DZ199PLC在啤酒灌装压盖机和啤酒贴标机上的应用
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DZ199PLC在啤酒灌装压盖机和啤酒贴标机上的应用,DZ199PLC,啤酒,灌装,压盖,贴标机上,应用
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辽宁工程技术大学毕业设计（论文）2可编程序控制器简介2.1可编程序控制器的定义和产生2.1.1可编程序控制器的定义可编程序控制器（Programmable controller）,简称PLC。它是在继电器控制的基础上开发起来的，并逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通讯技术融为一体的新型工业自动控制装置。目前已被广泛地应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中。1980年，美国电气制造商协会（NEMA）将可编程序控制器作了如下定义：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子仪器， 其可编程存贮器可以存贮某些实现逻辑、定序、定时、计数和四则运算等特殊功能的指令，用以控制机械和生产过程。11987年2月，国际电工技术委员会（IEC）对PC的定义是：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计，它采用一类可编程序的存贮器，用于其内部存贮程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充功能的原则设计。1国际电工技术委员会（IEC）肯定了可编程序控制器（PC）的命名。从此，PC代替PLC，逐步流行于全世界。虽然可编程序控制器（PC）仍在发展，但是从IEC的定义和实用功能上可以认为：可编程序控制器是一种工业控制计算机。2.1.2可编程序控制器的产生 60年代末期，由于市场的需要，工业生产开始从大批量少品种的生产转变为小批量多品种的生产方式。但是，当时这种大规模生产线的控制电路大多数是继电器控制系统，它体积大、耗电多，可靠性低，特别是改变生产程序非常困难。为了改变这种状况，1968年，美国通用汽车公司对外公开招标，要求用新的电气控制装置取代继电器控制装置，以便适应改变生产程序的需要。该公司提出下面十项指标：（1）编程方便，现场可修改程序；（2）维修方便，采用插件式结构；（3）可靠性高于继电器控制装置；（4）数据可直接输入管理计算机；（5）输入电源可为市电；（6）输出电源可为市电，负载电流要求2安培以上，可直接驱动电磁阀和接触器等；（7）用户存储容量大于4K；（8）体积小于继电器控制装置；（9）扩展时原系统变更最少；（10）成本可与继电器控制装置竞争。以上十项指标，实际上都是现在可编程序控制器最基本的功能。21969年，在美国出现第一台可编程序控制器，经过25的发展，现在已成为一种最重要、高可靠性、应用场合最多的工业控制微型计算机。它应用大规模集成电路、微型计算机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成具有多种优点和微型、小型、大型、超大型等各种规格的系列产品，应用于继电器控制系统到监控计算机之间的许多过程控制领域。PLC已和数控技术及工业机器人并列为工业自动化的三大支柱。2初期的PLC只是用于逻辑控制的场合，代替继电器控制系统。随着电子技术的发展，PC以微处理器为核心，适用于开关量、模拟量和数字量的控制，它已应用到过程控制和位置控制等场合的控制领域。目前，可编程控制器既保留了原来可编程序逻辑控制器的所有优点，又吸收和发展了其他控制装置的优点，包括计算机控制系统、过程仪表控制系统、集散系统、分散系统等。在许多场合，可编程控制器可以构成各种综合控制系统，例如构成逻辑控制系统、过程控制系统、数据采集控制系统和图形工作站等等。22.2可编程序控制器的构成和分类2.2.1可编程序控制器的构成（1）单片机。包括一台计算机所必须的部件：中央处理器CPU；存贮器RAM和ROM（EPROM或EPRAM）；并行接口PIO；串行接口SIO；时钟CTC。单片机对整个PC的工作进行控制。（2）输入/输出（I/O）接口电路。分为开关量、模拟量和数字量。所有输入输出信号都经过光电耦合器或继电器。输入信号一般有两种形式：直流输入和交流输入。输出信号一般有三种形式：继电器输出型、晶体管输出型和可控硅输出型。（3）稳压电源。供应PC内部输入电源，有PC还能供应外部输出电源，方便用户。