1、在自動生產線檢測控制系統中，可編程控制器主要用作下位機，檢測各狀態點的狀態，直接控制系統的啟、停和其他控制單元的投切，并將各點的狀態送給上位機計算機，計算機綜合可編程控制器和其他設備的數據，作出相應的處理和顯示。自二十世紀六十年代美國推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller ，PLC ）取代傳統繼電器控制裝置以來，PLC 得到了快速發展，在世界各地得到了廣泛應用。同時，PLC 的功能也不斷完善。今天的PLC 不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領域也發揮著十分重要的作用。1.2 生產線自動化的發展概況中國的包裝業相對發達國家如日本和美國相當落后，具

2、有非常大的發展潛力。控制系統從20世紀四十年代就開始使用了，早期的現場基地式儀表和后期的繼電器構成了控制系統的前身。現在所說的控制系統，多指采用電腦或微處理器進行智能控制的系統，在控制系統的發展史上，稱為第三代控制系統。這一代系統以PLC 和DCS 為代表，從七十年代開始應用以來，在冶金、電力、石油、化工、輕工等工業過程控制中獲得迅猛的發展。其中PLC ，即可編程控制器，主要是從順序控制發展而來的，但從九十年代開始，隨著電子技術、計算機技術和通信技術的發展，PLC 的性能擴展的越來越廣，PLC 的應用也逐漸向連續流程工業拓展。同時，DCS 也開始向小型化的方向拓展。之后，陸續出現了現場總線控制

3、系統、基于PC 的控制系統等。在中國，自動化技術還未成熟，還需要長時間的發展，所以將會有很大的空間來發展此技術。這也是未來的發展方向和趨勢。中國的經濟高速度發展也需要這項技術來促進和加速，相信在自動化技術成熟以后，中國的經濟也將有飛躍性的進步。當前中國的經濟發展格局也是非常的需要高技術來支持。這樣中才會有穩定的發展狀態。向西部發展的經濟戰略思想必然需要有高技術隨之轉移，生產也將需要自動化技術的支持，這樣發展高技術自動化也就是必然的趨勢。從上世紀30年代開始，機械加工企業為了提高生產效率，采用機械化流水 作業的生產方式，大型自動生產線承擔的加工對象也隨之改變。生產線的控制系統使用的繼電器數量很多

4、，在頻繁動作情況下壽命較短，使生產線的可靠性降低。為了解決這一問題，1969年美國數字設備公司率先研制出第一臺可編程控制器（簡稱PLC ），并在通用汽車公司的自動裝配線上試用成功。70年代出現了計算機群控系統，即直接數控（DNC ）系統，由一臺較大型計算機控制與管理多臺數控機床和數控加工中心能完成多品種，多工序的產品加工。近年來又出現了計算機集成制造系統（CIMS ），綜合運用計算機輔助設計（CAD ），計算機輔助制造（CAM ），智能機器人等多項高技術。近十幾年來，國外PLC 技術取得了飛躍，其容量成倍擴大、體積不斷縮小、功能不斷增強，不但具有邏輯運算、計時、計數、順序控制等功能，還具有PI

5、D 等特殊控制功能，可直接進行A/D、D/A轉換，還開發管控一體化。1.3 本文主要研究內容一、概述對生產線上某種產品自動按指定數量（如12個）裝箱，產品裝箱前及裝箱后由傳送帶傳送。生產線自動裝箱控制裝置示意圖如圖1-1所示。生產產品由傳送帶A 傳送，裝入由B 傳送的空箱中。每12個產品裝入一箱，當傳送帶A 傳送了12個產品裝入一箱后，傳送帶B 將該箱產品移走，并傳送下一個空箱到指定位置等待傳送帶A 傳送來的產品。 圖1-1 生產線自動裝箱控制裝置示意圖二、設計任務和要求用PLC 控制整個控制裝置要達到以下要求:（1） 按下控制裝置啟動按扭后，傳送帶B 先啟動運行，拖動空箱前移到指定位置，到達

