水泥灌裝生產(chǎn)線的PLC控制

1、ZHANGJIAJIE INSTITUTE OF AERONAUTICAL ENGINEERING 張家界航空工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題名稱學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)專業(yè)名稱指導(dǎo)教師完成日期 年 月 日目 錄摘 要3第1章 緒論11.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容：11.2 控制要求：11.3 灌裝流水線示意圖1第2章 PLC介紹22.1 PLC的功能和應(yīng)用22.1.1 PLC功能介紹22.1.2 PLC的應(yīng)用3第三章 S7-200概述53. 1 CPU性能簡(jiǎn)介53.2 結(jié)構(gòu)63.3 功能7第4章：系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)84.1 PLC的基本工作原理84.1.1掃描84.1.2程序執(zhí)行過(guò)程84.1.3 PLC對(duì)輸入/輸

2、出的處理規(guī)則10第5章：PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)115.1系統(tǒng)流程流程圖115.2 確定I/O信號(hào)數(shù)量，選擇PLC類型115.2.1 PLC控制系統(tǒng)外部接線圖125.3程序梯形圖編制135.4系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)16第6章. 調(diào)試說(shuō)明18第7章 結(jié)論和展望19致 謝20參考文獻(xiàn)21摘 要隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制和信息通訊提出了更高的要求。飲料生產(chǎn)線比較復(fù)雜，生產(chǎn)環(huán)節(jié)也很多。其中飲料的灌裝就是飲料生產(chǎn)線上重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)?？刂葡到y(tǒng)主要由一臺(tái)PLC、交流異步電機(jī)、液罐、多個(gè)灌裝狀態(tài)檢測(cè)傳感器、故障報(bào)警蜂鳴器、產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)顯示器等組成。其中電機(jī)用來(lái)控制運(yùn)送飲料瓶的傳送帶部分。本控制系統(tǒng)

3、有兩個(gè)特點(diǎn)：一是輸入、輸出設(shè)備比較多；二是所需實(shí)現(xiàn)的控制是順序邏輯控制、模塊控制以及計(jì)算統(tǒng)計(jì)功能。西門(mén)子S7-200系列PLC在模塊控制、高速計(jì)數(shù)和計(jì)算方面的功能較強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)比較方便。因此本系統(tǒng)選用了S7-200型號(hào)的PLC進(jìn)行控制，既滿足了控制系統(tǒng)所需的I/O點(diǎn)數(shù)，又滿足了被控對(duì)象的控制要求。采用PLC控制水泥灌裝生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了飲料生產(chǎn)線的自動(dòng)化、智能化。對(duì)勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高，飲料質(zhì)量和產(chǎn)量的提高具有深遠(yuǎn)的意義。工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制和信息通信提出了更高的要求。隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制和信息通訊提出了更高的要求。工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)從單機(jī)的PLC控制

4、發(fā)展到多PLC及人機(jī)界面（HMI，Human Machine Interface）的網(wǎng)絡(luò)控制。關(guān)鍵詞 S7-200可編程序控制器（PLC）/自動(dòng)化/智能化第1章 緒論1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容：水泥灌裝機(jī)的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.2 控制要求：（1）系統(tǒng)通過(guò)開(kāi)關(guān)設(shè)定為自動(dòng)操作模式，一旦啟動(dòng)，則傳送帶的驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)并一直保持到停止開(kāi)關(guān)動(dòng)作或灌裝設(shè)備下的傳感器檢測(cè)到一個(gè)瓶子時(shí)停止；瓶子裝滿水泥后，傳送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須自動(dòng)啟動(dòng)，并保持到又檢測(cè)到一個(gè)瓶子或停止開(kāi)關(guān)動(dòng)作。（2）當(dāng)瓶子定位在灌裝設(shè)備下時(shí)，停頓 1s，灌裝設(shè)備開(kāi)始工作，灌裝過(guò)程為 5s 鐘，灌裝過(guò)程應(yīng)有報(bào)警顯示，5s 后停止并不再顯示報(bào)警；報(bào)警方式為紅燈

