關(guān)于PLC、電氣控制、電路分析、傳感器等

6、一系列的知識整和在一起，通過對知識的拓展來完成課程的理論部分的研究，其中有關(guān)PLC的知識占有很大的比重。系統(tǒng)的硬件部分是建立在理論知識的基礎(chǔ)上的，硬件系統(tǒng)的設(shè)計是根據(jù)理論的要求來設(shè)定的，同時也考慮到了一些實際的情況。固本課程是對理論和實際的雙重研究。第一章 可編程控制器概述1.1 PLC的定義可編程控制器，簡稱PLC（Programmable logic Controller）,是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)

7、用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計?！笨傊删幊炭刂破魇且慌_計算機，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計制造的計算機，它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅(qū)動能力，但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實際應(yīng)用時其硬件需根據(jù)實際需要進行選用、配置，其軟件需根據(jù)控制要求進行設(shè)計編制。具體一款FX2N系列PLC實物如下圖:圖1-1 FX2N

8、系列PLC實物圖1.2 PLC的基本組成PLC的基本組成可歸為四大部件：1中央處理單元（CPU板）控制器的核心；2. 輸入部件 （I/O部件）連接現(xiàn)場設(shè)備與CPU之間的接口電路；3. 輸出部件送出PLC運算后得出的控制信息；4. 電源部件為PLC內(nèi)部電路提供能源。另外，還必須有編程器將用戶程序?qū)戇M規(guī)定的存儲器內(nèi)。PLC的基本組成框圖如圖1-2所示。圖1-2 PLC的基本組成框圖1.3 PLC的主要特點一可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列P

9、LC平均無故障時間高達(dá)30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 二.功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PL

10、C大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 三. 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。 四. 系統(tǒng)的設(shè)計、建造

11、工作量小，維護方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 五. 體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。1.4 PLC的功能1. 邏輯控制；2. 定時控制；3. 計數(shù)控制；4. 步進(順序)控制；5. PID 控制；6. 數(shù)據(jù)控制，PLC 具有數(shù)據(jù)處理能力；7. 通信和聯(lián)網(wǎng)；8. 其它P

12、LC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如定位控制模塊、CRT 模塊。1.5 PLC的應(yīng)用范圍目前，在國內(nèi)外PLC已廣泛應(yīng)用冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)，隨著PLC性能價格比的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。從應(yīng)用類型看，PLC的應(yīng)用大致可歸納為以下幾個方面：一.開關(guān)量邏輯控制利用PLC最基本的邏輯運算、定時、計數(shù)等功能實現(xiàn)邏輯控制，可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制，用于單機控制、多機群控制、生產(chǎn)自動線控制等，例如：機床、注塑機、印刷機械、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯的控制等。這是PLC最基本的應(yīng)用，也是PLC最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。二.運動控制大多

13、數(shù)PLC都有拖動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。這一功能廣泛用于各種機械設(shè)備，如對各種機床、裝配機械、機器人等進行運動控制。三.過程控制大、中型PLC都具有多路模擬量I/O模塊和PID控制功能，有的小型PLC也具有模擬量輸入輸出。所以PLC可實現(xiàn)模擬量控制，而且具有PID控制功能的PLC可構(gòu)成閉環(huán)控制，用于過程控制。這一功能已廣泛用于鍋爐、反應(yīng)堆、水處理、釀酒以及閉環(huán)位置控制和速度控制等方面。四.數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代的PLC都具有數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表等功能，可進行數(shù)據(jù)的采集、分析和處理，同時可通過通信接口將這些數(shù)據(jù)傳送給其它智能裝置，如計算機數(shù)值控制（CNC）設(shè)備，進行處理

14、。第二章 元器件工作原理2.1 PLC工作原理一、PLC框架可編程控制器（Programmable Controller）簡稱PC，在1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案對它作了如下定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計” 。二

15、、PLC的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。三、CPU的構(gòu)成CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令

16、規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量

17、及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。四、I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。開關(guān)量是指只有開和關(guān)（或1和0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下：開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA，