（4）配置有扩展接口、存贮器接口、通信接口和编程器接口等。（5）各种智能模块。（6）编程器。32.2.2可编程序控制器的分类（1）按I/O点数一般分为微型（32点以下）、小型（128点以下）、中型（1024点以下）、大型（2048点以下）、超大型（可达8192点以上）五种。（2）按结构分为箱体式、模块式和平板式三种。这种面向控制过程、面向问题的编程方式，与目前常用的汇编语言相比，虽然在PC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的机电控制设备来说是微不足道的。32.3可编程序控制器发展过程和现状2.3.1可编程序器的发展过程1969年，美国DE公司受美国通用汽车公司的委托，首先研制成功世界上第一台可编程序控制器以代替传统的继电器控制盘。随后，美国MODICON公司研制了型号为084的可编程序控制器。从那时起，美国的可编程序控制技术得到很快的发展，并朝着实用化阶段发展。1972年左右，欧洲各国亦相继投入力量研制。日本约在1973年左右随着本国微计算机及集成电路技术的发展也相应的发展了可编程序控制器。4到了七十年代中期，可编程序控制器进入实用化阶段。随着多种8位微处理和位片式处理器的相继问世，可编程序控制器技术迅速提高，在逻辑运算功能的基础上增加了数值运算、闭环调节的功能，运算速度加快，输入、输出规模扩大，并开始与小型计算机联网，构成了以可编程序控制器为重要部件的初级分散控制系统。此时可编程序控制器在冶金、石化、轻工等工业生产过程中得到了广泛的应用。4七十年代末期，可编程序控制器进入了成熟阶段，16位微处理器及各种单片微处理器的相继问世，可编程序控制器向大规模、高速度、高性能方面发展，从而形成了多种系列化产品，出现了紧凑型、低价格的新一代产品和多种不同性能的分布式网络系统。此时，面向工程技术人员的编程语言也发展成熟，并出现了工程技术人员用的图形结构式语言。在功能上，可编程序控制器已经可以完全取代传统的逻辑控制装置、模拟控制仪表盘和小型机DDC控制系统，应用领域也在迅速扩大。4到80年代，可编程序控制器已发展成为可独立的专门技术，成为性能优良的自动化工业装置。如可编程序控制器本身就能构成分布式控制系统，承担全厂综合自动化的任务等。90年代可编程序控制器仍保持旺盛的发展势头，并不断扩大其应用领域。42.3.2可编程控制器的现状 在现代工业设备及自动化项目中，我们会遇到大量的开关量、脉冲量以及模拟量等控制装置。如电机的启动与停止；电磁阀的开闭；工件的位置、速度、加速度等的测定；产品的计数以及温度、压力、流量等物理量的设定和控制等等。传统的工业自动控制主要是由继电器或分离的电子线路来实现的。众所周知，这种控制方式虽然造价便宜，但存在着许多致命弱点。如只能用于简单的逻辑控制；仅适用于某种工程项目，缺乏通用性，一旦要进行改动或优化，只能通过硬件的重新组合来实现。随着计算机技术的不断发展，它给工业自动化带来了革命性的变革。这个变革是由继电器控制到计算机控制的飞跃。所谓计算机控制，主要具备以下两个基本特点，即硬件上至少有一个微处理器，而其控制方式是通过软件来实现的。目前工业界比较有代表的控制方式主要有以下几个类别：4（1）单板机控制系统单板机控制系统仅适于较简单的自动化项目。硬件上主要受CPU、内存容量及I/O接口的限制；软件上主要受限于与CPU类型有关的汇编语言。一般来说，单板机或单片机系统的应用只是为某个特定产品服务的。其通用性、兼容性和扩展性都相当差。（2）工业控制机（IPC）工业控制机是从PC的基础上通过应用推广发展起来的。由于它是由微机及芯片的专业厂家开发出来的，所以其硬件品种兼容性强且总线标准化程度高，其软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，运行速度快，实时性强，可用于模型复杂的项目。能把控制任务和图文显示功能集成在一起。但工业控制机的缺点在两个方面：第一有较长的装置访问时间。第二I/O控制点数不能够随意扩展。（3）计算机集散控制系统（DCS）计算机集散控制系统是由回路仪表控制系统发展而来的。它的优势在于模拟量的处理及回路调节功能。自70年代初期问世以来，得到了迅速的发展。微处理器特别是单片机的出现和通信技术的成熟，使得计算机集散控制系统把顺序控制装置、数据采集装置、过程控制的模拟量仪表有机的结合在一起，形成了满足各种不同需求的集散型控制系统。（4）传统的可编程逻辑控制器（PLC）传统的可编程逻辑控制器的最初概念和设计思想是将计算机软件的控制思想代替继电器逻辑。其硬件的构成与微机相似。在可编程逻辑控制器发展的初期，其主要的开发意图和应用领域是数字式控制，它按照用户程序存贮器里的指令安排，通过输入接口采入现场信息，执行逻辑或数值运算，然后通过输出接口去控制各种执行机构动作。