5、以0.5s 間隔閃爍。（3）用兩個(gè)傳感器和若干個(gè)加法器檢測(cè)并記錄空瓶數(shù)和滿瓶數(shù)，一旦啟動(dòng)系統(tǒng)后，必須記錄空瓶數(shù)和滿瓶數(shù)，設(shè)最多不超過(guò)99999999瓶。（4）可以手動(dòng)對(duì)計(jì)數(shù)值清零（復(fù)位）。1.3 灌裝流水線示意圖21第2章 PLC介紹可編程序控制器是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。目前已被廣泛地應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制中。2.1 PLC的功能和應(yīng)用2.1.1 PLC功能介紹PLC可用于單臺(tái)機(jī)電設(shè)備的控制，也可用于生產(chǎn)流水線的控制。使用者可以根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程和工藝要求設(shè)計(jì)控制程序，

6、然后將程序通過(guò)編程器送入PLC。程序投入運(yùn)行后，PLC就在現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)（按鈕、行程開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)或其它傳感器）的作用下，按照預(yù)先送入的程序控制現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（電機(jī)、電磁閥等）按一定規(guī)律動(dòng)作。近年來(lái)，PLC把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)融為一體。它能完成以下功能 ：條件控制（邏輯控制）PLC設(shè)置了與（AND）、或（OR）、非（NOT）等邏輯指令，能處理繼電器接點(diǎn)的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)、并串聯(lián)等各種連接。因此，它可以代替繼電器進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。定時(shí)控制PLC為用戶提供了若干個(gè)計(jì)時(shí)器（定時(shí)器），并設(shè)置了計(jì)時(shí)指令。計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)值可以由用戶在編程時(shí)設(shè)定，也可以用撥盤(pán)開(kāi)關(guān)來(lái)設(shè)定。計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)值可以在運(yùn)行中被

7、讀出，也可以在運(yùn)行中被修改，使用靈活，操作方便。程序投入運(yùn)行后，PLC將根據(jù)用戶設(shè)定的計(jì)時(shí)值對(duì)某個(gè)操作進(jìn)行限時(shí)控制和延時(shí)控制，以滿足生產(chǎn)工藝要求。計(jì)數(shù)控制PLC為用戶提供了若干個(gè)計(jì)數(shù)器，并設(shè)置了計(jì)數(shù)指令。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值可以由用戶在編程時(shí)設(shè)定，也可以用撥盤(pán)開(kāi)關(guān)來(lái)設(shè)定。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值可以在運(yùn)行中被讀出，也可以在運(yùn)行中被修改，使用靈活，操作方便。程序投入運(yùn)行后，PLC將根據(jù)用戶設(shè)定的計(jì)數(shù)值對(duì)某個(gè)輸入信號(hào)計(jì)數(shù)，并對(duì)某個(gè)操作進(jìn)行計(jì)數(shù)控制，以滿足生產(chǎn)工藝要求。步進(jìn)控制PLC為用戶提供了若干個(gè)移位寄存器，可以用于步進(jìn)控制，即在一道工序完成以后，再進(jìn)行下一步工序。有些型號(hào)的PLC，還專門(mén)設(shè)置了用于步進(jìn)控制的步

8、進(jìn)指令和鼓形控制器操作指令，編程和使用極為方便，因此更容易實(shí)現(xiàn)步進(jìn)控制的要求。A/D、D/A轉(zhuǎn)換有些PLC還具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能，完成對(duì)模擬量的控制和調(diào)節(jié)。數(shù)據(jù)處理有些PLC還具有數(shù)據(jù)處理功能，它具有并行運(yùn)算指令，能進(jìn)行數(shù)據(jù)并行傳送，BCD的加、減、乘、除、開(kāi)方等運(yùn)算，還能進(jìn)行字與、字或、求反、邏輯移位、算術(shù)移位，檢索數(shù)據(jù)、比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、16-4編碼、4-16編碼、譯碼等操作，還可以對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行見(jiàn)解尋址，PLC還可以與打印機(jī)相連，打印出程序和有關(guān)數(shù)據(jù)及梯形圖。通訊聯(lián)網(wǎng)有些PLC采用了通訊技術(shù)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程的I/O控制，多臺(tái)PLC之間可以進(jìn)行同位鏈接，PLC還可以與上位機(jī)進(jìn)行鏈接，接