6、指定位置后，由SQ2發出信號，使傳送帶B 制動停止。（2） 傳送帶B 停車后，傳送帶A 啟動運行，產品逐一落入箱內，由傳感器檢測產品數量，當累計產品數量達12個時，傳送帶A 制動停止，傳送帶B 啟動運行。（3） 上述過程周而復始地進行，直到按下停止按扭，傳送帶A 和傳送帶B 同時停止。其工作流程圖如圖1-2所示。（4） 應有必要的信號指示，如電源有電、傳送帶A 工作和傳送帶B 工作等。（5） 傳送帶A 和傳送帶B 應有獨立點動控制，以便于調試和維修。圖1-2 生產線自動裝箱工作流程圖在傳統的工業控制中，一般都是由繼電器來進行控制的，當今的PLC 吸收了微電子技術和計算機技術的成果。在很多領域，

7、PLC 已經取代了繼電器進行控制。在傳統的控制中，傳送帶的控制通常是通過繼電器來完成，維護復雜。本設計介紹了通過PLC 來對傳送帶進行自動控制。該系統有兩個傳送帶，即包裝箱傳送帶和產品傳送帶。包裝箱傳送帶用來傳送產品包裝箱，其功能是把已經裝滿的包裝箱運走，并用一只空箱來代替。為使空箱恰好對準產品傳送帶的末端，以便使產品剛好落入包裝箱中，在包裝箱傳送帶的中間裝一光電傳感器，用以檢測包裝箱是否到位。產品傳送帶將產品從生產車間傳送到包裝箱，當某一產品被送到傳送帶的末端，會自動落入包裝箱內，并由另一傳感器轉換成計數脈沖。依據提出的要求，我們需要解決的關鍵是對傳送帶B 拖動空箱到指定位置的控制；以及傳送

8、帶B 制動后傳送帶A 的啟動和傳送帶A 制動后傳送帶B 的啟動，怎么使其形成一個循環的過程，對傳送帶的控制還應該設置報警功能；同時傳送帶A 和傳送帶B 應有獨立點動控制，以便于調試和維修；最后還要對傳送帶A 運送的產品進行指定數量的檢測。對于傳送帶的控制可采用步控指令實現步進控制；而對于傳送帶的獨立點動控制可設置一個手動控制按鈕，當其按下時，系統可進行獨立點動控制。對于PLC 這些都可通過軟件完成要求；其中需要用傳感器來進行位置檢測和產品計數。 第2章 控制系統的設計2.1 方案論證由于繼電接觸器電氣控制線路簡單，價格低廉，多年來在各種生產機械的電氣控制領域中，應用十分廣泛，而且技術上也十分成

9、熟，因此受到大力推廣。但是在一些較為復雜的控制系統中，特別是涉及到時序控制的自動控制系統，必須使用大量的中間繼電器、時間繼電器、接觸器等，而且控制線路復雜、器件多、接點多，因而在這類控制系統中可靠性低、可維護性差。PLC 可編程序控制器其實就是工業控制計算機，用以取代傳統的中間繼電 器、時間繼電器、計數器等，并具有一切計算機控制系統的功能。目前PLC 已成為工業控制的標準設備，其應用面幾乎覆蓋了整個工業企業，廣泛應用于化工、石油等企業的現代過程控制中。采用傳統據電接觸器電氣控制系統，雖然價格低廉，但大量的中間繼電器、時間繼電器，使得線路復雜、器件多、接點多、可靠性低，而且一旦出現故障，檢修困難

10、。用于自動控制系統中，其反應時間、跟蹤能力差，有可能使得系統不能正常運行。而采用PLC 可編程序控制器，其優點如下：（1）具有高可靠性。PLC 除采用優質器件等外，在硬件方面采用了較先進的電源，用以防止由電源回路串入干擾。其內部采用了電磁屏蔽，以防輻射干擾。而外部輸入/輸出電路則一律采用光電隔離，加上常規濾波和數字濾波；軟件方面設置了警戒時鐘WDT 、自診斷等措施。因而使得PLC 的平均無故障時間達到30萬小時，被稱為“永遠不壞的控制器”，因而可靠性優于傳統繼電接觸器電氣控制系統。（2）靈活性高、擴展性好、通用性強。它采用程序使得硬件軟件化，對于不同的控制系統，只需改變程序即可，因而通用性強。