18、0-20mA）、電壓型（0-10V，0-5V，-10-10V）等，按精度分，有12bit，14bit，16bit等。除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。五、電源模塊PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VAC）。六、底板或機架大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU

19、能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。七、PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備1、編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當(dāng)編程器。2、人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機界面非常普及。3、輸入輸出設(shè)備：用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電

20、位器，打印機等。 PLC工作原理：世界各國生產(chǎn)的可編程控制器外觀各異，但作為工業(yè)控制計算機，其硬件結(jié)構(gòu)都大體相同。主要由中央處理器（CPU）、存儲器（RAM、ROM）、輸入輸出器件（I/O接口）、電源及編程設(shè)備幾大部分組成。PLC的硬件結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。用戶輸出設(shè)備輸入單元編程器盒式磁帶機電源主機微處理器(CPU)運算器外部設(shè)備輸出單元控制器存儲器RAM(用戶程序)EPROM(系統(tǒng)程序)用戶輸入設(shè)備外設(shè)I/O接口I/O擴展機I/O擴展機打印機EPROM寫入器圖形監(jiān)控系統(tǒng)PLC或上位計算機圖2-1 單元式PLC結(jié)構(gòu)框圖可編程控器的制工作原理與計算機的工作原理基本一致的，可以簡單地表述為在系統(tǒng)程

21、序的管理下，通過運行應(yīng)用程序完成用戶任務(wù)。但個人計算機與PLC的工作方式有所不同，計算機一般采用等待命令的工作方式。如常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方式。當(dāng)鍵盤有鍵按下或I/O有信號輸入時則中斷轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序。而PLC在確定了工作任務(wù)，裝入了專用程序后成為一種專用機，它采用循環(huán)掃描工作方式，系統(tǒng)工作任務(wù)管理及應(yīng)用程序執(zhí)行都是循環(huán)掃描方式完成的?，F(xiàn)敘述如下。八、分時處理及掃描工作方式PLC系統(tǒng)正常工作所要完成的任務(wù)如下：（1）算機內(nèi)部各工作單元的調(diào)度，監(jiān)控；（2）算機與外部設(shè)備間的通訊；（3）戶程序所要完成的工作。這些工作都是分時完成的。每項工作又都包含著許多具體的工作。以用戶程序的完成來說又

22、分為以下三個階段。1.輸入處理階段輸入處理也叫輸入采樣，在這個階段中，可編程序控制器讀入輸入口的狀態(tài)，并將它們存放在輸入狀態(tài)暫存區(qū)中。2.程序執(zhí)行階段在這個階段中，可編程控制器根據(jù)本次讀入的輸入數(shù)據(jù)，依用戶程序的順序逐條執(zhí)行用戶程序。執(zhí)行的結(jié)果存儲在輸出狀態(tài)暫存區(qū)中。3.輸出出來階段也叫輸出刷新階段。這是一個程序執(zhí)行周期的最后階段?？删幊炭刂破鲗⒈敬螆?zhí)行用戶程序的結(jié)果一次性地從輸出狀態(tài)暫存區(qū)送到各個輸出口，對輸出狀態(tài)進行刷新。這三個階段也是分時完成的。為了連續(xù)地完成PLC所承擔(dān)的工作，系統(tǒng)必須周而復(fù)始地依一定的順序完成這一系列的工作。故把這種工作方式叫做循環(huán)掃描工作方式。二、掃描周期及PLC的

23、兩種工作狀態(tài)PLC有兩種基本的工作狀態(tài)，即運行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。運行狀態(tài)是執(zhí)行應(yīng)用程序的狀態(tài)。停止?fàn)顟B(tài)一般用于程序的編制與修改。2.2 傳感器的工作原理信息處理技術(shù)取得的進展以及微處理器和計算機技術(shù)的高速發(fā)展，都需要在傳感器的開發(fā)方面有相應(yīng)的進展。微處理器現(xiàn)在已經(jīng)在測量和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著這些系統(tǒng)能力的增強，作為信息采集系統(tǒng)的前端單元，傳感器的作用越來越重要。傳感器已成為自動化系統(tǒng)和機器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個結(jié)構(gòu)組成，其重要性變得越來越明顯。最廣義地來說，傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號的器件。國際電工委員會(IEC:Inte