9、受計(jì)算機(jī)命令，并將執(zhí)行結(jié)果告訴計(jì)算機(jī)。由一臺(tái)計(jì)算機(jī)和若干臺(tái)PLC可以構(gòu)成“集中管理，分散控制”的分布式控制系統(tǒng)，以完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。PLC與上位機(jī)鏈接對(duì)計(jì)算機(jī)的要求是：具有RS-232接口；使用ASC-碼字符。監(jiān)控PLC配置了較強(qiáng)的監(jiān)控功能。它能記憶某些異常情況，或在發(fā)生異常情況時(shí)自動(dòng)中止運(yùn)行。在控制系統(tǒng)中，操作人員通過(guò)監(jiān)控命令可以監(jiān)控有關(guān)部分的運(yùn)行狀態(tài)，可以調(diào)整計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等設(shè)定值。為調(diào)試和維護(hù)提供了方便。PLC還可以連接打印機(jī)，對(duì)程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行硬拷貝。2.1.2 PLC的應(yīng)用目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保以及文化娛樂(lè)等

10、各行各業(yè)，PLC性價(jià)比的不斷提高，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，大致可歸納為如下幾類：開(kāi)關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，可用于單機(jī)控制、多機(jī)群控、自動(dòng)化和平線的控制等，例如注塑機(jī)、印刷機(jī)械、訂書(shū)機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等等。位置控制大多數(shù)的PLC制造商，目前都提供拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，這一功能可廣泛用于各種機(jī)械。過(guò)程控制過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PLC通過(guò)模擬量I/O模塊，實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的A/D、D/A轉(zhuǎn)換，并對(duì)模擬量進(jìn)行閉環(huán)PID控制，

11、現(xiàn)代的大、中型PLC一般PID控制模塊，這一功能可用PI子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可用專用的智能PID模塊實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代的PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳遞、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，也能完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理，這些數(shù)據(jù)可通過(guò)通信接口傳送到其它智能裝置，進(jìn)行處理。通信聯(lián)網(wǎng)PLC的通信包括PLC相互、PLC與上位機(jī)、PLC和其它智能設(shè)備間的通信，PLC系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)可以直接或通過(guò)通信處理單元、通信轉(zhuǎn)換器相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)信息的交換，并可構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)，滿足工廠自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的需要，各PLC系統(tǒng)或遠(yuǎn)程I/O模塊功能各自放置在現(xiàn)場(chǎng)分散控制，然后采用網(wǎng)絡(luò)連接構(gòu)成集中管理信

12、息的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)中的應(yīng)用近年來(lái)，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，一般的CIMS系統(tǒng)可劃分為六級(jí)子系統(tǒng)：現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，包括各種設(shè)備；設(shè)備控制級(jí)，接受各種參數(shù)的檢測(cè)信號(hào)，按照要求的控制規(guī)律實(shí)現(xiàn)各種操作控制；過(guò)程控制級(jí)，完成各種數(shù)學(xué)模型的建立，過(guò)程數(shù)據(jù)的采集處理；以上三級(jí)屬于生產(chǎn)控制級(jí)，也稱為EIC綜合控制系統(tǒng)，由此向上的四、五、六級(jí)分別為在線作業(yè)管理、計(jì)算和業(yè)務(wù)管理及長(zhǎng)期經(jīng)營(yíng)規(guī)劃管理，通稱為管理信息系統(tǒng)。EIC綜合控制系統(tǒng)是一種先進(jìn)的工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)，它包括三個(gè)方面的內(nèi)容:電氣控制，以電機(jī)控制為主，包括各種邏輯連鎖和順序控制；儀表控制，實(shí)現(xiàn)以PID為代表的各

13、種回路控制功能，包括各種工業(yè)過(guò)程參數(shù)的檢測(cè)和處理；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各種模型的計(jì)算、參數(shù)的設(shè)定、過(guò)程的顯示和各種操作運(yùn)行管理。PLC就是實(shí)現(xiàn)EIC綜合控制系統(tǒng)的整機(jī)設(shè)備，由此可見(jiàn)，PLC在現(xiàn)代工業(yè)中的地位是十分重要的。第三章 S7-200概述S7-200系列是一種可編程序邏輯控制器(Micro PLC)。它能夠控制各種設(shè)備以滿足自動(dòng)化控制需求。S7-200的用戶程序中包括了位邏輯、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算以及與其它智能模塊通訊等指令內(nèi)容，從而使它能夠監(jiān)視輸入狀態(tài)，改變輸出狀態(tài)以達(dá)到控制目的。緊湊的結(jié)構(gòu)、靈活的配置和強(qiáng)大的指令集使S7-200成為各種控制應(yīng)用的理想解決方案3. 1 CPU性能簡(jiǎn)