11、而且現場接口容易，設計周期短。（3）功能強。PLC 具有自診斷、監控和各種報警功能既可完成過程控制，又可進行閉環回路的調節控制，而且在將來的工控領域，可以說是無所不能。 由于生產線上的惡劣環境和電磁干擾，一般的電子儀器都會受到干擾。而PLC 是從取代工廠內繼電器線路、進行順序控制發展開來的工業控制產品。PLC 由于具有可靠性高、穩定性好、抗干擾能力強，以及編程簡單，維護方便，通訊靈活等優點。在電器控制系統中得到廣泛應用。PLC 不僅能實現復雜的邏輯控制，還能完成定時、計算、計數和各種閉環控制功能。整個控制系統利用PLC 控制傳送帶實現了空箱傳送、產品運輸、產品計數等功能。并且有手動控制和自動控

12、制兩種控制方式。在生產線自動裝箱控制的傳送帶控制系統應用，可使生產線的控制更加靈活、可靠。進而提高生產效率，突現節約用工，改善工人工作環境，減輕工人勞動強度，節約材料消耗和用工。因此，本文選擇PLC 控制系統。2.2 PLC 的硬件結構及工作原理PLC 采用的是典型的計算機結構，主要包括CPU,RAM,ROM 和輸入、輸出接口電路等。其內部采用總線結構，進行數據和指令的傳輸。如果把PLC 看作一個系統，該系統由輸入變量PLC 輸出變量組成，外部的各種開關信號、模擬信號、傳感器檢測信號等均作為PLC 的輸入變量，它們經PLC 外部輸入端子輸入到內部寄存器中，經PLC 內部邏輯運算或其他各種運算、

13、處理后送到輸出端子，作為PLC 的輸出變量，對外圍設備進行控制。PLC 的一般內部邏輯結構框圖如圖2-1所示。圖2-1 PLC的邏輯硬件結構框圖輸入部分：如按鈕開關、限位開關等，直接與PLC 輸入端子相連接，用以產生輸入控制信號，這些信號一般來自操作臺上的人工指令。控制部分:反復執行根據被控對象的實際控制要求所編制的處理程序，并產生各種輸出控制信號。 輸出部分:如接觸器、電磁閥等，它們與PLC 輸出端子相連接，用以控制被控對象的動作。輸入處理:PLC以重復掃描方式執行用戶處理程序，在執行程序前首先按地址編碼順序將所有輸入端子的通斷狀態(輸入信號 讀入輸入映象寄存器中，然后開始執行用戶處理程序.

14、 在執行過程中，即使輸入信號發生變化，輸入映象寄存器的內容也不變，直到下一個掃描周期的輸入處理階段才重新讀取輸入狀態。 程序控制:在程序執行階段，PLC 順序掃描用戶程序，每執行一條程序所需要的信息都從輸入映象寄存器和其他內部寄存器中讀出并參與計算，然后將執行結果寫入有關輸出映象寄存器中。輸出處理:當全部指令執行完畢后，將輸出映象寄存器中的狀態全部傳送到輸出鎖存寄存器中，構成PLC 的實際輸出并由輸出端子送出。隨著微電子技術的發展，可編程序控制器（PLC ）以微處理器為核心，適用于開關量、模擬量和數字量的控制，已進入過程控制和位置控制等領域，成為一種多功能、高可靠性、應用場合最多的工業控制微型