24、rnational Electrotechnical Committee)的定義為：“傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信號”。按照Gopel等的說法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”，而“傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理(模擬或數(shù)字)能力的傳感器”。傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個組成部分，它是被測量信號輸入的第一道關(guān)口。 外界進入傳感器的信號幅度是很小的，而且混雜有干擾信號和噪聲。為了方便隨后的處理過程，首先要將信號整形成具有最佳特性的波形，有時還需要將信號線性化，該工作是由放大器、濾波器以及其他一些模擬電路完成的。在某些情況下，這些電路的一部分是和傳感器部

25、件直接相鄰的。成形后的信號隨后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并輸入到微處理器。 傳感器的作用是將被測非電物理轉(zhuǎn)換成與其有一定關(guān)系的電信號，它獲得的信息正確與否，直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的精度。依照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T7665-1987傳感器通用術(shù)語）的規(guī)定，傳感器的定義是：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號部分。傳感器的組成如圖2-2所示敏感元件轉(zhuǎn)換元件接口電路輔助電源電信號非物理量圖2-2 傳感器組成框圖應(yīng)該

26、指出的是，并不是所有的傳感器必需包括敏感元件和轉(zhuǎn)換元件。如果敏感元件直接輸出的是電量，它就同時兼為轉(zhuǎn)換元件；如果轉(zhuǎn)換元件能直接感受被測量而輸出與之成一定關(guān)系的電量，此時傳感器就無敏感元件。例如壓電晶體、熱電偶、熱敏電阻及光電器件等。敏感元件與轉(zhuǎn)換元件兩者合二為一的傳感器是很多的。圖2-2中接口電路的作用是把轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號變換為便于處理、顯示、記錄和控制的可用電信號。其電路的類型視轉(zhuǎn)換元件的不同而定，經(jīng)常采用的有電橋電路和其他特殊電路，例如高電阻抗輸入電路、脈沖電路、振蕩電路等。輔助電源供給轉(zhuǎn)換能量，有的傳感器需要外加電源才能工作，例如應(yīng)變片組成的電橋、差動變壓器等；有的傳感器則不需要外加

27、電源便能工作，例如壓電晶體等。2.3 中間繼電器的工作原理中間繼電器實質(zhì)上為電壓繼電器，但它的觸點對數(shù)多，觸頭容量大，動作靈敏。其主要用途為：當(dāng)其他繼電器的觸頭容量不夠時，可借助中間繼電器來擴大它們的觸頭數(shù)和觸頭容量，起到轉(zhuǎn)換的作用。其上面是常閉觸點，下面是常開觸點，當(dāng)線圈通電后，利用電磁吸力把動鐵心吸下來，使上面常閉觸點分開，下面常開觸點閉合，當(dāng)失壓、欠壓時，自動斷開。 第三章PLC控制系統(tǒng)設(shè)計方法3.1 PLC課程設(shè)計原則、方法3.1.1 PLC控制系統(tǒng)的總體設(shè)計原則根據(jù)控制任務(wù)，在最大限度地滿足生產(chǎn)機械或生產(chǎn)工藝對電氣控制要求的前提下，運行穩(wěn)定，安全可靠，經(jīng)濟實用，操作簡單，維護方便。任

28、何一個電氣控制系統(tǒng)所要完成的控制任務(wù)，都是為滿足對象（生產(chǎn)控制設(shè)備，自動化生產(chǎn)線，生產(chǎn)工藝過程等）提出的個項性能指標(biāo)，提高勞動生產(chǎn)率,保證生產(chǎn)質(zhì)量，減輕勞動強度和危害程度，提高自動化水平。因此在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循的基本原則如下：1.最大限度的滿足被控制對象提出的各項性能指標(biāo)2.確?？刂葡到y(tǒng)的安全可靠3.力求控制系統(tǒng)簡單。3.1.2 PLC課程設(shè)計的方法一.經(jīng)驗設(shè)計法梯形圖的經(jīng)驗設(shè)計法是比較廣泛的一種方法.這種方法沒有普遍的規(guī)律可以遵循,具有很大的試探性很隨意性,最后的結(jié)果不是唯一的.該方法的核心是輸出線圈.以下是一些經(jīng)驗設(shè)計方法的基本步驟:1.分解控制功能,畫出輸出線圈梯級.以輸出線