然而经历了近30年的发展之后，使传统的PLC也具备了逻辑顺序控制、模拟量处理、回路调节技术等三个功能。2.4可编程序控制器发展方向和应用2.4.1可编程序控制器发展方向随着计算机科学的发展和工业自动化的愈来愈高的需求，可编程控制技术得到了飞速的发展。仅仅将PLC作为继电器逻辑控制的替代，或者说只将PLC理解为开关量的话，那就是一个错误的概念了。综合国外特别是欧洲及国内的发展动态，其发展趋势主要有以下几个方面。5（1）可编程控制技术的标准化在工业自动化产品繁花似锦的今天，一家独霸天下的局面已不存在，因而各生产厂商既互相竞争又要相互合作。一种自动化产品的竞争力除表现在其技术上的个性外，更重要的还在于满足国际标准化的程度和水平。标准化一方面保证了产品的出厂质量，另一方面也保证了各厂家产品的相互兼容。出厂检验时各可编程控制产品的厂家都有相应的技术标准作依据。例如，美国有NEMA标准，日本有JIS标准，德国、奥地利有DIN标准。按照这些标准，各种型号的PLC产品对工业应用环境、抗干扰性等条目都给出了明确规定。但是，这些标准目前只能是统一区域性的产品，而不能实现全球的统一性。在PLC的发展过程中，特别给工业自动化行业带来困扰的是，虽然PLC的基本语言梯形图和指令表分别是在接触器、继电器以及汇编语言的基础上建立起来的，但各厂家无论是从语言结构、语言功能还是从语言形式表述上都有不同程度上的较大区别。为使各PLC厂家的产品有一个共同的参照平面，制定了国际标准。（2）大型计算机特点的集成传统的PLC仅凭单纯的逻辑顺序控制功能已远远不能适应当今工业控制任务的需求，需处理一些复杂的任务，使控制系统具有较高的智能度，可编程控制系统必须具备大型计算机的分析计算能力。这种大型计算机特点的集成主要表现在以下几个方面：1)系统的高速响应性这里有一个概念要澄清，那就是：系统速度不是仅由CPU来决定，而且还要考虑I/O数据的传输速度。当然CPU的速度起着决定性的作用。判断CPU的速度主要看是每条指令的执行时间。 2)定时的多任务分时操作系统多任务分时操作系统主要来自大型计算机，它可以将整个操作界面分成数个分别具有不同优先权的任务等级。其中优先权高的任务等级，有着较短的巡回扫描周期，而且每个任务等级可包括多个具体任务。在这些任务中间可再细分优先权的高低。在这种操作系统的管理下，优先权高的任务等级总是先被执行，剩余的时间里可执行优先权任务较低的等级。这样一个操作系统使得可以将比较重要的任务定义得任务等级高一些，而一些较一般的任务可以定义的任务等级低一些。这样整个系统便得到了优化，具有较好的实时性。3)编程语言高级化可能对一个电气工程师来说，梯形图和指令表这两种编程方式是比较常用和习惯的。因为这两种方式都有着明显的优点。例如梯形图靠近电气线路比较直观。而指令表是由汇编语言演译过来的，比较靠近计算机硬件结构，然而，在控制思想日趋复杂的今天，用梯形图及指令表来表达实在显得过于复杂和繁琐。随着C语言、FORTRAN、PASCAL等高级语言加入到PLC中去，使得复杂思想的表达就显得方便简洁多了。4)较大的应用程序存储空间较高的系统分析计算能力当然要求有足够的程序存储空间。同时足够的程序存储空间是系统具备较强数据处理能力的先决条件。应用程序存储空间的大小在某种意义上说明了其硬件系统的先进程序。(3)智能分布式控制思想与系统的开放性、兼容性DCS系统之所以能与PLC系统并行发展，是因为它在处理模拟量、回路调节技术以及网络技术方面有着其优越性。然而现场总线技术的发展使PLC网络结构和发展能力发生了革命性的变化。分布式的控制思想首先将可能出现的问题限制在局部范围，从而提高了系统的可靠性。智能分布控制思想和系统的开放性、兼容性是可编程控制技术发展是一个极为令人关注的领域。（4）系统的开放性和兼容性开放性和兼容性是不可分割的而且是相辅相成的概念。这里一方面是某一产品和第三家同类产品在通信上的兼容程度，另外一方面是指，某系统尤其是软件上的开发平台对使用者有多大的开放程度。当今可编程控制产品的种类繁多加上自动化项目越来越大，致使常常在一个工程项目中出现不同厂家的产品作主站的现象。这就要求每一厂家的产品族中，都要考虑到和其他厂家产品兼容性的问题。另一方面，可编程控制器与工业计算机等其他装置的通信的难易也体现了其开放性的特点。（5）通用性和专业化的结合可编程控制产品是通用的。但是工业的每一领域都有自己的特点。怎样才能使一个系统既具有通用性又具备专业化呢？硬件系统的模块化便是解决这
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