15、計算機。2.3 控制系統構成圖和工作流程生產線自動裝箱的PLC 控制系統圖如圖2-2所示。圖2-2 生產線自動裝箱的PLC 控制系統圖1 當按下控制裝置的自動控制按鈕后，傳送帶B 先啟動運行，拖動空箱前移至指定位置，達到指定位置后，由SQ2發出信號，使傳送帶B 制動停止。2 傳送帶B 停車后，傳送帶A 啟動運行，產品逐一落入箱內，由傳感器檢測產品數量達12個時，傳送帶A 制動停止，傳送帶B 啟動運行。3 上述過程循環地進行，直到按下停止按鈕，傳送帶A 和傳送帶B 同時停止，其工作流程圖如圖2-3所示。 4 當按下手動選擇按鈕后，系統停止上述的自動控制運行，而可以手動進行控制傳送帶A 和傳送帶B

16、 的運行，以便于調試和維修。 圖2-3 生產線自動裝箱工作流程圖5 此流程由計數器、傳感器、紅外線感應器組成。當物件經過紅外線時把紅外線切斷，形成斷電，然后經過傳感器傳到計數器，每斷電一次計數器計數一次。2.4 控制系統硬件設計根據自動裝箱系統的控制要求, 系統應有手動控制和自動控制功能。為了避免意外事故或故障的發生，系統設有報警器。系統的具體設計過程如下： （1） I/O點數的估算系統輸入信號：自動控制按鈕，需要1個輸入端； 手動控制按鈕，需要1個輸入端； 停止按鈕，需要1個輸入端；手動控制時，傳送帶A 和傳送帶B 獨立點動控制按鈕需要2個輸入端； 產品數量檢測信號SQ1和空箱位置檢測信號S

17、Q2，需要2個輸入端； 故障報警消音按鈕，需要1個輸入端。 以上共需8個輸入信號點。系統輸出信號：傳送帶A 和傳送帶B ，需用2個控制輸出端；系統上電指示和手動指示、裝箱指示需要3個輸出端； 一個報警器，需要1個輸出端。 以上共需6個輸出信號點。（2） 用戶應用程序占用內存大小的估算用戶應用程序占用多少內存與I/O點數、控制要求、運算處理量、程序結構等因素有關，因此在程序設計之前只能粗略地估算。根據經驗，此應用程序占用內存的大小可作如下估算：開關量輸入：8*10=80字節； 開關量輸出：6*8=48字節；定時器/計數器：（2*3+1*3）=9字節。共計137字節，在加上程序存儲空間和備用存儲空

18、間，初步估計共需1K 字節。（3） PC型號的選擇因為本系統是對開關量進行控制的應用系統，而且對控制速度要求不高，所以可選用西門子系列的S7-300型可編程控制器PLC 作為控制核心，該單元為20點I/O，12點輸入，8點輸出，所以滿足系統輸入、輸出點需要。西門子S7-300型系列 PLC的特點： ·高速計數器能方便的測量高速運動的加工件。 ·擴展能力增強，最大到12ch 的模擬量。 ·帶高速掃描和高速中斷的高速處理。·可方便的與西門子的可編程序終端(PT相連接，為機器操作提供一個可視化界面。·A/D、D/A精度大幅度提高，分辨率為1/6000

19、。 ·可進行分散控制和模擬量控制。·通訊功能增強，提供內置RS232C 端口及RS485的適配器。S7-200雖然體積小，但是提供了許多功能。具有強大的模擬量擴展功能，能夠帶3塊模擬量輸入輸出模塊；能夠連接觸摸屏；提供新的適配器，把外設口轉成RS485口。為小型的緊湊型設備提供人機界面(HMI和高精度的測量方法。采用S7-300將在很小的空間內獲得許多先進的功能。小機殼內會聚了先進的功能和優異的表現。為輕工行業、醫療制冷行業，傳送設備和緊湊型的制造商提供更優越的性能和更高的附加值。西門子小型系列PLC 具有優異的性能價格比，所組成的控制系統具有如下技術特點：·穩定