29、圈為核心,畫出該線圈的啟動條件(得電條件).保持條件(自鎖條件)和停止條件(失電條件).2.建立輔助位梯級,對線圈進行條件分析后,根據(jù)下列原則進行輔助位梯級的設(shè)計,僅啟動條件不同,可采用并聯(lián)啟動條件的方法;若停止條件不同的,要把不同的停止條件分成不同的梯級.采用輔助繼電器設(shè)計的方法.3.畫互鎖和保護條件二.邏輯設(shè)計法邏輯設(shè)計法的理論基礎(chǔ)是邏輯代數(shù).而繼電器控制系統(tǒng)的本質(zhì)是邏輯線路.看一個電氣控制線路都會發(fā)現(xiàn),線路的接通和斷開,都是同過繼電器等元件的觸點來實現(xiàn)的,故控制線路的種種功能必定取決于這些觸點的開.合兩種狀態(tài).因此電氣控制電路從本質(zhì)上說是一種邏輯線路,它符合邏輯運算的基本規(guī)律.具體步驟如

30、下圖3-1所示:編制程序明確設(shè)計任務(wù)和技術(shù)條件系統(tǒng)總體設(shè)計PLC機型選擇制作控制區(qū)I/O配線安裝PLC局部模擬運行程序檢查調(diào)試聯(lián)機調(diào)試系統(tǒng)試運行交付使用整理系統(tǒng)文件程序備份修改軟件，硬件是否滿足要求？NY圖3-1 PLC邏輯設(shè)計步驟圖3.2 PLC常用編程元件一、輸入繼電器（X）PLC的輸入端子是從外部開關(guān)接受信號的窗口，PLC內(nèi)部與輸入端子連接的輸入繼電器X是用光電隔離的電子繼電器，它們的編號與接線端子編號一致（按八進制輸入），線圈的吸合或釋放只取決于PLC外部觸點的狀態(tài)。內(nèi)部有常開/常閉兩種觸點供編程時隨時使用，且使用次數(shù)不限。輸入電路的時間常數(shù)一般小于10ms。各基本單元都是八進制輸入的

31、地址，輸入為X000X007，X010X017，X020X027。它們一般位于機器的上端。 二、輸出繼電器（Y）PLC的輸出端子是向外部負(fù)載輸出信號的窗口。輸出繼電器的線圈由程序控制，輸出繼電器的外部輸出主觸點接到PLC的輸出端子上供外部負(fù)載使用，其余常開/常閉觸點供內(nèi)部程序使用。輸出繼電器的電子常開/常閉觸點使用次數(shù)不限。輸出電路的時間常數(shù)是固定的。各基本單元都是八進制輸出，輸出為Y000Y007，Y010Y017，Y020Y027。它們一般位于機器的下端。 三、輔助繼電器（M）PLC內(nèi)有很多的輔助繼電器，其線圈與輸出繼電器一樣，由PLC內(nèi)各軟元件的觸點驅(qū)動。輔助繼電器也稱中間繼電器，它沒有

32、向外的任何聯(lián)系，只供內(nèi)部編程使用。它的電子常開/常閉觸點使用次數(shù)不受限制。但是，這些觸點不能直接驅(qū)動外部負(fù)載，外部負(fù)載的驅(qū)動必須通過輸出繼電器來實現(xiàn)。如下圖中的M300，它只起到一個自鎖的功能。在FX2N中普遍采用M0M499，共500點輔助繼電器，其地址號按十進制編號。輔助繼電器中還有一些特殊的輔助繼電器，如掉電繼電器、保持繼電器等，在這里就不一一介紹了。 四、定時器（T）在PLC內(nèi)的定時器是根據(jù)時鐘脈沖的累積形式，當(dāng)所計時間達(dá)到設(shè)定值時，其輸出觸點動作，時鐘脈沖有1ms、10ms、100ms。定時器可以用用戶程序存儲器內(nèi)的常數(shù)K作為設(shè)定值，也可以用數(shù)據(jù)寄存器（D）的內(nèi)容作為設(shè)定值。在后一種