14、介S7-200 CPU將微處理器、集成電源、輸入電路和輸出電路集成在一個(gè)緊湊的外殼中，從而形成了一個(gè)功能強(qiáng)大的Micro PLC。參見(jiàn)圖1-1。在下載了程序之后，S7-200將保留所需的邏輯，用于監(jiān)控應(yīng)用程序中的輸入輸出設(shè)備。圖11西門(mén)子公司提供多種類型的CPU以適應(yīng)各種應(yīng)用。表3.1中對(duì)CPU的一些特性作了簡(jiǎn)單比較。表3.13.2 結(jié)構(gòu)1.S7-200可編程序控制器是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合以用于擴(kuò)展。中央處理單元（CPU） 各種CPU有各種不同的性能，上面已經(jīng)提到過(guò)。信號(hào)模塊（SM） 用于數(shù)字量和模擬量輸入/輸出。通訊處理器（CP） 用于連接網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。功能模

15、塊（FM） 用于高速計(jì)數(shù)，定位操作（開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制）和閉環(huán)控制。2. 根據(jù)用戶要求，還可以提供以下設(shè)備：負(fù)載電源模塊（PS） 用于將S7-300連接到120/230伏交流電源，或24/48/60/110伏直流電源。接口模塊（IM） 用于多機(jī)架配置時(shí)連接主機(jī)架（CR）和擴(kuò)展機(jī)架（ER）。S7-300通過(guò)分布式的主機(jī)架（CR）和三個(gè)擴(kuò)展機(jī)架（ER），可以操作多達(dá)32個(gè)模塊，運(yùn)行時(shí)無(wú)需風(fēng)扇。SIMATIC M7自動(dòng)計(jì)算機(jī) AT-兼容的計(jì)算機(jī)用于解決對(duì)時(shí)間要求非常高的技術(shù)問(wèn)題。它既可作為CPU，也可作為功能模塊使用。3.3 功能1. S7-200的大量功能支持和幫助用戶進(jìn)行編程、啟動(dòng)和維護(hù)。1) 高速

16、的指令處理 0.60.1的指令處理時(shí)間在中等到較低的性能要求范圍內(nèi)開(kāi)辟了全新的應(yīng)用領(lǐng)域。浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算 用此功能可以有效地實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算。方便用戶的參數(shù)賦值 一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值，這樣就節(jié)省了入門(mén)和培訓(xùn)的費(fèi)用。人機(jī)界面（HMI） 方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7-200操作系統(tǒng)內(nèi)，因此人機(jī)對(duì)話的編程要求大大減少。SIMATIC人機(jī)界面（HMI）從S7-200中要求數(shù)據(jù)，S7-200按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-200操作系統(tǒng)自動(dòng)地處理數(shù)據(jù)的傳送。診斷功能 CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常，記錄錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件（如：超時(shí)、模塊更換等

17、）?？诹畋Ｗo(hù) 多級(jí)口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改。操作方式選擇開(kāi)關(guān) 操作方式選擇開(kāi)關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時(shí)，就不能改變操作方式。這樣就防止非法刪除或改寫(xiě)用戶程序。第4章：系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)4.1 PLC的基本工作原理4.1.1掃描PLC是一種存貯程序控制器，用戶根據(jù)某一具體的控制要求，編制好程序后，用編程器鍵入到PLC的用戶程序存貯器中寄存。PLC的控制作用就是通過(guò)用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，用戶程序中有眾多的操作需要去執(zhí)行，但CPU是不能同時(shí)去執(zhí)行多個(gè)操作的，它只能按分時(shí)操作原理每一時(shí)刻執(zhí)行一個(gè)操作。CPU的運(yùn)算處理速度極高，使得外部出現(xiàn)