20、的性能西門子系列PLC 外型小巧結構緊湊，西門子公司長期積累的生產控制經驗和嚴格的技術標準保證了其可靠穩定的性能，即使在惡劣的工業環境下仍然能正常運行。更經過高低溫的考驗，使得該PLC 可以適用在特殊的場合。 ·通訊功能增強提供內置的RS232C 端口和RS422端口。西門子完全開放的通訊協議可以方便的實現上位機遠程監控功能，用戶可以隨心所欲自己定制開發通訊監控系統。·高速的程序執行速度更快的程序指令執行速度，使得控制過程精確無誤。 ·很強的擴充能力模擬量可以增加到12路；系統支持DeviceNet 協議，具有強大的擴充能力，通過遠程端子，可以擴充到256點，方便

21、組成集散控制系統。 （4） 系統I/O點的分配系統I/O點的分配如表2-1所示。表2-1 S7-300 I/O分配表 系統輸入/輸出接線圖如圖2-4所示。 自動控制按鈕系統指示燈 B手動控制輸入傳送帶B 輸出 A手動控制輸入傳送帶A 輸出SQ2輸入裝箱指示燈 SQ1輸入手動指示燈 停止安鈕報警器 手動控制按鈕 輔助繼電器 消音按鈕 輔助繼電器 圖2-4 系統輸入/輸出接線圖（5） 傳感器的選擇近年來，隨著生產自動化程度的提高，光電傳感器的功能不斷完善，現已成為與PLC 相配套的系列產品，廣泛用于自動包裝、打膠、罐裝、以及自動裝配流水線。針對本文設計要求，我們可采用光電開關來對產品計數和空箱到位

22、檢測。這類光電傳感器利用光電元件受光照或無光照時“有”“無”電信號輸出的特性將被測量轉換成斷續變化的開關信號。為此，要求光電元件靈敏度高，而對光照特性的線性要求不高。這類傳感器主要應用于零件或產品的自動記數、光控開關、電子計算機的光電輸入設備、光電編碼器以及光電報警裝置等方面。光電開關可分為兩類：透射型和反射型兩種。透射型光電開關是由分離的發射器和接收器組成并相對放置。發射器發射的紅外線直接照射到接收器上，當有物品通過時，將紅外線光源切斷遮擋住了，接收器收不到紅外光，于是就發出一個信號。可用于產品計數。反射型光電開關的接收部分和發射部分合做在一起，利用物體對發射部分發射出的紅外線反射回去，由接

23、收部分接收，從而判斷是否有物體存在。當有物體通過，接收器接收不到紅外光，于是就發出一個信號。可用于空箱是否到位檢測。 當采用接近開關、光電開關等兩線式傳感器時，由于傳感器的漏電流較大，可能出現錯誤的輸入信號而導致PLC 的誤動作，此時可在PLC 輸入端并聯旁路電阻，如圖2-5所示。當漏電流不足lmA 時可以不考慮其影響。圖2-5 PLC與光電開關的連接旁路電阻R 的計算公式如下： R <R C U OFF(KI R C -U OFF式中：I 為傳感器的漏電流（mA ），U OFF 為PLC 輸入電壓低電平的上限值（V ），R C 為PLC 的輸入阻抗（K ），R C 的值根據輸入點不同有

24、差異。2.5 控制系統軟件設計自動裝箱系統的控制設計考慮到其動作的連續性以及各個被控制設備動作之間的相互關聯性, 最佳的實現方案就是采用順序控制。這樣就考慮針對不同的工作狀態，進行相應的動作控制輸出，從而實現自動裝箱系統從傳送帶B 開始工作到產品落入空箱之中并完成精確的計數這樣一個周期控制工作的程序實現。設計使用一系列的中間狀態信號來傳遞狀態轉換信息，完成順序的交互。因為要求傳送帶A 和傳送帶B 具有點動控制功能，故分別設置自動控制和手動控制兩個啟動按鈕。當按下自動啟動按鈕時，系統進行自動控制。在自動裝箱過程中，當傳送帶B 拖動空箱到達指定位置時，由SQ2發出信號，使傳送帶B 停止；而傳送帶A