33、情況下，一般使用有掉電保護功能的數(shù)據(jù)寄存器。即使如此，若備用電池電壓降低時，定時器或計數(shù)器往往會發(fā)生誤動作。定時器通道范圍如下：100ms定時器T0T199，共200點，設(shè)定值：0.13276.7秒；10ms定時器T200TT245，共46點，設(shè)定值：0.01327.67秒；1ms積算定時器T245T249，共4點，設(shè)定值：0.00132.767秒；100ms積算定時器T250T255，共6點，設(shè)定值：0.13276.7秒。當(dāng)定時器線圈T200的驅(qū)動輸入X000接通時，T200的當(dāng)前值計數(shù)器對10ms的時鐘脈沖進行累積計數(shù)，當(dāng)前值與設(shè)定值K123相等時，定時器的輸出接點動作，即輸出觸點是在驅(qū)動

34、線圈后的1.23秒（10*123ms=1.23s）時才動作，當(dāng)T200觸點吸合后，Y000就有輸出。當(dāng)驅(qū)動輸入X000斷開或發(fā)生停電時，定時器就復(fù)位，輸出觸點也復(fù)位。每個定時器只有一個輸入，它與常規(guī)定時器一樣，線圈通電時，開始計時；斷電時，自動復(fù)位，不保存中間數(shù)值。定時器有兩個數(shù)據(jù)寄存器，一個為設(shè)定值寄存器，另一個是現(xiàn)時值寄存器，編程時，由用戶設(shè)定累積值。 定時器線圈T250的驅(qū)動輸入X001接通時，T250的當(dāng)前值計數(shù)器對100ms的時鐘脈沖進行累積計數(shù)，當(dāng)該值與設(shè)定值K345相等時，定時器的輸出觸點動作。在計數(shù)過程中，即使輸入X001在接通或復(fù)電時，計數(shù)繼續(xù)進行，其累積時間為34.5s（1

35、00ms*345=34.5s）時觸點動作。當(dāng)復(fù)位輸入X002接通，定時器就復(fù)位，輸出觸點也復(fù)位。 五、計數(shù)器（C）FX2N中的16位增計數(shù)器，是16位二進制加法計數(shù)器，它是在計數(shù)信號的上升沿進行計數(shù)，它有兩個輸入，一個用于復(fù)位，一個用于計數(shù)。每一個計數(shù)脈沖上升沿使原來的數(shù)值減1，當(dāng)現(xiàn)時值減到零時停止計數(shù)，同時觸點閉合。直到復(fù)位控制信號的上升沿輸入時，觸點才斷開，設(shè)定值又寫入，再又進入計數(shù)狀態(tài)。其設(shè)定值在K1K32767范圍內(nèi)有效。設(shè)定值K0與K1含義相同，即在第一次計數(shù)時，其輸出觸點就動作。通用計數(shù)器的通道號：C0C99，共100點。保持用計數(shù)器的通道號：C100C199，共100點。通用與掉

36、電保持用的計數(shù)器點數(shù)分配，可由參數(shù)設(shè)置而隨意更改。 由計數(shù)輸入X011每次驅(qū)動C0線圈時，計數(shù)器的當(dāng)前值加1。當(dāng)?shù)?0次執(zhí)行線圈指令時，計數(shù)器C0的輸出觸點即動作。之后即使計數(shù)器輸入X011再動作，計數(shù)器的當(dāng)前值保持不變。 當(dāng)復(fù)位輸入X010接通（ON）時，執(zhí)行RST指令，計數(shù)器的當(dāng)前值為0，輸出接點也復(fù)位。 應(yīng)注意的是，計數(shù)器C100C199，即使發(fā)生停電，當(dāng)前值與輸出觸點的動作狀態(tài)或復(fù)位狀態(tài)也能保持。 六、數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器是計算機必不可少的元件，用于存放各種數(shù)據(jù)。FX2N中每一個數(shù)據(jù)寄存器都是16bit（最高位為正、負(fù)符號位），也可用兩個數(shù)據(jù)寄存器合并起來存儲32bit數(shù)據(jù)（最高位為正