18、的結(jié)果從宏觀來(lái)看似乎是同時(shí)完成的。這種分時(shí)操作的過(guò)程稱為CPU對(duì)程序的掃描。掃描是一種形象化的術(shù)語(yǔ)，用作描述CPU是如何完成分配給它的各種任務(wù)的方式。掃描從0000號(hào)存貯地址所存放的第一條用戶程序開(kāi)始，在無(wú)中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按存貯地址號(hào)遞增的方向順序逐條掃描用戶程序，也就是順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。每掃描完一次程序就構(gòu)成一個(gè)掃描周期，然后再?gòu)念^開(kāi)始掃描，并周而復(fù)始地重復(fù)。順序掃描的工作方式簡(jiǎn)單直觀，它簡(jiǎn)化了程序的設(shè)計(jì)，并為PLC的可靠運(yùn)行提供了非常有理的保證。一方面，所掃描到的指令被執(zhí)行后，其結(jié)果馬上就可以被將要掃描到的指令所利用。另一方面，還可以通過(guò)CPU設(shè)置的定時(shí)器來(lái)監(jiān)視每

19、次掃描是否超過(guò)規(guī)定的時(shí)間，從而避免了由于CPU內(nèi)部故障使程序執(zhí)行進(jìn)入死循環(huán)而造成故障的影響。4.1.2程序執(zhí)行過(guò)程PLC的工作過(guò)程就是程序執(zhí)行過(guò)程。PLC投入運(yùn)行后，便進(jìn)入程序執(zhí)行過(guò)程，它分為三個(gè)階段進(jìn)行，即輸入采樣階段，程序執(zhí)行階段，輸出刷新，如圖2.1所示。1.輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵说妮斎胄盘?hào)狀態(tài)讀入到輸入映象寄存器中寄存起來(lái)，稱為對(duì)輸入信號(hào)的采樣，或稱輸入刷新。接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行期間，即使輸入狀態(tài)變化，輸入映象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變。輸入狀態(tài)的變化只能在下一個(gè)工作周期的輸入采樣階段才被重新讀入。 圖2.1 PLC程序執(zhí)行過(guò)程2.程序執(zhí)

20、行階段在程序執(zhí)行階段，PLC對(duì)程序按順序進(jìn)行掃描。如果程序用梯形圖表示，則總是按先上后下、先左后右的順序進(jìn)行掃描。每掃描到一條指令時(shí)，所需要的輸入狀態(tài)或其它元素的狀態(tài)分別由輸入映像寄存器和元素映像寄存器中讀出，而將執(zhí)行結(jié)果寫(xiě)入到元素映像寄存器中。這就是說(shuō)，對(duì)于每個(gè)元素來(lái)說(shuō)，元素映像寄存器中寄存的內(nèi)容，會(huì)隨程序執(zhí)行的進(jìn)程而變化。3.輸出刷新階段當(dāng)程序執(zhí)行完后，進(jìn)入輸出刷新階段。此時(shí)，將元素映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)轉(zhuǎn)存到輸出鎖存電路，再去驅(qū)動(dòng)用戶輸出設(shè)備，這就是PLC的實(shí)際輸出。PLC重復(fù)地執(zhí)行上述三個(gè)階段，每重復(fù)一次的時(shí)間就是一個(gè)工作周期。工作周期的長(zhǎng)短與程序的長(zhǎng)短有關(guān)。PLC在每次掃描

21、中，對(duì)輸入信號(hào)采樣一次，對(duì)輸出刷新一次。這就保證PLC在執(zhí)行程序階段，輸入映像寄存器和輸出鎖存電路的內(nèi)容或數(shù)據(jù)保持不變。4.1.3 PLC對(duì)輸入/輸出的處理規(guī)則總結(jié)上面分析的程序執(zhí)行過(guò)程，可得出PLC對(duì)輸入/輸出的處理規(guī)則如圖2.2所示。對(duì)應(yīng)于圖中的數(shù)字標(biāo)號(hào)說(shuō)明如下： 1.輸入映像寄存器的數(shù)據(jù)，取決于輸入端子在上一個(gè)工作周期的輸入采樣階段所刷新的狀態(tài)。2.輸出映像寄存器的狀態(tài)，由程序中輸出指令的執(zhí)行結(jié)果決定。3.輸出鎖存電路中的數(shù)據(jù)，由上一個(gè)工作周期的輸出刷新階段存入到輸出鎖存電路中的數(shù)據(jù)來(lái)確定。4.輸出端子上的輸出狀態(tài)，由輸出鎖存電路中的數(shù)據(jù)來(lái)確定。5.程序執(zhí)行中所需的輸入、輸出狀態(tài)（數(shù)據(jù)）