25、 啟動運行，產品逐一落入箱內，由傳感器SQ1檢測產品數量，當累計產品數量達12個時，傳送帶A 制動停止，同時傳送帶B 啟動運行；完成整個循環工作。當按下手動控制按鈕時，若按下傳送帶B 獨立點動輸入按鈕，傳送帶B 就工作；若按下傳送帶A 獨立點動輸入按鈕，傳送帶A 就開始工作。兩者完全獨立。 13 圖2-6 系統自動控制流程框圖 （2）程序梯形圖如下：圖2-7 系統手動控制流程圖14 15 圖2-8 控制系統程序梯形圖（3）程序助記符如下：A " 故障復位" /PID復位； = L 0.0 BLD 103A M 11.6 ； = L 0.1 BLD 103A M 11.0 ；

26、 = L 0.2 BLD 103A M 11.1 = L 0.3 BLD 103A M 11.2 = L 0.4 BLD 103A M 11.3 = L 0.7 16BLD 103A " 自動啟動" ； JNB _001CALL "CONT_C" , DB41 /； COM_RST :=L0.0 MAN_ON :=L0.1 PVPER_ON:=L0.2 P_SEL :=L0.3 I_SEL :=L0.4 INT_HOLD:= I_ITL_ON:= D_SEL :=L0.7CYCLE :=T#20MS SP_INT :=MD20 PV_IN :=MD24

27、PV_PER := MAN :=GAIN :=MD28 TI :=MD32 TD :=MD36 TM_LAG :=DEADB_W :=0.000000e+000 LMN_HLM :=2.764800e+004 LMN_LLM :=0.000000e+000 PV_FAC := PV_OFF :=LMN_FAC :=1.000000e+000 LMN_OFF :=0.000000e+000 I_ITLVAL:=DISV :=0.000000e+000 LMN :=MD44 LMN_PER :=QLMN_HLM:=M11.5 QLMN_LLM:=M11.4 LMN_P := LMN_I := LM

28、N_D := PV := ER := _001: NOP 017/ /比例參數設置值； / /控制器輸出量的系數； ；河南工業職業技術學院 2.6 系統程序調試及結果 在計算機上，運行 CX-Programmer 編程軟件，打開自動裝箱控制程序。斷電 情況下連接好 PC/PPI 電纜，按照 I/O 分配表，用實驗連線導線將 PLC 主機模塊 輸入、輸出接口與實驗板接口一一對應連接，并將 PLC 主機模塊的電源端與實驗 模塊的電源端相連接。 下載程序文件到 PLC,監控后運行，使 PLC 進入運行方式。 1、按下自動控制按鈕 00000 后，系統指示燈 01000 亮；同時傳送帶 B 啟動 運行

29、（01001 指示燈亮） 。 2、 SQ2 空箱到位檢測信號到 當 （00003 按鈕輸入） 傳送帶 B 停止運行 ， （01001 指示燈滅） 。同時傳送帶 A 啟動運行（01002 指示燈亮） 。 3、當 SQ1 送入 12 個計數脈沖時（00004 按鈕 12 次輸入）及累計產品數量 達 12 個時，傳送帶 A 停止（01002 指示燈滅） ，同時傳送帶 B 啟動運行（01001 指示燈亮） 。 4、當 SQ2 到位信號到（00003 按鈕輸入） ，系統循環工作。 5、當按下手動控制按鈕 00006 時，系統立刻進入手動控制狀態。手動指示 燈 01004 亮， 系統指示燈仍亮。 當按下傳送帶 B 或傳送帶 A 的手動控制按鈕 00001 和 00002 時，傳送帶 B 或傳送帶 A 啟動運行。兩者完全可獨立控制。 6、無論系統何種運行狀態，自動控制狀態和手動控制狀態可互相轉換。手 動指示燈 01004 可顯示系統狀態。 7、當按下停止