37、、負(fù)符號位）。1）停電保持用寄存器通道分配D200D511，共312點，或D200D999，共800點（由機器的具體型號定）。基本上同通用數(shù)據(jù)寄存器。除非改寫，否則原有數(shù)據(jù)不會丟失，不論電源接通與否，PLC運行與否，其內(nèi)容也不變化。然而在二臺PLC作點對的通信時，D490D509被用作通信操作。2）文件寄存器通道分配D1000D2999，共2000點。文件寄存器是在用戶程序存儲器（RAM、EEPROM、EPROM）內(nèi)的一個存儲區(qū)，以500點為一個單位，最多可在參數(shù)設(shè)置時到2000點。用外部設(shè)備口進行寫入操作。在PLC運行時，可用BMOV指令讀到通用數(shù)據(jù)寄存器中，但是不能用指令將數(shù)據(jù)寫入文件寄存

38、器。用BMOV將數(shù)據(jù)寫入RAM后，再從RAM中讀出。將數(shù)據(jù)寫入EEPROM盒時，需要花費一定的時間，務(wù)必請注意。3）RAM文件寄存器通道分配D6000D7999，共2000點。驅(qū)動特殊輔助繼電器M8074，由于采用掃描被禁止，上述的數(shù)據(jù)寄存器可作為文件寄存器處理，用BMOV指令傳送數(shù)據(jù)（寫入或讀出）。4）特殊用寄存器通道分配D8000D8255，共256點。是寫入特定目的的數(shù)據(jù)或已經(jīng)寫入數(shù)據(jù)寄存器，其內(nèi)容在電源接通時，寫入初始化值（一般先清零，然后由系統(tǒng)ROM來寫入）。3.3 PLC軟件使用一、編程軟件及其應(yīng)用1、三菱SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件，是應(yīng)用于FX系列PLC的中文編程軟

39、件，可在WINDOWS9X或WINDOW3.1及以上操作系統(tǒng)運行.（1）SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件的主要功能在SWOPC-FXGP/WIN-C中,可通過線路符號,列表語言及SFC符號來創(chuàng)建順控指令程序,建立注釋數(shù)據(jù)及設(shè)置寄存器數(shù)據(jù)（2）系統(tǒng)配置計算機要求機型:PC/AT(兼容);CPU: 486以上;內(nèi)存: 8兆或更高;顯示器:分辨率為800600點,16色或更高.編程和通信軟件采用應(yīng)用與FX系列PLC的編程軟件SWOPC-FXGP/WIN-C.接口單元采用FX-232AWC型RS-232C/RS-422轉(zhuǎn)換器(便攜式)或FX-232AW型RS-232C/RS-422轉(zhuǎn)換器(內(nèi)置

40、式)或FX-232AW型RS-232C/RS-422轉(zhuǎn)換器(內(nèi)置式),以及其他指定的轉(zhuǎn)換器.通信線纜采用FX-422CAB型RS-422纜線2、系統(tǒng)的啟動和退出要想啟動SWOPC-FXGP/WIN-C，可用鼠標(biāo)雙擊桌面上的圖標(biāo)（如圖3-2）： 圖3-2 SWOPC-FXGP快捷方式圖下圖3-3為打開的SWOPC-FXGP/WIN-C窗口。以鼠標(biāo)選取退出命令，即可退出SWOPC-FXGP/WIN-C系統(tǒng)。圖3-3 SWOPC-FXGP/WIN-C窗口圖圖3-4 SWOPC-FXGP/WIN-C窗口界面圖3、文件管理創(chuàng)建新文件：創(chuàng)建一個新的順序程序的操作方法是：通過選擇文件-新文件菜單項，或按Ct