22、，由輸入映像寄存器和輸出映像寄存器讀出。第5章：PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1系統(tǒng)流程流程圖圖3.1 水泥罐裝生產(chǎn)流水線系統(tǒng)流程5.2 確定I/O信號(hào)數(shù)量，選擇PLC類型本設(shè)計(jì)采用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥罐裝生產(chǎn)的控制。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品的種類也越來(lái)越多。不同型號(hào)的PLC，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等也各有不同，適用的場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理選用PLC，對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。PLC的選擇主要應(yīng)從PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。根據(jù)對(duì)生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)的控制要求分析,其輸入信號(hào)有系統(tǒng)的開(kāi)

23、啟、 停止按鈕信號(hào)和手動(dòng)清零按鈕信號(hào);輸出信號(hào)有傳送帶驅(qū)動(dòng)信號(hào)、警示燈信號(hào)和數(shù)碼管信號(hào)。表3-1 I/O分配表控制信號(hào)信號(hào)名稱元件名稱代號(hào)地址編碼輸入信號(hào)系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)常開(kāi)按鈕SB1I0.0系統(tǒng)停止信號(hào)常閉按鈕SB2I0.1位置檢測(cè)信號(hào)繼電器K1I0.2滿瓶信號(hào)繼電器K2I0.3空瓶信號(hào)繼電器K3I0.4手動(dòng)清零常開(kāi)按鈕SB3I0.5輸出信號(hào)傳送帶電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)接觸器KMQ0.0警示燈信號(hào)信號(hào)燈HLQ0.15.2.1 PLC控制系統(tǒng)外部接線圖5.3程序梯形圖編制計(jì)數(shù)程序5.4系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制是非常可靠的。這是因?yàn)镻LC在硬件與軟件兩個(gè)方面都采取了很多措施，確保它能可靠工作。事

24、實(shí)上，如果PLC工作不可靠，就無(wú)法在工業(yè)環(huán)境下運(yùn)用，也就不成其為PLC了。（1）在硬件方面：PLC的輸入輸出電路與內(nèi)部CPU是電隔離。其信息靠光耦器件或電磁器件傳遞。而且，CPU板還有抗電磁干擾的屏蔽措施。故可確保PLC程序的運(yùn)行不受外界的電與磁干擾，能正常地工作。PLC使用的元器件多為無(wú)觸點(diǎn)的，而且為高度集成的，數(shù)量并不太多，也為其可靠工作提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝上，為使PLC能安全可靠地工作，也采取了很多措施，可確保PLC耐振動(dòng)、耐沖擊。使用環(huán)境溫度可高達(dá)攝氏50多度，有的PLC可高達(dá)80-90度。有的PLC的模塊可熱備，一個(gè)主機(jī)工作，另一個(gè)主機(jī)也運(yùn)轉(zhuǎn)，但不參與控制，僅作備

25、份。一旦工作主機(jī)出現(xiàn)故障，熱備的可自動(dòng)接替其工作。還有更進(jìn)一步冗余的，采用三取一的設(shè)計(jì)，CPU、I/O模塊、電源模塊都冗余或其中的部分冗余。三套同時(shí)工作，最終輸出取決于三者中的多數(shù)決定的結(jié)果。這可使系統(tǒng)出故障的機(jī)率幾乎為零，做到萬(wàn)無(wú)一失。當(dāng)然，這樣的系統(tǒng)成本是很高的，只用于特別重要的場(chǎng)合，如鐵路車站的道叉控制系統(tǒng)。（2）在軟件方面：PLC的工作方式為掃描加中斷，這既可保證它能有序地工作，避免繼電控制系統(tǒng)常出現(xiàn)的冒險(xiǎn)競(jìng)爭(zhēng)，其控制結(jié)果總是確定的；而且又能應(yīng)急處理急于處理的控制，保證了PLC對(duì)應(yīng)急情況的及時(shí)響應(yīng)，使PLC能可靠地工作。為監(jiān)控PLC運(yùn)行程序是否正常，PLC系統(tǒng)都設(shè)置了看門(mén)狗（Watch