41、rl+N鍵操作，然后在PLC類型設(shè)置對話框中選擇順控程序的目標(biāo)PLC類型，如選擇FX2N后，單擊確定，或按O鍵操作即可打開文件：從一個文件列表中打開一個順序程序以及諸如注釋數(shù)據(jù)之類的數(shù)據(jù)，操作方法是：先（文件）-（打開）菜單或按Ctrl+O鍵,再在打開的文件菜單中選擇一個所需的順序指令程序后，但擊確認(rèn)即可。操作界面如圖3-5所示。圖3-5 打開文件示意圖文件的保存和關(guān)閉:保存當(dāng)前順控程序,注釋數(shù)據(jù)以及其他在同一文件名下的書記.如果使第一次保存,屏幕顯示如下圖所示的文件菜單對話框,可通過該對話框?qū)?dāng)前程序賦名并保存下來.操作方法是:執(zhí)行文件 保存菜單或按CTRL+S鍵操作即可. 操作界面如下圖3

42、-6所示：圖3-6 文件保存界面示意圖以處于打開狀態(tài)的順控程序關(guān)閉,再打開一個已有的程序及相應(yīng)的注釋和數(shù)據(jù),操作方法是執(zhí)行文件-關(guān)閉打開菜單即可參見上圖4、梯形圖的編程編程操作:梯形單元塊的剪切拷貝粘貼刪除塊選擇以及行刪除和行插入,通過執(zhí)行編輯菜單欄實現(xiàn),如圖所示.元件名的輸入元件注釋/線圈注釋以及梯形圖單元的注釋,可通過執(zhí)行菜單欄實現(xiàn)如圖3-7、3-8所示： 圖3-7 PLC編輯菜單示意圖 圖3-8元氣件查找示意圖元件輸入:觸點、線圈符號、特殊功能線圈和連接線的輸入，程序的清除，通過執(zhí)行工具菜單欄實現(xiàn)，如圖3-9：圖3-9工具菜單示意圖程序的傳送：讀入：將PLC中的程序傳送到計算機中。寫入：

43、將計算機中的程序發(fā)送到PLC中。校驗；將計算機與PLC中的程序加以比較校驗，操作方法是執(zhí)行PLC-傳送-讀入、寫出、校驗菜單完成操作。當(dāng)選擇讀入時，應(yīng)在PLC模式設(shè)置對話框中將已連接的PLC模式設(shè)置好，傳送程序時，應(yīng)注意以下問題：計算機的RS232C端口及PLC之間必須用指定的纜線及轉(zhuǎn)換器連接。執(zhí)行完讀入后，計算機中程序?qū)⒈粊G失，原有的程序?qū)⒈蛔x入的程序所替代，PLC模式改變成被設(shè)定的模式。在寫出時，PLC應(yīng)停止運行，程序必須在RAM或EEPROM內(nèi)存保護關(guān)斷的情況下寫出，然后進行校驗。在程序運行時，我們可以通過監(jiān)控的方式了解PLC的工作情況。具體的執(zhí)行為；執(zhí)行監(jiān)控/測試。如圖所示圖3-10

44、程序傳送示意圖第四章 飲料罐裝設(shè)備的PLC控制設(shè)計4.1 控制系統(tǒng)分析 系統(tǒng)通過開關(guān)設(shè)定為自動操作模式，一旦啟動，則傳送帶的驅(qū)動電機啟動并一直保持到停止開關(guān)動作或灌裝設(shè)備下的傳感器檢測到一個瓶子時停止；瓶子裝滿飲料后，傳送帶驅(qū)動電機必須自動啟動，并保持到又檢測到一個瓶子或停止開關(guān)動作。當(dāng)瓶子定位在灌裝設(shè)備下時，停頓1s，灌裝設(shè)備開始工作，灌裝過程為5s鐘，灌裝過程應(yīng)有報警顯示，5s后停止并不再顯示報警；報警方式為紅燈以0.5s間隔閃爍。與此同時以每24瓶為一箱，記錄產(chǎn)品箱數(shù)。在整個程序運行過程中每隔8小時將記錄產(chǎn)品箱數(shù)的計數(shù)器當(dāng)前值轉(zhuǎn)存至其他寄存器，然后對計數(shù)器自動清零，重新開始計數(shù)。在程序設(shè)

45、計中也要設(shè)計可以手動對計數(shù)器清零的環(huán)節(jié)。4.2 I/O端口分配 XO:啟動 X1:停止 X2:傳感器檢測X3:手動清零Y1:輸出傳送帶驅(qū)動Y2:灌裝設(shè)備Y3:報警顯示 4.3 梯形圖初始化，啟動時、按下復(fù)位鈕和8小時將程序中用到的計數(shù)器置零設(shè)定8小時傳輸一次數(shù)據(jù)，用長延時電路實現(xiàn)啟動運行到達(dá)傳感器位置 等待1s開始罐裝，罐裝時間5s。結(jié)束后再次啟動驅(qū)動電機。罐裝過程中閃爍報警在罐裝過程中計數(shù)，24瓶為一箱完整的梯形圖如下:4.4語句表 第五章 程序調(diào)試5.1調(diào)試方法利用軟件GX SIMULATOR 6進行仿真運行調(diào)試：5.2調(diào)試過程啟動系統(tǒng)：設(shè)置位置傳感器檢測到達(dá)預(yù)定罐裝位置：罐裝過程：當(dāng)瓶子

46、定位在灌裝設(shè)備下時,TI開始記時,1S鐘后T1常開開關(guān)閉合.灌裝過程開始。罐裝時報警指示燈閃爍：TI工作的同時T3也開始記時0.5秒后T3停止工作.T3的長開開關(guān)閉合.T4就開始工作 時間也是0.5秒這樣就形成閃爍。統(tǒng)計已罐裝件數(shù)和箱數(shù)： 第六章 結(jié)論和展望這個課題主要采用了我們學(xué)習(xí)的知識，讓我們把知識得到了更好的鞏固與提高。里面以可編程控制器為主，它在實際生產(chǎn)中也有著廣泛應(yīng)用。本系統(tǒng)基于PLC飲料灌裝生產(chǎn)流水線。作為飲料灌裝生產(chǎn)流水線系統(tǒng)它具備一般生產(chǎn)流水線功能采用自動操作模式。本設(shè)計中還用到了計數(shù)器、寄存器這大大減少了人的運作。近年來，飲料工業(yè)發(fā)展迅猛，碳酸飲料、果汁飲料、蔬菜汁飲料、含乳

47、飲料、瓶裝飲用水、茶飲料等品種不斷豐富，產(chǎn)量上的“飄紅”使得對設(shè)備市場的需求也呈“牛市”。這方面的計術(shù)還要進一步加快更新以適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)的需要。 致 謝首先感謝淮安信息學(xué)院對我三年的培養(yǎng)，在這三年當(dāng)中，是一段比較快樂的時光，也是人生一段寶貴的經(jīng)歷。在本次課題設(shè)計中，指導(dǎo)老師侍老師對我的幫助很大，雖然這段時間我的畢業(yè)設(shè)計進程“停滯不前”可老師沒有將我放棄，一直不厭其煩的督促我，還不是的指導(dǎo)我讓我很感動。王老師對于我的悉心幫助為我打下堅實的理論基礎(chǔ)知識，提高個人能力都非常有益，在此我對王老師表示忠心的感謝和崇高的敬意。楊陽 2007-6-7 參考文獻 可編程序控制器（PLC）應(yīng)用指南與實踐 主編：高安邦 哈爾濱理工大學(xué)機電傳動控制 主編：高安邦 高等教育出版社現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù) 主編：王永華 北京航空航天大學(xué)出版社電子技術(shù) 主編：王延才 高等教育出版社電氣控制與PLC實訓(xùn)教程 主編：阮友德 人民郵電出版社可編程控制器原理及應(yīng)用北京 主編：林小峰 高等教育出版社 可編程控制器應(yīng)用技術(shù) 主編：張萬忠 化工工業(yè)出版社