26、ingdog）監(jiān)控程序。運(yùn)行用戶程序開(kāi)始時(shí)，先清看門(mén)狗定時(shí)器，并開(kāi)始計(jì)時(shí)。當(dāng)用戶程序一個(gè)循環(huán)運(yùn)行完了，則查看定時(shí)器的計(jì)時(shí)值。若超時(shí)（一般不超過(guò)100ms），則報(bào)警。嚴(yán)重超時(shí)，還可使PLC停止工作。用戶可依報(bào)警信號(hào)采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。定時(shí)器的計(jì)時(shí)值若不超時(shí)，則重復(fù)起始的過(guò)程，PLC將正常工作。顯然，有了這個(gè)看門(mén)狗監(jiān)控程序，可保證PLC用戶程序的正常運(yùn)行，可避免出現(xiàn)死循環(huán)而影響其工作的可靠性。PLC還有很多防止及檢測(cè)故障的指令，以產(chǎn)生各重要模塊工作正常與否的提示信號(hào)。可通過(guò)編制相應(yīng)的用戶程序，對(duì)PLC的工作狀況，以及PLC所控制的系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，以確保其可靠工作。PLC每次上電后，還都要運(yùn)行自檢程序

27、及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。這是系統(tǒng)程序配置了的，用戶可不干預(yù)。出現(xiàn)故障時(shí)有相應(yīng)的出錯(cuò)信號(hào)提示。正是PLC在軟、硬件諸方面有強(qiáng)有力的可靠性措施，才確保了PLC具有可靠工作的特點(diǎn)。它的平均無(wú)故障時(shí)間可達(dá)幾萬(wàn)小時(shí)以上；出了故障平均修復(fù)時(shí)間也很短，幾小時(shí)以至于幾分鐘即可。曾有人做過(guò)為什么要使用PLC的問(wèn)卷調(diào)查。在回答中，多數(shù)用戶把PLC工作可靠作為選用它的主要原因，即把PLC能可靠工作，作為它的首選指標(biāo)。第6章. 調(diào)試說(shuō)明（1）在電腦上安裝STEP7/-Micro/WIN軟件，程序編好后，將程序輸STEP7/-Micro/WIN軟件中，在電腦上進(jìn)行初步仿真調(diào)試。（2）先將PLC程序傳入程序控制器中。（3）對(duì)

28、各個(gè)輸入I/O口給信號(hào)處理，看各個(gè)輸出口是否有相應(yīng)的輸出，如果沒(méi)有按照設(shè)計(jì)要求輸出，對(duì)程序進(jìn)行更改，直到各輸出口有相應(yīng)的輸出。（4）如果條件允許的話，用編程軟件將程序輸入PLC中，在確認(rèn)PLC的電源、外部接線和程序輸入無(wú)誤的情況下，接通電源，按照流程圖的順序進(jìn)行調(diào)試，最終使整個(gè)系統(tǒng)能準(zhǔn)確、可靠的工作。第7章 結(jié)論和展望經(jīng)過(guò)了這一段的學(xué)習(xí)和工作，我終于完成了水泥灌裝生產(chǎn)線的PLC控制的論文。從開(kāi)始接到論文題目到系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，再到論文文章的完成，每走一步對(duì)我來(lái)說(shuō)都是自己所學(xué)知識(shí)的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學(xué)期間完成的最大的項(xiàng)目。在這段時(shí)間里，我學(xué)到了很多知識(shí)也有很多感受，從對(duì)PLC控制自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)所需技術(shù)和知識(shí)很不了解的狀態(tài)，我開(kāi)始了獨(dú)立的學(xué)習(xí)和試驗(yàn)，查看相關(guān)的資料和書(shū)籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩的作品一步步完善起來(lái)，每一次改進(jìn)都是我學(xué)習(xí)的收獲，每一次試驗(yàn)的成功都是對(duì)我不斷努力的肯定。從中我也充分認(rèn)識(shí)到了PLC在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的重要性，以及它為我們生活帶來(lái)的便利。雖然我的設(shè)計(jì)作品不是很完善，還有一些不足之處，但我可以自豪的說(shuō)，這里面的每一段程序，都是自己不懈努力成果。當(dāng)我看到自己的程序，能夠穩(wěn)定的通過(guò)調(diào)試。我相信其中的酸甜苦辣最終都會(huì)化為甜美的甘泉。這次做論文的經(jīng)歷也會(huì)使我終身受益，我感受到做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學(xué)習(xí)的